本發明涉及一種焊接設備，尤其涉及一種陽極鋼爪快速修復焊接機。

背景技術：

陽極鋼爪是電解鋁行業的消耗品，它的作用是控制陽極碳塊并輸送電流。由于陽極鋼爪工作環境溫度在1000℃以上，而且電解槽電解質中含有較高的NaF液體，電解過程釋放HF氣體，陽極鋼爪在高溫氧化以及HF氣體腐蝕的情況，陽極鋼爪底部約100mm的部位越來越細，越來越短，直到鋼爪不能使用。由于陽極鋼爪缺損部分只占整個鋼爪的15％左右，其余均完好無損，因此各企業為了追求經濟效益，將鋼爪的損壞部分修復后再進行使用，以延長其使用壽命。具體的做法是將陽極鋼爪損壞部分切除，再用一段等長的新鋼棒采用電弧焊人工焊接的方法焊在一起，完成鋼爪的修復，再進行使用。

陽極鋼爪的修復焊接現在使用的有兩種焊接方法。一種是人工電弧焊焊接鋼棒的方法。另一種是溶鑄焊再生鋼爪缺損部分的方法。

人工電弧焊焊接鋼棒的方法是將陽極鋼爪腐蝕氧化燒損的部分用氧氣乙炔切割機將其切除，將同等長度同直徑的鋼棒對擠在鋼爪的切割面上，由人工操控電弧焊機或二氧化碳保護焊機沿兩個鋼棒接處面的外緣將其焊接在一起。為了保證焊接有相對足夠的強度，一般要焊接兩到三遍。這種焊接方法由于操作簡單，成本相對較低，修復速度相對較快被大多數企業所使用，但這種方法修復的鋼爪具有使用壽命短，導電率低等缺點難以克服。

熔鑄焊再生陽極鋼爪缺損部分的方法是約在五六年前出現的一種陽極鋼爪修復技術。該技術是將陽極鋼爪腐蝕氧化燒損部分切除，采用小型中頻加熱爐，將加熱爐的感應圈制成桶狀鍋，固定在陽極鋼爪缺失部位，其中鋼爪切割處約50mm的部分含在桶狀鍋內，桶狀鍋上部懸空一根鋼棒，當感應爐開始加熱時將爐體中的鋼棒加熱熔化，直到鋼水填充滿整個爐體，將鋼爪切割掉的部分用鋼水充滿，待爐體降溫后鋼水凝固，拆除桶狀鍋，一個鋼爪的再生修復工作完成。這種技術的特點是焊接熔合的相對較好。焊接部分強度較高，修復后的鋼棒壽命相對較長，但也存在操控難度大，修復時間長，耗電量大等致命缺點而不被不被企業所接受。

人工電弧焊焊接鋼棒的方法雖然簡單易行，被多數企業所采用，但也有以下致命缺點：

a.鋼爪使用壽命短。由于兩個鋼棒只能在其接觸面的外緣進行焊接，即使焊接兩到三遍，其焊肉厚度也很有限，在高溫氧化及腐蝕氣體的共同作用下，焊肉很快變薄，焊接上去的鋼棒極易脫落，脫落的鋼爪只能返回修復車間進行再次修復焊接。根據我們的調查，這種方法焊接的鋼爪使用壽命只有一到兩個電解周期，一個電解周期一般為28天。因此大量的鋼爪修復焊接工作成為各企業的負擔。

b.導電率低。鋼爪的一個重要作用是導電，由于這種方法只有在接觸面外緣進行焊接，也就是鋼爪真正熔焊在一起的部分其面積只有鋼棒截面積的百分之十左右，作為導電體其導電截面積大打折扣，這就加大了電阻，致使其導電率也大打折扣。

c.材料消耗量大。由于每個鋼爪焊接上去的鋼棒長度不一樣，當其脫落后四處堆放，再次修復焊接時很難找到合適的尺寸一一對應焊接，進行重復使用，因此一般企業都不在重復使用脫落的鋼棒，這就造成很大浪費。同時用于鋼爪修復所必須的氧氣、乙炔、二氧化碳氣體、各種焊材等材料的消耗也極其驚人。

d.人工浪費大。經我們調查，以每天修復焊接50鋼爪頭為例，包括鋼爪切割，鋼棒切割，鋼爪焊接等需要30個人分兩班倒才能完成。每個電焊工焊接完成一個鋼爪頭需要1小時左右的時間，因此人工浪費很大，效率很低。

熔鑄焊再生鋼爪技術的主要缺點如下：

a.耗時長。這種方法焊接一個鋼爪頭連裝帶卸需要60分鐘左右的時間，耗時太長。

b.耗電量大。這種方法焊接一個鋼爪頭耗電300多度，每度電按0.45元計算，僅電費一項需要135元錢，成本太高。

c.焊接成功率低。這種方法修復的鋼爪由于焊接面熔合難度大，不易控制，使用后極易脫落，返修率高。

d..效率低：一臺這樣的機器需5到6人看護。8小時只能修復7到8個鋼爪，效率極低。

因此由于以上主要缺陷，這種設備進入市場后，很快被各企業淘汰閑置，轉而采用人工焊接的方法修復焊接。

陽極鋼爪的修復焊接在電解鋁行業中由于沒有出現比較先進可靠的焊接設備，而普遍采用人工電弧焊焊接修復的方法維持著生產。這種方法修復的鋼爪使用壽命短，重復修復量大，材料消耗量大，人工機械消耗大，鋼爪運轉量大等缺點成為各電解鋁企業煩不勝煩的頭痛事，而且多年來得不到很好的解決，這嚴重制約了企業的技術革新和發展。因此我們發明陽極鋼爪快速修復焊機就是為了能很好的解決以上問題，為企業的發展增添活力。

