專利名稱：修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機及修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種屬于材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種克服電解鋁陽極分路不 良的摩擦焊機及電解鋁陽極分路不良的修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
電解鋁陽極是由鋁導(dǎo)桿，A3鑄鋼爪和石墨極組成的異種金屬連接結(jié)構(gòu)，連接接頭中存 在的自由表面是電解鋁陽極分路不良的主因，往往導(dǎo)致電阻率升高而電導(dǎo)率下降。壓降升 高使能耗增大，現(xiàn)有技術(shù)采用最大焊接力4000KN的相位控制摩擦焊機。實現(xiàn)了焊接面積 39600mm2的鋁導(dǎo)桿與A3鑄鋼爪的固態(tài)焊接，制造了焊接電阻較小的摩擦焊接電解鋁陽極， 具有明顯的節(jié)能降效果。但是，電解冶金的工作原理決定了摩擦焊接電解鋁陽極在電解鋁過程中其A3鑄 鋼爪的爪頭極易產(chǎn)生氧化，溶解，燒蝕等固有損壞，從而使摩擦焊接電解鋁陽極失效，由于 摩擦焊接電解鋁陽極是一大型高技術(shù)產(chǎn)品，經(jīng)濟價值較高，在電解鋁產(chǎn)業(yè)用量極大，必須修 復(fù)后再用，重復(fù)修復(fù)重復(fù)使用。由此形成了比摩擦焊接電解鋁陽極還大的A3鑄鋼爪修復(fù)產(chǎn) 業(yè)。電解鋁陽極的A3鑄鋼爪是一在矩形鋼架上依矩陣形式排列著八個爪頭的矩陣排 爪的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在的工藝是采取電弧焊修復(fù)，在爪頭外緣開坡口，逐層漸進地實施熔化焊 接，形成鑄造組織的接頭中存在相當(dāng)于爪頭端面積二分之一的自由界面，導(dǎo)致電阻率升高 而電導(dǎo)率下降。壓降升高能耗增大，造成分路不良。使摩擦焊接電解鋁陽極的節(jié)能降耗特 征殆盡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適于電解鋁陽極A3鑄鋼爪修復(fù)再生的摩擦焊接技術(shù)，包括 制造大型立式特殊結(jié)構(gòu)的摩擦焊機設(shè)備及使用的弱規(guī)范焊接工藝；通過本發(fā)明實現(xiàn)了電解 鋁陽極A3鑄鋼爪的修復(fù)，全面地解決了電解鋁陽極的分路不良問題。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)
修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，其組成包括摩擦焊的門式框架，所述的門式框 架內(nèi)裝有矩陣追蹤裝置，所述的矩陣追蹤裝置上裝有鋁陽極導(dǎo)桿和待修復(fù)的A3鑄鋼爪，所 述的A3鑄鋼爪連接在帶有爪頭的旋轉(zhuǎn)夾具上，所述的旋轉(zhuǎn)夾具上方裝有主軸，沿所述的主 軸圓周配置2個液壓馬達、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大齒輪的齒輪減速機構(gòu)和一組主推 力油缸。所述的修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，所述的矩陣追蹤裝置為二維平面內(nèi) 隨機移動的矩陣追蹤裝置，所述的矩陣追蹤裝置包括縱向和橫向伺服電機，所述的伺服電 機連接減速機，所述的減速機連接調(diào)整位置的齒輪齒條傳動機構(gòu)。所述的修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，所述的門式框架包括水平支承，所 述的水平支承連接一組垂直支承，所述的垂直支承連接上安裝板；所述的水平支承上裝有 下層滑臺，所述的下層滑臺連接上層滑臺，所述的下層滑臺連接滑板，所述的滑板在滑軌上滑動連接，所述的滑板連接伺服電機。