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电解铝导杆钢—铝连接工艺及设备研究

蒋文学  
【摘要】:传统的铝电解槽阳极导电装置是由铝导杆、铝-钢爆炸焊片和钢爪通过焊接而成的。在实际生产过程中,由于工况条件恶劣,经常会出现开裂问题,影响生产。另外,传统导电装置受导电面积的影响,能耗高。针对以上问题,我们提出对传统导电装置进行改进,取消爆炸焊片,采用摩擦焊接技术实现铝导杆与钢爪的连接。并在此基础上设计开发专用摩擦焊机,在电解铝行业进行推广。 本文对Ф100mm的纯铝与Ф100mm的铸钢进行摩擦焊接试验。对接头进行了力学性能分析(包括室温拉伸试验、高温拉伸试验和冲击试验)、显微分析(包括金相组织观察、电子探针分析、扫描电镜分析、接头硬度分析和X射线分析)和接头电阻率测定。结果表明:在选定工艺参数条件下,接头成形良好,力学性能高于铝母材。焊缝结合面凹凸不平,近缝区的晶粒组织扭转变形,界面元素相互扩散,形成过渡层。通过对模拟试样电阻率测定,与爆炸焊相比,节能效果明显。 根据摩擦焊机的设计要求,结合前期焊接试验的情况,拟定出了铝导杆与钢爪摩擦焊专机的设计参数。摩擦焊机分为主机系统、液压系统和控制系统三部分。本文首先对主机结构中的一些主要参数进行了计算,给出了移动夹具和旋转夹具的结构简图,并且介绍了定相位机构的工作原理。然后在液压系统中,选定了电液比例阀,给出了液压系统的原理图。在控制系统中,采用工业控制计算机(IPC)与可编程控制器(PLC)相结合的控制模式,共同完成对系统的闭环控制过程,详细介绍了控制系统的工艺流程以及PLC的外部接线图。 最后应用DEFORM软件对铝导杆与钢爪的焊接过程进行了温度场的模拟,为后期的生产提供了一定的指导。


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