电解槽水平母线在线修复技术分析

为保证正常电解生产，每隔一段时间更换全部阳较，阳较消耗需上下抬水平母线，在这两个过程中阳较水平母线与铝导杆之间相互摩擦，接触导电面经常打火放电，使每一台阳较出现长550mm，宽140mm的弧坑及划伤，从而加大该处无谓的压降损耗，造成非常大经济损失。为减小该处接触压降，修复划伤母线，需要采取焊接的方法，填充划伤弧坑，再进行铣削的办法修平母线。目前，强磁场下水平母线的在线原位修复技术主要有热喷涂、熔涂焊和自熔焊三种。本文简单分析一下各种方法的工艺特性和适用场合。

图1   水平母线打火损伤

一、热喷涂

热喷涂（电弧喷涂）是采用常规的400或者600型电弧喷涂设备，通过在连续送进的两根铝丝端部产生的电弧来熔化铝丝，通过高压气体将熔滴雾化，形成高速喷射的液态颗粒，喷射到损伤的水平母线表面，形成表面涂层的工艺方法。

图2  热喷涂

热喷涂技术的优点在于工艺简单、修复成本低廉。一台600型喷涂设备属于通用设备，喷涂丝可以采用纯铝丝或者铝合金丝，每公斤约在20元左右。这种技术可以用于水平母线局部小面积损伤的快速修复，比如水平母线哪个地方有个弧坑，可以采用这种技术进行迅速修复。

热喷涂技术不能应用于水平母线的大面积修复，因为存在着巨大的安全风险。首先，热喷涂涂层和基体之间是机械结合，不是冶金结合，长期运行涂层会不断脱落，压降越来越高，1年后可以达30mv以上。其次，由于喷涂过程中存在着热应力，喷涂涂层厚度原则上不能超过0.5mm，涂层厚度增加则和基体结合力较低。喷涂完轻轻一碰，或者铣刀加工后，涂层就会剥落。由于涂层和基体实际上是两层皮，涂层运行一段时间后，随着局部放电，压降越来越高，存在着水平母线大面积爆开的风险。西北某铝厂和广西某铝厂采用600型热喷涂机进行水平母线喷涂，铣床加工后，涂层就出现了剥落，如图3所示。由于长期运行存在着巨大的爆开风险，两个公司经过安全评估后，都放弃了这种方法。

图3   热喷涂涂层剥落

二、熔涂焊

熔涂焊是介于热喷涂和焊接之间的一种修复技术。其原理是采用WDH88型强磁场焊接机进行非常高速、超细微粒熔射修复。和喷涂不同之处是其原料为铝粉。采用该焊机可以在强磁场下进行原位焊接，不需要将水平母线吊出槽外。焊接操作方便、快捷，随时随地清理阳较导杆和水平母线接触处的严重打弧。

这种技术的优点为：界面存在着一定的冶金结合，结合强度比热喷涂技术大幅度提高，结合强度约为50Mpa，远远高于热喷涂的5Mpa。焊接后表面硬度提高50%，因此耐摩擦性能显著提高，不容易出现新的弧坑，大大降低了阳较导杆和水平母线之间的接触压降。根据在万基铝业的实验结果，采用熔涂焊机对水平母线进行修复后，表面平整光滑、硬度大幅较高。经过两年的运行后，对比槽子的氩弧焊修复水平母线早已千疮百孔，熔涂焊机修复的水平母线仍然完好如初，压降在15mv以下，节能效果非常显著。

图4  熔涂焊机

这种技术的缺点在于修复速度慢。修复一个水平母线大约需要6个小时或更多。所以可以用于数量较少，如小于10个水平母线的在线修复。另外修复成本较高，为热喷涂的5倍左右。但其修复层长期运行安全可靠，压降低、不存在风险。

图5   熔射焊修复的水平母线

   三、自熔焊接

   常规的用于阴较母线和铝软带的自熔焊剂在焊接水平母线时存在热量较小、脱渣困难等缺点，无法使用。因此，湖北铝行科技联合焊接研究所针对水平母线开发了一种大热量、易脱渣的自熔焊剂，型号为WHU-5型。

   自熔焊接速度非常快，仅几秒就可以完成焊接，产生热量较高，可以有效的传导至熔接部位，使其熔为一体，形成分子间结合。自熔焊接过程无须其他任何电源、气源、热源、能源，属于典型的低碳型绿色焊接制造技术，其优点包括：

    1、熔接点的载流能力（熔点）与导体相同，具有良好的导电性能，经检测，焊接前后的直流电阻比率变化率接近与零。

    2、焊接点是分子结合，不老化，焊接点不受腐蚀影响。

    3、不会受到高浪涌电流的损伤。

    4、设备简单、轻便；操作方便，无需有经验人员。

   目前，采用自熔焊接技术已经在多家铝厂成功进行水平母线的在线焊接。焊接修复效果良好，压降多数在2-10mv，真实实现了冶金结合，安全可靠，非常大避免了热喷涂等修复技术可能存在的巨大安全风险。

图6 自熔焊接水平母线