一種電解鋁陽極分路不良的修復(fù)方法，A3鑄鋼爪是在底盤上依矩陣形式排布著 八個圓柱爪頭的復(fù)雜鑄件，單元圓柱爪頭的端面積即為焊接面積，首先，將待再生的摩擦焊 接電解鋁陽極立式放置在權(quán)利要求1-3所述的設(shè)備上，焊接力調(diào)正達到最大5000KN ；采取 沿主軸圓周配置2個液壓馬達、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大齒輪，使主軸的扭矩增加，達 到滿足爪頭的所需的摩擦扭矩并按弱規(guī)范摩擦焊工藝摩擦焊接；在立式摩擦焊機的水平 支承上設(shè)置二維平面內(nèi)隨機移動的矩陣追蹤裝置，使損壞排爪的中心與主軸對中后實施夾 緊，摩擦焊接完成后，再使另一個損壞排爪的中心與主軸對中進行摩擦焊接，如此周而復(fù) 始，實現(xiàn)所有的矩陣排爪的A3鑄鋼爪的摩擦焊接再生。所述的電解鋁陽極分路不良的修復(fù)方法，所述的弱規(guī)范摩擦焊工藝的轉(zhuǎn)速 328rpm-410rpm,所述的摩擦速度2m/s-3m/s，所述的摩擦壓力60mpa_ IOOmpa,所述的頂鍛 壓力160mpa-200mp￡i，所述的摩擦?xí)r間20s—4k，所述的頂鍛保壓時間10s_20s。有益效果
1.本發(fā)明實現(xiàn)了電解鋁陽極A3鑄鋼爪修復(fù)，全面地解決了電解鋁陽極的分路不良的 問題；強化摩擦焊接在節(jié)能型電解鋁陽極開發(fā)中的先進制造技術(shù)特征。2.本發(fā)明的最佳最大焊接力5000KN，填補了立式工作的摩擦焊機的技術(shù)空白， 開創(chuàng)了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)一機八工位摩擦焊接先進制造技術(shù)的先河，A3鑄鋼爪摩擦焊接再生 工藝實現(xiàn)自動化，接頭為零自由界面的鍛造組織，電導(dǎo)率達到10%國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)IACS (International Annealed Copper Standard)負載 10000A 電解鋁工作電流時，接頭壓降 較電弧焊接頭降低35mv左右。3.本發(fā)明的系統(tǒng)地解決了電解鋁陽極的分路不良的問題，顯著地降低了電解鋁能 耗，使摩擦焊接技術(shù)在節(jié)能型電解鋁陽極的開發(fā)中全面推廣應(yīng)用。4.本發(fā)明可用于制造節(jié)能型電解鋁陽極，在電解銅，電解鎂等電解冶金行業(yè)的相 應(yīng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景廣闊。5.本發(fā)明為要求一機多工位制造的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)摩擦焊接提供了工藝與基礎(chǔ)設(shè) 備。6.本發(fā)明采用疊加力源與扭矩增益?zhèn)鲃酉嗥ヅ?，實現(xiàn)最大焊接力5000KN時的摩 擦焊接直接驅(qū)動，通過矩陣追蹤裝置，使隨機損壞的矩陣排爪與焊機主軸隨意對中，實現(xiàn)一 機多工位摩擦焊接，采用弱規(guī)范得到零自由界面的鍛造組織摩擦焊接頭，全面、系統(tǒng)地解決 了電解鋁陽極的分路不良問題。


附圖1本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)主視圖。附圖2是附圖1的俯視圖。附圖3是附圖1的右視圖。附圖4是附圖1和附圖3的A向局部放大圖。
具體實施例方式
實施例1
一種修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，其組成包括摩擦焊的門式框架1，所述 的門式框架內(nèi)裝有矩陣追蹤裝置2，所述的矩陣追蹤裝置上裝有鋁陽極導(dǎo)桿3和待修復(fù)的A3鑄鋼爪4，所述的A3鑄鋼爪連接在帶有爪頭10的旋轉(zhuǎn)夾具5上，所述的旋轉(zhuǎn)夾具上方裝 有主軸6，沿所述的主軸圓周配置2個液壓馬達7、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大齒輪的齒輪 減速機構(gòu)8和一組主推力油缸9。所述的各部件之間可以采用螺釘19連接緊固。實施例2
