永久型陰極板焊接關鍵制造技術研究.pdf

1、永久陰極銅電解技術是使用剛度和韌性較好的不銹鋼板做成陰極取代傳統(tǒng)的始極片，其省去了種板系統(tǒng)和始極片的剝離、加工系統(tǒng)，而且陰極板可以反復使用，從而縮短工藝流程，降低生產成本。永久陰極銅電解技術可使用高的電流密度和小的極距，單位面積產量高，特別適合大規(guī)模銅電解生產(200kt/a)，是當前銅電解工藝的發(fā)展方向，目前國內在建的大型銅電解工程全部采用永久型陰極板電解銅。但永久陰極銅電解精煉工藝核心消耗部件高性能陰極板的制造工藝國內尚未很好解決，

2、仍需要大量從國外進口，因此，實現(xiàn)高性能陰極板的國產化工藝與制造具有重要的工程與經濟意義。本文采用高頻感應釬焊的方法進行永久型陰極板導電桿的焊接，實現(xiàn)銅鋼異種金屬的穩(wěn)定連接，同時采用脈沖TIG及脈沖等離子弧焊分別對不銹鋼面板與導電桿的進行焊接。
　　首先，針對進口永久陰極銅電解精煉工藝核心消耗部件高性能陰極板的整體規(guī)格、導電性能及其顯微組織等關鍵指標及性能參數(shù)進行了測量與分析。采用三坐標測量機及輪廓儀測量了永久型陰極板的整體規(guī)格及其

3、平面度和直線度等相關數(shù)據(jù)，并采用最小二乘法計算平面度和直線度；采用智能金屬導電率儀對永久型陰極板導電桿及沿焊縫處電流分布進行了測量與分析，并分析了其導電率，進而得出電流從導電桿向不銹鋼板過渡的導電率分布及變化趨勢；采用掃描電鏡觀察永久型陰極板導電桿與不銹鋼板連接界面區(qū)的顯微組織，并利用EDS對其顯微區(qū)域的成分進行分析，進一步確定永久型陰極板導電桿與不銹鋼板連接界面中心區(qū)的化合物組成。
　　其次，采用低熱輸入且非接觸式加熱的高頻感應

4、焊接，利用數(shù)控機床上下均勻移動焊件的方式解決高頻感應焊接過程中的加熱不均勻問題，以 SnCu0.7錫焊絲作為釬料進行陰極板導電桿鋼包銅結構的高頻感應熔釬焊工藝研究，試驗中采用Raytek FR1B紅外測溫系統(tǒng)實現(xiàn)對高頻感應熔釬焊工藝溫度的實時監(jiān)測與控制。研究表明，以 SnCu0.7錫焊絲作為釬料可以實現(xiàn)陰極板導電桿鋼包銅結構的高頻感應釬焊連接，通過本試驗研究獲得的最佳工藝參數(shù)范圍能夠獲得內外部質量、連接強度優(yōu)良的接頭。
　　再次，

5、對不同高頻感應釬焊工藝參數(shù)下的鋼包銅釬焊接頭進行了導電性測量，研究不同熱輸入下接頭導電性不同的原因。同時，研究鋼包銅釬焊接頭界面微觀組織形貌及相的組成，進一步完善鋼包銅結構的高頻感應釬焊焊接接頭的導電性能理論體系。分析認為，溫度越高，原子的活性越大，液相釬料Sn向銅鋼兩側的母材中擴散速度越高；但并不是溫度越高越好，當溫度過高時母材金屬熔化，導致基體組織發(fā)生變化，雖然提高了部分接頭的導電性能，但是損失了整體的導電性能，結果表明最佳的釬焊溫

6、度區(qū)間為800-1200 ℃，其平均導電率為36％IACS。
　　最后，永久型陰極板導電桿與不銹鋼面板之間采用脈沖TIG焊和脈沖Plasma焊進行焊接工藝試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)并進行相關分析。采用脈沖 TIG焊時，隨著焊接平均電流的增大，熔深有很明顯的增加，而且其焊縫成形也得到了很大的改善。在各個焊接參數(shù)中，峰值電流對焊縫成形以及熔深的影響最大，一般焊接過程中會出現(xiàn)斷續(xù)的焊縫，甚至會熄弧；而基值電流在整個焊接實驗中都起到一個保持焊接電

7、弧穩(wěn)定的作用，所以只要基值電流大于10A都會穩(wěn)定的焊接；占空比的影響也比較重要，尤其是熔深方面，隨著基值電流的增大，峰值電流的減小，焊縫成形變差，熔深減小，反之則會有所改善；采用脈沖Plasma焊接時，由于在焊接過程中，等離子體產生很大的電弧力，導致出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象。等離子弧的穩(wěn)定性較差，對焊接工藝和規(guī)范參數(shù)的變化比較敏感，導致其焊接過程很難維持。雖然脈沖Plasma焊具有焊接熱輸入較少、故焊接熱影響區(qū)小等優(yōu)點，但針對本試驗中的T型接頭焊縫