高强快接铝导杆制造及低阻抗连接技术的制作方法

本发明专利属于预焙槽铝电解生产技术领域，具体涉及一种高强快接铝导杆制造及低阻抗连接技术，适用于预焙槽铝电解生产过程中使用的阳极组。

背景技术：

就发明人所知，目前预焙槽铝电解生产过程中使用的阳极组，是将铝导杆1、阳极钢爪5、预焙烧碳阳极块6，这三种不同材质的构件通过熔融焊、爆炸焊、高磷铁浇筑工法连接组成一体的组件（见附图1）。这种连接方式，至今一直没有有效解决一个老大难的难题---阳极组的各个部件必须通过爆炸块这一过渡连接件来连接，连接工序繁琐费时、强度偏低，满足不了电解槽工况需求而经常发生断裂造成事故，且这种连接方式阻抗较高浪费能源。造成这种情况的原因在于：1.一个完整的阳极组各个部件需要进行至少两种材料的焊接（两条焊缝）才能完成，且为防止铝导杆与爆炸块铝端的焊接温度过高而损坏阳极组，需要进行多次焊接（即焊接一次等待冷却后才能进行下一次的焊接，通常需要几个小时以上），连接工序繁琐费时；2.施工过程因热影响以及焊接母材（铝导杆）、焊材（焊缝金属）冷收缩，导致爆炸块扩散连接接口边缘部位被拉开，降低了爆炸块钢铝扩散连接面的整体抗拉强度，从而导致阳极组强度降低；3.通过爆炸式扩散连接的钢与铝材料（爆炸块）工艺，爆炸块的连接平面垂直于阳极组中心线，导致其钢铝连接面面积最小，又由于钢、铝两种材质热膨胀系数相差很大，使爆炸块在受热后其连接面本身的抗拉强度降低，从而导致阳极组强度变低；4.由于工况的特殊性，铝导杆与爆炸块铝端焊接方式为垂直接触后熔融焊接，这种焊接较其他焊接方法焊接强度较弱，且铝材料熔点低，阳极组工作的环境温度较高，使铝导杆与爆炸块铝端焊接强度进一步降低，从而导致阳极组强度变低；5.阳极组的铝导杆与爆炸块、爆炸块与阳极钢爪之间的连接方式为焊接，能够紧密连接且导电良好的只有最外围熔融为一体的焊缝，内部则无法紧密连接且有气隙，这些气隙阻抗较大，从而导致阳极组整体阻抗变大。本发明将摒弃爆炸块这一过渡连接构件，即取消爆炸式扩散连接工艺和取消铝导杆与爆炸块铝端熔融焊连接工艺，从解决钢与铝连接过渡构件形态、增加连接面、新增机械连接方式入手，通过结合静态扩散连接工艺，增强铝导杆与钢过渡件连接接头的抗拉强度来提高整个阳极组的强度；并通过在焊接接触面增加导电体（碳粉、铜粉等，但不限于）来填补气隙提高连接面导电能力来减少阳极组阻抗，使以上问题得以解决。

技术实现要素：

本发明专利的目的就是克服以上不足，提供一种高强快接铝导杆制造及低阻抗连接技术，即通过制作高强快接铝导杆来提高阳极组的装配速度和连接强度，并在高强快接铝导杆与阳极钢爪的连接面（焊接面）增加导电体（碳粉、铜粉等，但不限于）来填补气隙提高连接面导电能力，从而实现低阻抗连接。

本发明的技术方案是这样实现的：所述的高强快接铝导杆制造及低阻抗连接技术涉及高强快接铝导杆制造技术和低阻抗连接技术。高强快接铝导杆（见附图2）设置了主体结构件铝导杆1和碳素钢斗形空心连接件（以下简称连接件）2，铝导杆与连接件的连接属于机械连接，连接强度大（连接强度由铝导杆本身铝材的强度决定，不会因为机加工和焊接等外在因素而降低连接强度）。使用时直接将高强快接铝导杆上的连接件通过手工电弧焊（不限于）焊接在阳极钢爪5的上表面（接触面增加导电体以减少阻抗）,此技术方案摒弃了爆炸块这一过渡连接件，因此减少了铝与铝之间焊接工序，且高强快接铝杆与阳极钢爪的焊接属于碳素钢与碳素钢之间的焊接，焊接强度大，且其工作环境温度不会影响其焊接强度（其工作温度会影响铝与铝的焊接强度）。此技术方案有效的减少了阳极组的装配速度，增强了连接强度，降低了连接阻抗。

