永久型阴极板焊接关键制造技术研究

发布时间：2017-10-15 11:04

  本文关键词：永久型阴极板焊接关键制造技术研究

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【摘要】：永久阴极铜电解技术是使用刚度和韧性较好的不锈钢板做成阴极取代传统的始极片,其省去了种板系统和始极片的剥离、加工系统,而且阴极板可以反复使用,从而缩短工艺流程,降低生产成本。永久阴极铜电解技术可使用高的电流密度和小的极距,单位面积产量高,特别适合大规模铜电解生产(200kt/a),是当前铜电解工艺的发展方向,目前国内在建的大型铜电解工程全部采用永久型阴极板电解铜。但永久阴极铜电解精炼工艺核心消耗部件高性能阴极板的制造工艺国内尚未很好解决,仍需要大量从国外进口,因此,实现高性能阴极板的国产化工艺与制造具有重要的工程与经济意义。本文采用高频感应钎焊的方法进行永久型阴极板导电杆的焊接,实现铜钢异种金属的稳定连接,同时采用脉冲TIG及脉冲等离子弧焊分别对不锈钢面板与导电杆的进行焊接。首先,针对进口永久阴极铜电解精炼工艺核心消耗部件高性能阴极板的整体规格、导电性能及其显微组织等关键指标及性能参数进行了测量与分析。采用三坐标测量机及轮廓仪测量了永久型阴极板的整体规格及其平面度和直线度等相关数据,并采用最小二乘法计算平面度和直线度;采用智能金属导电率仪对永久型阴极板导电杆及沿焊缝处电流分布进行了测量与分析,并分析了其导电率,进而得出电流从导电杆向不锈钢板过渡的导电率分布及变化趋势;采用扫描电镜观察永久型阴极板导电杆与不锈钢板连接界面区的显微组织,并利用EDS对其显微区域的成分进行分析,进一步确定永久型阴极板导电杆与不锈钢板连接界面中心区的化合物组成。其次,采用低热输入且非接触式加热的高频感应焊接,利用数控机床上下均匀移动焊件的方式解决高频感应焊接过程中的加热不均匀问题,以SnCu0.7锡焊丝作为钎料进行阴极板导电杆钢包铜结构的高频感应熔钎焊工艺研究,试验中采用Raytek FR1B红外测温系统实现对高频感应熔钎焊工艺温度的实时监测与控制。研究表明,以SnCu0.7锡焊丝作为钎料可以实现阴极板导电杆钢包铜结构的高频感应钎焊连接,通过本试验研究获得的最佳工艺参数范围能够获得内外部质量、连接强度优良的接头。再次,对不同高频感应钎焊工艺参数下的钢包铜钎焊接头进行了导电性测量,研究不同热输入下接头导电性不同的原因。同时,研究钢包铜钎焊接头界面微观组织形貌及相的组成,进一步完善钢包铜结构的高频感应钎焊焊接接头的导电性能理论体系。分析认为,温度越高,原子的活性越大,液相钎料Sn向铜钢两侧的母材中扩散速度越高;但并不是温度越高越好,当温度过高时母材金属熔化,导致基体组织发生变化,虽然提高了部分接头的导电性能,但是损失了整体的导电性能,结果表明最佳的钎焊温度区间为800-1200°C,其平均导电率为36%IACS。最后,永久型阴极板导电杆与不锈钢面板之间采用脉冲TIG焊和脉冲Plasma焊进行焊接工艺试验,记录试验数据并进行相关分析。采用脉冲TIG焊时,随着焊接平均电流的增大,熔深有很明显的增加,而且其焊缝成形也得到了很大的改善。在各个焊接参数中,峰值电流对焊缝成形以及熔深的影响最大,一般焊接过程中会出现断续的焊缝,甚至会熄弧;而基值电流在整个焊接实验中都起到一个保持焊接电弧稳定的作用,所以只要基值电流大于10A都会稳定的焊接;占空比的影响也比较重要,尤其是熔深方面,随着基值电流的增大,峰值电流的减小,焊缝成形变差,熔深减小,反之则会有所改善;采用脉冲Plasma焊接时,由于在焊接过程中,等离子体产生很大的电弧力,导致出现焊穿现象。等离子弧的稳定性较差,对焊接工艺和规范参数的变化比较敏感,导致其焊接过程很难维持。虽然脉冲Plasma焊具有焊接热输入较少、故焊接热影响区小等优点,但针对本试验中的T型接头焊缝,其受自身焊枪结构的限制,可达性差,使得电弧变长,电弧不稳定,产生漂移等现象,不易于控制等缺点,导致在焊接过程中焊缝成形较差,焊接缺陷较多,所以采用脉冲TIG作为试验的主要焊接方法,进一步研究永久型阴极板导电杆与不锈钢面板的连接处的导电性。
【关键词】：高频感应钎焊 脉冲TIG焊接 脉冲Plasma焊接 永久型阴极板 导电性能 平面度 直线度
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF351;TG44
