電解槽搖籃架制作工藝及反變形控制

1、 電解槽搖籃架制作工藝及反變形控制摘要：以阿根廷ALUAR電解工程搖籃架制作為例，詳細(xì)闡述電解槽搖籃架制作工藝，并針對制作過程中的各項技術(shù)難點和關(guān)鍵因素，提出一整套防止變形、控制尺寸的解決方案，最后形成了一套以歐洲標(biāo)準(zhǔn)制作驗收的搖籃架施工方案。關(guān)鍵詞：搖籃架 翼板 冷作工 鋼結(jié)構(gòu)制作 施工方案 反變形前言搖籃槽殼是電解鋁生產(chǎn)中的重要設(shè)備，而搖籃架則是搖籃槽殼的重要部件，在實際生產(chǎn)中，由于強電流和強磁場及高溫的環(huán)境，搖籃架不但承受巨大的壓力、而且還承受槽殼膨脹的撐力。因此我們認(rèn)為搖籃架不僅是承載結(jié)構(gòu)，并且是一個非標(biāo)焊接設(shè)備的重要部件。以阿根廷ALUAR電解工程搖籃架制作為例，其在放樣和號料多為不

2、規(guī)則形狀，焊縫多為連續(xù)焊縫，焊接熱變形通過釋放，焊后收縮及易超差，特別是上口尺寸難以得到保證，而搖籃架的上口尺寸精確度是確保整槽殼組裝的關(guān)鍵因素，且阿根廷ALUAR電解工程搖籃架制作不允許火焰矯正（以歐標(biāo)制作、驗收），因此必須采用先進的制造方式和焊接工藝來控制好搖籃架上口尺寸，才能滿足搖籃槽殼的組裝。針對以上特點，我們通過參閱有關(guān)資料結(jié)合自己多年的鋼結(jié)構(gòu)制作經(jīng)驗，提出一整套的解決方案，增加搖籃架上口寬度（增加到48），采用要求的電流、電壓及速度進行焊接，焊接完畢后使其自然冷卻，充分利用反變形的技術(shù)，不用任何外力而使搖籃架（允差0，4）達到技術(shù)要求，保證了搖籃槽殼的裝配質(zhì)量。最后形成了一套以歐洲

3、標(biāo)準(zhǔn)制作驗收的搖籃架施工方案。一、搖籃架制作技術(shù)要求搖籃架總寬4950mm（允差±5mm）；搖籃架總高1890mm（允差±2mm）；搖籃架外緣寬度（翼板寬度）220mm（允差±1.5mm）；搖籃架下口尺寸4085mm（允差±2mm）；搖籃架上口尺寸4085mm，（允差04mm）；搖籃架內(nèi)高1305mm（允差±2mm）。要求先制作出兩根兩根搖籃架，待焊接完畢、檢驗合格后方可進行批量制作。零件切割檢查記錄表、組裝檢查記錄、施焊紀(jì)錄、架裝配清單及下料的排版圖必須完整、屬實，嚴(yán)格做好搖籃架及各零件的編號及打鋼印工作，做到材料的可追溯性、保證交工資料完整

4、性。并隨時接受業(yè)主的檢查。在生產(chǎn)制作過程中，嚴(yán)格遵守業(yè)主提供的規(guī)范和技術(shù)說明。二、工藝流程施工準(zhǔn)備材料入庫驗收排版放樣下料切割零件矯正組對焊接外觀處理交工驗收2.1 施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備是整個工程的前期制作與后期安裝的重要保障，準(zhǔn)備充足與否關(guān)系到整個工程進度的順利進行，一定要認(rèn)識到其重要性。準(zhǔn)備好歐洲驗收規(guī)范及有關(guān)質(zhì)量控制文件，熟悉和審查圖紙，將圖紙中存在的問題和建議及時與外商溝通，并通過監(jiān)理（英國摩迪公司）進行會審定論，向參加施工的全體人員進行技術(shù)交底,提高全員的安全質(zhì)量意識。2.2 材料入庫驗收搖籃架使用的鋼板有：10、15、30三種規(guī)格，材質(zhì)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)為S235J0（對應(yīng)中國鋼材標(biāo)準(zhǔn)為Q23

