机安-大型电解槽槽壳制作施工技术

大型阳极电解槽槽壳制作施工技术
代廷芝，张杰，郭静萍，吴晏平
（云南建投机安公司）
摘要：在大型预焙阳极电解槽槽壳制作过程中，控制焊接变形技术是施工关键；采用该槽壳加工工艺，具有工效高、加工精度高、各部件不论是底板、长侧板、端侧板均具有互换性，现场组装简单，易保证安装质量。

关键词：电解槽；槽壳；底板；端侧板；长侧板；焊接变形；工艺
1.引言
1.1公司承担的云南煤化集团东源曲靖铝业一期230KA、二期350KA及广西百矿集团、贵州兴仁县登高铝业有限公司的420KA大型预焙阳极电解槽槽壳制作，其结构见图1；槽壳的外形庞大，由钢板组成船形结构，端侧板的立板围成1/4周长圆弧，斜侧板与底板、长侧板连接均成135°角；由于壁板结构因加固围板不对称设计，易使端板焊后内口尺寸超差、长侧板结构焊后产生纵向收缩；因此，槽壳的制造难点是控制焊接变形；
图1：大型预焙阳极电解槽槽壳结构图
1.2 在焊接过程中，对工件进行局部的、不均匀的加热和冷却，不可避免地产生焊接变形；焊接变形虽不可避免，但可采取相应的工艺措施，有效地把焊接变形控制到最小的程度，确保制造精度。

2.工艺措施
2.1端侧板、长侧板工艺措施：采用胎具刚性固定，整个结构的组装及焊接
均在胎具上固定完成（见图2、图3），长侧板吊装采用专用工具（见图4）；
图2: 长侧板组装焊接防变形胎具示意图
图3:端侧板组装焊接防变形胎具示意图
图4：长侧板吊装防变形吊具示意图
2.2底板工艺措施
2.2.1采用预留余量法和固定在刚性平台上的刚性固定法（见图5），焊后进行二次下料；
图5：底板拼接防变形刚性固定胎具平面示意图
2.2.2底板吊装防变形胎具（见图6）
图6：底板组装吊装防变形胎具示意图
2.2.3底板焊接翻身防变形胎具（见图7）。

图7：底板焊接翻身防变形胎具示意图
2.3选择合理的装配顺序、焊接方法和焊接顺序相结合的工艺措施；
2.4对拼板焊接及其它主要位置的焊接编制焊接工艺卡。

3.施工技术
槽壳外形庞大，为便于运输，分成五个部件制作（即两个端侧板、两个长
侧板和底板），现场进行总装。

3.1端侧板制作
3.1.1下料与拼接
⑴端侧面板圆弧直边尺寸，若设计短，保证不了圆弧的圆滑度，因此在下料时应根据设计尺寸和所采用的卷板机滚筒尺寸确定一定的附加量；
⑵端侧面板拼接采用埋弧焊焊接。

3.1.2端侧面板圆弧成形
⑴对该构件的检验应作样板进行检查，其样板的尺寸不应小于该构件弯曲面的1/2，二者之间的间隙不应大于1.5mm；直立于平台上用不小于1米的钢直尺检查，其间隙≤1mm。

3.1.3组装
⑴先组装丁字构件再部件组装；
⑵将端侧面板扣在胎具上，使端侧面板与胎具紧密接触，并用卡具将端侧面板卡牢，卡具间距以250mm左右为宜；若两者间隙大，应用火焰矫正；
⑶筋板定位要求：以端侧面板的纵向中心和横向下端为基准定位，并在端侧面板的纵向中心上下出示永中心线（打上样冲孔）。

3.1.4组装焊接
⑴采用CO2气体保护焊焊接；
⑵由2名焊工从中间同时对称施焊，吊车配合翻身以保持平焊，待整个端侧板结构焊接完成并完全冷却后脱模。

3.1.5修割及铲坡口
端侧面板留有附加量时，进行横向两端二次下料及铲坡口。

3.1.6检查尺寸
对端侧板进行全面检查，超差者矫正；尺寸允许偏差符合要求。

3.2长侧板制作
3.2.1长侧面板（由直侧板和斜侧板组成）下料尺寸长度方向应加长30mm 左右的调整量（斜侧板加长余量留在两个边段上）；斜侧板可分三段制作，即两
个边段和一个中段，边段与端侧面板组焊，中段与长侧直侧板组焊），其拼缝位置详见施工图。

3.2.2长侧横向加筋板长度方向应加长30mm左右的调整量；
3.2.3长侧面板上的阴极窗口方孔待组装焊接和焊缝完全冷却，且脱模后采用模板划线，割规气割。

3.2.4钻孔
长侧横向加筋板在组装前应先钻孔，采用“模板钻孔法”同心配钻；钻孔划线时应以长侧横向加筋板的纵向中心为基准分孔中心线，组装时仍按此中心为定位基准。

3.2.5组装
⑴斜侧板中段拼装，焊接采用埋弧自动焊焊；
⑵长侧面板组装焊接（直侧板与斜侧板中段组装）：将两板扣在组装胎具上组装；在组装前要求对两侧板的纵向中心线进行划线并作好标记（打上样冲孔，作为永久标记），在组装时要保证两者之间的中心线在一条直线上；焊接前应采用销卡紧以减少焊接变形，先焊一道外侧焊缝，反面用碳弧气刨清根后焊接，再翻身焊一道外侧焊缝；采用埋弧自动焊焊接；
⑶长侧面板与加筋板组装焊接：将长侧面板扣在胎具上，使长侧面板与胎具紧密接触，并用卡具将长侧面板卡牢，卡具可设在相邻加筋板之间；长侧横向加筋板的横向定位必须以长侧面板的下端为基准确定，长侧横向加筋板的纵向中心和长侧面板的纵向中心线应吻合；其余的纵向加筋板应以长侧面板的纵向中心线为基准定位组装。