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究的背景及意义11-14
• 1.2 电解铜用永久型阴极板研究现状14-21
• 1.2.1 铜冶炼工艺研究现状14
• 1.2.2 电解铜阴极材料的研究现状14-15
• 1.2.3 传统法电解铜阴极材料研究15-16
• 1.2.4 国外永久型铜电解技术阴极材料研究现状16-18
• 1.2.5 国内永久型阴极板铜电解技术阴极材料研究现状18-21
• 1.3 铜钢异种金属连接研究现状21-24
• 1.3.1 铜钢异种金属熔化焊21-22
• 1.3.2 铜钢异种金属摩擦焊22-23
• 1.3.3 铜钢异种金属钎焊23-24
• 1.4 本文研究内容及主要创新性24-27
• 1.4.1 本文研究内容24-26
• 1.4.2 本文主要创新性26-27
• 第二章 进口永久型阴极板整体参数及性能的分析27-44
• 2.1 进口阴极板整体几何参数的测量与分析27-33
• 2.1.1 进口阴极板整体几何参数的测量与分析27-29
• 2.1.2 进口阴极板平面度的测量与分析29-31
• 2.1.3 进口阴极板直线度的测量与分析31-33
• 2.2 进口阴极板导电杆导电性能的测量与分析33-38
• 2.2.1 试验设备及原理33-34
• 2.2.2 试验前期准备34-35
• 2.2.3 进口阴极板导电杆导电性能研究35-38
• 2.3 进口阴极板焊接接头组织分析及物相分析38-42
• 2.3.1 钢包铜钎焊接头焊缝形貌及接头组织的观察38-39
• 2.3.2 钢包铜钎焊焊接接头界面区的元素分布39-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 阴极板导电杆铜-钢接头高频感应接钎焊工艺研究44-53
• 3.1 实验原理及设备44-48
• 3.1.1 高频感应钎焊原理及焊接系统44-46
• 3.1.2 红外测温系统原理及测温仪46-48
• 3.2 高频感应钎焊工艺48-51
• 3.2.1 实验材料48-49
• 3.2.2 试样的表面处理49
• 3.2.3 高频感应钎焊工艺参数49-51
• 3.2.4 焊后处理及金相试样的制备51
• 3.3 试验结果51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 阴极板导电杆铜-钢高频感应接钎焊接头性能及组织分析53-63
• 4.1 铜-钢高频感应接钎焊工艺参数对接头导电性能的影响53-57
• 4.1.1 原材料导电性能测量53-54
• 4.1.2 高频感应钎焊温度T对钢包铜接头导电性能的影响54-56
• 4.1.3 高频感应钎焊焊接时间t对铜-钢接头导电性能的影响56-57
• 4.2 钢包铜高频感应钎焊焊接接头组织分析及物相分析57-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第五章 阴极板导电杆与不锈钢面板的焊接工艺63-75
• 5.1 导电杆与不锈钢面板焊接模拟件的几何参数设计63-64
• 5.2 采用脉冲TIG阴极板导电杆与不锈钢面板的焊接焊接工艺研究64-70
• 5.2.1 脉冲TIG焊焊接实验系统64-65
• 5.2.2 平均电流对脉冲TIG焊焊接工艺的影响65-66
• 5.2.3 峰值电流及占空比变化对焊接工艺的影响66-68
• 5.2.4 基值电流及占空比变化对焊接工艺的影响68-70
• 5.3 采用脉冲Plasma焊接导电杆与不锈钢面板的焊接工艺研究70-73
• 5.3.1 采用脉冲Plasma的铜电解不锈钢阴极板焊接实验系统设计70-71
• 5.3.2 焊接速度对焊接工艺的影响71
• 5.3.3 平均电流对焊接工艺的影响71-72
• 5.3.4 脉冲峰值电流对焊接工艺的影响72
• 5.3.5 脉冲基值电流对焊接工艺的影响72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 结论75-77
• 工作展望77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录83

【参考文献】

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1 石s，

本文编号：1036743