5、5C）。供貨商把材料運到基地，經(jīng)材料員驗收長度、寬度、厚度、均達規(guī)范要求；材質(zhì)、爐號、批號與材質(zhì)證都一一對應(yīng)，登記完畢后方可入庫，并認(rèn)真做好材料檢驗記錄。 2.3 排版放樣下料前先到倉庫材料保管員處詢問所需鋼板的規(guī)格，根據(jù)材料的規(guī)格在A4紙上進行排版，經(jīng)專職質(zhì)檢員或技術(shù)員簽字批準(zhǔn)后方可到倉庫領(lǐng)料。然后再進行實際放樣，先測量總長及總寬，后分尺寸，不得分段丈量相加，避免偏差積累。放樣允許偏差寬度±0.5、對角線±1、孔距±0.5。2.4 下料切割翼板、底部腹板下料時要嚴(yán)格按照圖紙尺寸進行下料，并加以復(fù)查。劃線時要有下料中心線、檢查線和加工線，并打傷樣沖，作出明顯標(biāo)記，

6、然后用半自動進行切割；垂直腹板與角部腹板為不規(guī)則形狀，且技術(shù)要求精度很高，必須由數(shù)控切割機切割；小筋板為了保證精確度，須加工樣板，用仿型切割機切割。各個零件切割前必須打上零件編號，從零件編號上就能查找出該零件材料的爐號、批號，做到材料的可追溯性。下表中零件編號前三位×××代表爐號、批號的縮寫。零件清單（每臺）零件編號零件名稱數(shù)量（塊）厚度（）材 質(zhì)×××C20翼板1315/30Q235C×××C21垂直腹板2610Q235C×××C22水平腹板1310/15Q235C

7、5;××C23筋板15215Q235C×××C24筋板25215Q235C2.5 零件矯正搖籃架在組裝前各零件必須進行矯正，矯正時可以采取捶擊方式矯正，也可以采用壓力機矯正，但不能采用火焰矯正（歐洲標(biāo)準(zhǔn)：不允許對構(gòu)件做火焰矯正）。矯正后的零件表面不能有明顯的凹面損傷現(xiàn)象，表面劃痕深度不大于0.5。矯正檢驗合格，修補氣割缺陷、打磨飛楞、毛邊，外觀質(zhì)量達到驗收標(biāo)準(zhǔn)后方可組裝。2.6 組裝焊接用翼板折彎胎具，壓制好搖籃架U型冀板；用搖籃架腹板胎具拼接好搖籃架腹板；把加工好的腹板、翼板放置在搖籃架組裝胎具上，先預(yù)緊楔鐵調(diào)整好腹板對應(yīng)翼板的中心偏差，然后

8、將楔鐵卡具打緊，檢查翼板是否貼緊腹板，腹板與翼板完全吻合后電焊點固，再按裝配尺寸組裝上兩角部斜筋板、直筋板，松開楔鐵卡具把搖籃架吊出胎具，翻轉(zhuǎn)之另一面組裝上兩角部斜筋板、直筋板，打鑿上搖籃架編號、統(tǒng)計完搖籃架裝配清單、吊裝到焊接區(qū)內(nèi)方可焊接。焊接要求必須用CO2氣體保護焊、采用要求的電流、電壓及速度進行焊接，焊接完畢后使其自然冷卻。2.7 外觀處理及交工驗收把焊接好的搖籃架吊裝到外觀處理區(qū)內(nèi)，檢查搖籃架焊縫的外觀質(zhì)量，對有缺陷的地方進行修補，用角向磨光機進行修磨、清除飛濺。自檢合格后吊裝到待驗區(qū)，并間隔600擺放整齊，由質(zhì)量工程師組織各施工隊質(zhì)檢員進行初檢，初檢合格后邀請英國摩迪公司監(jiān)理與甲方