3.2.6焊接
⑴采用CO2气体保护焊焊接；并由4名焊工对称焊接；
⑵焊接顺序为：纵向加筋板与长侧面板的焊缝→横向加筋板与加筋板的焊缝→长侧横向加筋板与长侧面板的焊缝；前两者从中部向两侧焊接，焊接采用跳焊；后者采用分中逐步退焊法焊接；
⑶焊接完成并完全冷却后方可脱模。

3.2.7检验各相关几何尺寸符合要求。

3.3底板制作
3.3.1排版、下料
⑴拼接位置符合设计图要求；
⑵留切割、坡口加工余量、焊接收缩量及二次下料切割余量20mm。

3.3.2坡口加工
坡口形式、尺寸及粗糙度符合施工图。

3.3.3拼装
⑴拼装前，应对钢板进行局部变形矫正，矫正方法可采用火焰矫正或卷板机进行矫平；
⑵拼装在组装平台上进行，拼接缝间隙小于2mm；
⑶组装焊接是双面施焊，翻身采用专门的胎具，其顺序为：先将正面用自动埋弧焊焊好后，翻身并用碳弧气刨清根，再用自动埋弧焊进行焊接；
⑷焊接前，按图5将底板固定；焊接后待焊缝完全冷却后，方可吊出压铁、清除定位焊缝；
⑸焊接后吊至专用平台上进行二次下料。

3.4现场组装槽壳
3.4.1总体组装步骤
⑴准备组装平台或垫基础的横梁，高差≤3mm，用水准仪测量；
⑵平台上放线并吊装摇篮架，将摇篮架中心线对准平台上的相应中心线，并临时固定，进行全面检查，保护尺寸；
⑶定出所有摇篮架的中心线，在中央的一根摇篮架的内侧立面划出底板的基准定位中心线；
⑷在摇篮架上铺δ=10mm的石棉板。

将底板吊装到摇篮架内，要求底板中心线与摇篮架中心线一致；
⑸在底板定出长侧板和端侧板安装中心线；
⑹吊装端侧板：端侧板吊装时，其中心线与底板中心线应对齐，并保证两
中心线在同一平面内，调整端侧板垂直度，要求≤1/1000，同时调整两端侧板内壁尺寸，测点不少于3个；
⑺吊装长侧板：吊装时将长侧板中心线与底版中心线对齐，长侧板结构整体与端侧板的拼装合缝；若需切割修剪（长侧板二次下料），修割时应进行划线切割和保证切割边的切割质量，保证槽壳内壁几何尺寸及端侧板与长侧板的对缝间隙小于3mm，错边不大于1mm；
⑻在整个施工过程中不得有强制性组合，组装时允许有辅加附件，组装好后应保证槽壳与摇篮架之间能相对移动，最后根据二者之间的间隙放进相应厚度的垫块，以保证槽壳与摇篮架横向相对固定而纵向能相对移动。

3.4.2总体焊接
⑴采用CO2气体保焊焊接，焊接顺序为：四条斜侧板拼接缝→四条斜侧板与长侧板连接缝内口→四条斜侧板与长侧板拼接外口→四条立焊缝外口→四条立焊缝内口→裙板与围板与长侧焊缝→槽侧板与底板周边的角焊缝内口→槽侧板与底板周边的角焊缝外口；
⑵四条立焊缝由4名焊工同时施焊,先焊外侧焊缝，内侧焊缝用碳弧气刨清根后焊接；
⑶焊接槽壳壁板与底板的环焊缝时，在底板上均匀压置一定重量的配重物，并以槽壳中心为起点，每一米为一个焊接单元，分段退焊，先焊内侧焊缝，外侧焊缝用碳弧气刨清根后焊接；施焊完毕待焊缝自然冷却后，切割支撑，吊出配重物；
⑷焊接质量：焊缝应饱满，完全焊透，表面光滑，焊缝边缘到母体金属要有平缓的衔接，焊缝不得有裂纹、咬肉、气泡、夹渣、间断等缺陷。

3.4.3检验各相关几何尺寸符合要求，否则应进行修整以至符合要求为准。

4.应用效果
在电解槽槽壳制作中，采用该工艺施工，能有效地控制焊接变形，提高制造精度，具体控制数据如下：
槽壳底板：不平度设计要求1米＜1 mm内，底板范围内≯18mm，该工艺措
施将底板不平度控制在12mm以内；槽壳长侧板纵向变形设计要求≯±4mm、短侧板纵向变相形设计要求±3mm及长、短侧板竖向变形设计要求±3mm，该工艺措施将长侧板、短侧板的变形控制在±2mm以内。

5.结论
该工艺从根本上控制了焊接变形，确保制造精度，在多个电解铝工程中，证明了该槽壳制作的工艺措施可行。

建议：⑴由于胎具的制造精度直接影响产品的制造精度，因此要进一步提高胎具的制造精度，并在施工过程中应定期对胎具进行检查（由于胎具受力、受热会产生变形）；⑵进一步提高焊缝的内部和外观质量；以至更好地获得高精度产品，打造一流的施工技术水平。

参考文献：
1.设计院的《铝电解槽制作安装技术规程》及施工图。