附图说明

附图1为传统阳极组结构图

图中：1.铝导杆2.铝导杆与爆炸块铝端熔融焊焊缝3.爆炸块4.爆炸块钢端与阳极钢爪上表面熔融焊焊缝5.阳极钢爪6.预焙烧碳阳极块

附图2为使用高强快接铝导杆的阳极组结构图

图中：1.铝导杆2.碳素钢斗形空心连接件（连接件）3.铝导杆与碳素钢斗形空心连接件结合的静态扩散连接面4.碳素钢斗形空心连接件与阳极钢爪上表面熔融焊焊缝5.阳极钢爪6.预焙烧碳阳极块。

具体实施方式

下面结合附图实例对本发明做进一步详细说明，如附图2中所示的使用高强快接铝导杆的阳极组，其特征在于取消了传统阳极组中的爆炸块这一过渡连接件，直接将由铝导杆1和连接件2组成的高强快接铝导杆的连接件2通过手工电弧焊（不限于）焊接在阳极钢爪5的上表面（接触面增加导电体以减少阻抗），从而直接装配成阳极组。极大的提高了铝导杆的连接速度与强度，并减少了阳极组的阻抗。高强快接铝导杆的制作方式有两种（不限于）：（1）制作连接件，将经过热模锻压加工成四棱台形状（与连接件内腔形状相当）的铝导杆端部与连接件通过静态扩散连接（使用热锻压设备将连接件的内表面与铝导杆的棱台端的表面紧密地接触，在压力、温度共同作用下，经过一定的时间，钢与铝之间产生了分子扩散，形成稳固的结合面）后制作成快接铝导杆；（2）铝导杆端头无需提前锻压成形，直接将铝导杆穿过连接件并过量至加工余量，以连接件为胎膜，一次加热锻压成形并完成扩散连接工序。

技术特征：

1.阳极组的装配摒弃爆炸块这一过渡连接构件，即取消爆炸式扩散连接工艺和取消铝导杆与爆炸块铝端熔融焊连接工艺，从解决钢与铝连接过渡构件形态、增加连接面、新增机械连接方式入手，通过结合静态扩散连接工艺，增强铝导杆与钢过渡件连接接头的抗拉强度来提高整个阳极组的强度。

2.提供一种高强快接铝导杆制造技术，高强快接铝导杆的制作方式有两种（不限于）：（1）制作连接件，将经过热模锻压加工成四棱台形状（与碳素钢斗形空心连接件内腔形状相当）的铝导杆端部与碳素钢斗形空心连接件通过静态扩散连接（使用热锻压设备将碳素钢斗形空心连接件的内表面与铝导杆的棱台端的表面紧密地接触，在压力、温度共同作用下，经过一定的时间，钢与铝之间产生了分子扩散，形成稳固的结合面）后制作成快接铝导杆；（2）铝导杆端头无需提前锻压成形，直接将铝导杆穿过碳素钢斗形空心连接件并过量至加工余量，以碳素钢斗形空心连接件为胎膜，一次加热锻压成形并完成扩散连接工序。

3.提供一种低阻抗连接技术，通过在焊接接触面增加导电体（碳粉、铜粉等，但不限于）填补接触面气隙来提高连接面导电能力从而减少阳极组阻抗。

技术总结
本发明公开了高强快接铝导杆制造及低阻抗连接技术，目前预焙槽铝电解生产过程中使用的阳极组，因部分部件间的连接工序繁琐费时、强度偏低，满足不了电解槽工况需求而经常发生断裂故障，且这种连接方式阻抗较高浪费能源。本发明特点是取消了传统阳极组中的爆炸块这一过渡连接件，直接将由铝导杆和碳素钢斗形空心连接件组成的高强快接铝导杆的碳素钢斗形空心连接件端通过手工电弧焊（不限于）焊接在阳极钢爪的上表面（接触面增加碳粉或铜粉等导电体以减少阻抗），从而直接装配成阳极组。此发明可解决以上问题，高强快接铝导杆的结构由铝导杆和碳素钢斗形空心连接件组成。

技术研发人员：刘永华;刘鹏;赵善龙
受保护的技术使用者：刘永华
技术研发日：2019.12.17
技术公布日：2021.06.18