9、進行驗收。三、胎具的制作及反變形原理搖籃架的胎具制作，其作用就是為了降低勞動強度，保證搖籃架的幾何尺寸，使整個工程能順利進行。在胎具的制作中，我們依據(jù)理論知識并結(jié)合多年的工作經(jīng)驗，制作出三種胎具：翼板折彎胎具、腹板拼接胎具、搖籃架組裝胎具。3.1 翼板折彎胎具就是把它安裝到壓力機上壓制搖籃架U型冀板（如下圖），翼板角部圓弧R75mm成90度夾角，為了保證翼板壓制成型后的角部圓弧及夾角精度，要求上胎圓鋼直徑在145146mm之間，壓制回彈后角部圓弧R正好達到75mm，大于這個數(shù)據(jù)則圓弧R增大，反之則??；調(diào)整壓制時翼板下面與上胎上面之間的墊鐵來控制90度夾角；內(nèi)口尺寸則是按折彎線進行壓制，實際壓制

10、成后內(nèi)口尺寸偏大或偏小，以偏大或偏小的數(shù)據(jù)調(diào)整折彎線，就能保證壓制出的U型冀板符合圖紙要求。3.2 搖籃架腹板胎具是一個簡單的胎具，其制作方法是地板上放出搖籃架側(cè)板的大樣圖，以中心線向兩邊均勻擴展，使上口尺寸固定到8mm，然后在大樣圖周圍分段點焊上30×30×20的擋板即可（如下圖）。腹板胎具是把不同規(guī)格的底部腹板、角部腹板、垂直腹板拼接在一起，然后在上面完成焊接。拼接時要求腹板V型破口（單面焊雙面成型）、鈍邊12mm 、間隙在1.52.5mm 范圍之內(nèi)。其作用第一是讓拼接焊縫完全溶合，保證焊接質(zhì)量；第二是讓在胎具上焊接的每塊腹板收縮量盡可能保持一致。焊接時要求焊絲1.2m

11、m，第一遍焊接電流150160A、電壓21V, 第二與第三遍焊接電流200220A、電壓2324V, 第四遍封面焊接電流170180A、電壓2122V。對焊接參數(shù)的要求主要是為了保證焊接質(zhì)量，同時腹板在胎具上焊接時受到熱變形的影響也基本保持一致，使自然冷卻后的腹板上口尺寸控制在48mm范圍之內(nèi)。3.3、搖籃架組裝胎具是一個立體胎具，它的制作同胎具的大樣，只是把腹板胎具抬高到冀板1/25高度，內(nèi)圍按一定的間距設(shè)立9塊固定擋板，外圍按一定的間距、離邊線50mm的間隙設(shè)立11塊楔鐵擋板，準(zhǔn)備好11塊楔鐵即可（如下圖）。它的作用第一是為了降低勞動強度，第二是為了保證組裝好的搖籃架上口尺寸能控制在48m

12、m范圍之內(nèi)。只需要在上面組裝，不需要在上面焊接，焊接時要求采用平角焊縫，焊絲1.2mm，第一遍焊接電流120140A、電壓1819V, 第二遍焊接電流160180A、電壓2021V, 第三遍焊接電流160180A、電壓2021V。對焊接參數(shù)的要求主要還是為了保證焊接質(zhì)量，因焊接時受到熱變形的影響相同，冷卻后收縮量也基本一致（經(jīng)試驗所得在4mm左右），所以，焊接后的搖籃架上口尺寸能控制在03mm范圍之內(nèi)，滿足整個搖籃槽殼的組裝要求。結(jié)論本工程按照歐洲驗收的規(guī)范及技術(shù)要求進行制作。為保證搖籃架焊接后的幾何尺寸，我們在制作過程中利用反變形的原理，對搖籃架上口尺寸進行了48加大，用指定的電流、電壓及速

13、度進行焊接，合格率達到100、優(yōu)良率達到90以上，順利的通過了英國摩迪公司監(jiān)理與甲方的驗收。我們通過試驗得出了一套寶貴的反變形數(shù)據(jù)，這樣精確的反變形數(shù)據(jù)，在國內(nèi)同行業(yè)的有關(guān)資料上從無記載。這一重大成果為今后的歐洲電解工程提供了良好的參考價值，為長鋁建走向國際市場積累了寶貴的經(jīng)驗。參考文獻1）ISO 2768-mk一般公差（General tolerance）2）DIN 8570一般焊接公差（General tolerance of welding design）3）DIN EN ISO 13920一般焊 接公差4）GB5002693工程測量規(guī)范5）GB503002001建筑安裝工程質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)6）