實施例1所述的修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，所述的矩陣追蹤裝置2為二維 平面內(nèi)隨機移動的矩陣追蹤裝置，所述的矩陣追蹤裝置包括縱向和橫向伺服電機，所述的 伺服電機連接減速機，所述的減速機連接調(diào)整位置的齒輪齒條傳動機構(gòu)。實施例3
修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，所述的門式框架包括水平支承11，所述的水平 支承11連接一組垂直支承12，所述的垂直支承12連接上安裝板13 ；所述的水平支承11連 接下層滑臺14，所述的下層滑臺14連接上層滑臺15，所述的下層滑臺14連接滑板16，所述 的滑板16在滑軌17上滑動，所述的滑軌17連接一組伺服電機18。實施例4
一種電解鋁陽極分路不良的摩擦焊修復(fù)方法被修復(fù)的A3鑄鋼爪是一在(1300-1100) X600X 160 mm重為900kg的底盤上，依矩陣形式排布著八個(Φ175-Φ140)Χ250 mm圓柱 爪頭的復(fù)雜鑄件。單元圓柱爪頭的端面積即為焊接面積，達到M000-24050 mm2的范圍，因 爪頭損壞而失效的摩擦焊接電解鋁陽極的長度為2-5 m。首先，依重心最低的可靠設(shè)計，待 再生的摩擦焊接電解鋁陽極應(yīng)立式放置，因而確定立式工作的摩擦焊機，為實現(xiàn)Φ 175的 爪頭與A3鑄鋼爪的焊接，立式摩擦焊機的最大焊接力達到5000ΚΝ ；采取沿主軸圓周配置2 個液壓馬達、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大齒輪，使主軸的扭矩增加，達到滿足Φ 175爪頭 的所需的摩擦扭矩并按弱規(guī)范摩擦焊工藝摩擦焊接。實施例5
實施例4所述的電解鋁陽極分路不良的摩擦焊修復(fù)方法，所述的矩陣排布的八個爪頭 是隨機損壞的，損壞部位只有與垂直主軸對中才能實施摩擦焊接，因此采用一機八工位摩 擦焊接的方案；在立式摩擦焊機的水平支承上設(shè)置二維平面內(nèi)隨機移動的矩陣追蹤裝置， 使損壞排爪的中心與主軸對中后實施夾緊，摩擦焊接完成后，再使另一個損壞排爪的中心 與主軸對中進行摩擦焊接，如此周而復(fù)始，實現(xiàn)矩陣排爪的A3鑄鋼爪的摩擦焊接再生。實施例6
以上實施例所述的克服電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機及焊接方法，立式摩擦焊機是 由水平支承、4個垂直支承、及上安裝板組成門式框架結(jié)構(gòu)。矩陣追蹤裝置是由2個伺服電 機、減速機、齒輪、齒條組成，作用是使鋁陽極A3鑄鋼爪在需要焊接爪頭的中心位置與主軸 旋轉(zhuǎn)中心重合，鋁陽極導(dǎo)桿與A3鑄鋼爪構(gòu)成的陽極立置于矩陣追蹤裝置的夾具中，爪頭夾 持在旋轉(zhuǎn)夾具中，滑臺在伺服電機的驅(qū)動下可前后移動，滑板在伺服電機的驅(qū)動下可在滑 軌上左右移動，主軸在2個主推力油缸的推動下可上下移動，實現(xiàn)摩擦進給和頂鍛。所述的主軸的旋轉(zhuǎn)由2個液壓馬達、經(jīng)齒輪傳動裝置提供動力，與2個液壓馬達相 聯(lián)的2個小齒輪共同嚙合并聯(lián)驅(qū)動大齒輪，以增加主軸輸出扭矩，構(gòu)成主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。摩擦焊接時首先將爪頭夾持在旋轉(zhuǎn)夾具中，再將鋁陽極A3鑄鋼爪在矩陣追蹤裝 置的夾具中夾緊，啟動2個伺服電機使上層滑臺、滑板移動，使焊接中心與爪頭、主軸同軸，可編程控制器PLC執(zhí)行摩擦焊接程序，實施弱規(guī)范操作。所述的轉(zhuǎn)速328rpm-410rpm，所述 的摩擦速度2m/s-3m/s，所述的摩擦壓力60mpa-100mp￡i，所述的頂鍛壓力160mpa-200mp￡i， 所述的摩擦?xí)r間20s-45s，所述的頂鍛保壓時間10s-20s。爪頭旋轉(zhuǎn)，并在主推力油缸的推 動下向下運動，當(dāng)爪頭與鑄鋼爪接觸后，一級摩擦焊接開始，隨后壓力再加大到二級摩擦， 最后停止旋轉(zhuǎn)同時頂鍛，焊接結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)夾具、固定夾具松開，主軸向上提升。滑臺、滑板 再移動定位對中，追蹤另一損壞部位重復(fù)焊接，一機八工位全部摩擦焊接完成后，滑板移出 卸料取出摩擦焊接件，焊接工藝過程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，其組成包括摩擦焊的門式框架，其特 征是所述的門式框架內(nèi)裝有矩陣追蹤裝置，所述的矩陣追蹤裝置上裝有鋁陽極導(dǎo)桿和待 修復(fù)的A3鑄鋼爪，所述的A3鑄鋼爪連接在帶有爪頭的旋轉(zhuǎn)夾具上，所述的旋轉(zhuǎn)夾具上方裝 有主軸，沿所述的主軸圓周配置2個液壓馬達、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大齒輪的齒輪減 速機構(gòu)和一組主推力油缸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，其特征是所述的矩 陣追蹤裝置為二維平面內(nèi)隨機移動的矩陣追蹤裝置，所述的矩陣追蹤裝置包括縱向和橫向 伺服電機，所述的伺服電機連接減速機，所述的減速機連接調(diào)整位置的齒輪齒條傳動機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機，其特征是所述 的門式框架包括水平支承，所述的水平支承連接一組垂直支承，所述的垂直支承連接上安 裝板；所述的水平支承上裝有下層滑臺，所述的下層滑臺連接上層滑臺，所述的下層滑臺連 接滑板，所述的滑板在滑軌上滑動連接，所述的滑板連接伺服電機。
4.一種電解鋁陽極分路不良的修復(fù)方法，確定被修復(fù)對象一A3鑄鋼爪，是在底盤上 依矩陣形式排布著八個圓柱爪頭的復(fù)雜鑄件，單元圓柱爪頭的端面積即為焊接面積，其特 征是首先，將待再生的摩擦焊接電解鋁陽極立式放置在權(quán)利要求1-3所述的設(shè)備上，焊接 力調(diào)正達到最大5000KN ；采取沿主軸圓周配置2個液壓馬達、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大 齒輪，使主軸的扭矩增加，達到滿足爪頭的所需的摩擦扭矩并按弱規(guī)范摩擦焊工藝摩擦焊 接；在立式摩擦焊機的水平支承上設(shè)置二維平面內(nèi)隨機移動的矩陣追蹤裝置，使損壞排爪 的中心與主軸對中后實施夾緊，摩擦焊接完成后，再使另一個損壞排爪的中心與主軸對中 進行摩擦焊接，如此周而復(fù)始，實現(xiàn)所有的矩陣排爪的A3鑄鋼爪的摩擦焊接再生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解鋁陽極分路不良的修復(fù)方法，其特征是所述的弱 規(guī)范摩擦焊工藝的轉(zhuǎn)速328rpm-410rpm，所述的摩擦速度2m/s-3m/s，所述的摩擦壓力 60mpa-IOOmpa,所述的頂鍛壓力160mpa-200mp￡i，所述的摩擦?xí)r間20s——45s，所述的頂鍛 保壓時間10s-20s。
全文摘要
修復(fù)電解鋁陽極分路不良的摩擦焊機及修復(fù)方法。電解鋁陽極是由鋁導(dǎo)桿，A3鑄鋼爪和石墨極組成的異種金屬連接結(jié)構(gòu)，連接接頭中存在的自由表面是電解鋁陽極分路不良的主因，往往導(dǎo)致電阻率升高而電導(dǎo)率下降。本發(fā)明其組成包括摩擦焊的門式框架(1)，所述的門式框架內(nèi)裝有矩陣追蹤裝置(2)，所述的矩陣追蹤裝置上裝有鋁陽極導(dǎo)桿(3)和待修復(fù)的A3鑄鋼爪(4)，所述的A3鑄鋼爪連接在帶有爪頭(10)的旋轉(zhuǎn)夾具(5)上，所述的旋轉(zhuǎn)夾具上方裝有主軸(6)，沿所述的主軸圓周配置2個液壓馬達(7)、2個齒輪減速共同驅(qū)動主軸大齒輪的齒輪減速機構(gòu)(8)和一組主推力油缸(9)。本發(fā)明用于焊接電解鋁陽極分路不良的修復(fù)。
文檔編號B23K20/26GK102139410SQ20111006063
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者邱凱 申請人:哈爾濱正晨焊接切割設(shè)備制造有限公司