技術實現要素：

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種陽極鋼爪快速修復焊接機。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

本發明包括焊機主機架、焊機底座、變壓器、液壓站、鋼棒夾緊裝置、滑動限位板、滑動限位桿、主液壓缸、固定夾緊裝置、滑動夾緊裝置、滑動夾緊裝置液壓缸、鋼棒夾緊裝置液壓缸、銅導線、高壓油管、焊接控制裝置和電極接觸塊，所述焊機主機架位于所述焊機底座上，所述固定夾緊裝置設置于所述焊機主機架上，所述滑動夾緊裝置位于所述固定夾緊裝置的對側，且與所述滑動夾緊裝置液壓缸連接，所述鋼棒夾緊裝置與所述鋼棒夾緊裝置液壓缸連接，且位于所述固定夾緊裝置的下方，所述電極接觸塊分別與所述固定夾緊裝置和鋼棒夾緊裝置連接，所述電極接觸塊通過銅導線與所述變壓器連接，所述鋼棒夾緊裝置設置于所述滑動限位板上，所述滑動限位板設置于所述活動限位桿上，所述焊接控制裝置設置于所述滑動限位板與滑動限位桿之間，所述滑動限位板和滑動限位桿與主液壓缸連接，所述主液壓缸、所述滑動夾緊裝置液壓缸和所述鋼棒夾緊裝置液壓缸均通過高壓油管與所述液壓站連接。

本發明的有益效果在于：

本發明是一種陽極鋼爪快速修復焊接機，與現有技術相比，本發明具有焊接速度快、修復的鋼爪使用壽命長、導電率高、材料消耗低、人工消耗低的優點，提高工作效率，使用效果好，具有推廣使用的價值。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中：1-待修復的陽極鋼爪、2-焊機主機架、3-焊機底座、4-變壓器、5-液壓站、6-鋼棒、7-鋼棒夾緊裝置、8-滑動限位板、9-滑動限位桿、10-主液壓缸、11-固定夾緊裝置、12-滑動夾緊裝置、13-滑動夾緊裝置液壓缸、14-鋼棒夾緊裝置液壓缸、15-銅導線、16-高壓油管、17-焊接控制裝置、18-電極接觸塊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如圖1所示：本發明包括焊機主機架2、焊機底座3、變壓器4、液壓站5、鋼棒夾緊裝置7、滑動限位板8、滑動限位桿9、主液壓缸10、固定夾緊裝置11、滑動夾緊裝置12、滑動夾緊裝置液壓缸13、鋼棒夾緊裝置液壓缸14、銅導線15、高壓油管16、焊接控制裝置17和電極接觸塊18，所述焊機主機架2位于所述焊機底座3上，所述固定夾緊裝置11設置于所述焊機主機架2上，所述滑動夾緊裝置12位于所述固定夾緊裝置11的對側，且與所述滑動夾緊裝置液壓缸13連接，所述鋼棒夾緊裝置7與所述鋼棒夾緊裝置液壓缸14連接，且位于所述固定夾緊裝置11的下方，所述電極接觸塊18分別與所述固定夾緊裝置11和鋼棒夾緊裝置7連接，所述電極接觸塊18通過銅導線15與所述變壓器5連接，所述鋼棒夾緊裝置7設置于所述滑動限位板8上，所述滑動限位板8設置于所述活動限位桿9上，所述焊接控制裝置17設置于所述滑動限位板8與滑動限位桿9之間，所述滑動限位板8和滑動限位桿9與主液壓缸10連接，所述主液壓缸10、所述滑動夾緊裝置液壓缸13和所述鋼棒夾緊裝置液壓缸14均通過高壓油管16與所述液壓站連接。

整個設備按功能可分為如下幾大組成部分。

一、焊機主機架2既是主機架，也是能承載500噸推力的鋼構架。

二、焊機底座3主要起到支撐上部焊機主體以及對部分內置設備的衛護作用。

三、固定夾緊裝置11、滑動夾緊裝置12、滑動夾緊裝置液壓缸13構成鋼爪夾緊裝置。由兩個固定夾緊塊和一個滑動夾緊塊以及其實現夾緊與松開功能的液壓缸組成。它的作用是將待焊接的鋼爪牢牢固定在焊機主機架上。一但鋼爪被夾緊，鋼爪將受到左右，上下足夠的力量。在外部任何力的作用下鋼爪將不會產生任何位移變化。鋼爪焊接完畢，滑動夾緊塊松開，鋼爪由上部提出，完成一個鋼爪頭的焊接。

四、鋼棒6、鋼棒夾緊裝置7和鋼棒夾緊裝置液壓缸14構成鋼棒夾緊裝置系統，是由聯接變壓器電極并固定在滑動限位板8上的鋼制U形的鋼棒夾緊裝置7和液壓缸帶動的鋼棒夾緊裝置液壓缸14組成。U形槽寬與鋼棒6同徑，其作用是焊接前將所焊鋼棒牢牢夾緊在U形槽中，讓鋼棒側面三分之二的面積與U形槽內壁充分壓緊接觸。待焊接完畢，滑動夾緊塊松開，鋼棒與已經焊接在一起的鋼爪一并提出，完成一次焊接過程。

五、滑動限位板8、滑動限位桿9、主液壓缸10構成滑動限位裝置。作用是隨著主液壓缸10的工作，滑動限位板8只能平穩上下移動，不能產生左右前后的側向移動。

六、變壓器4、銅導線15、電極接觸塊18構成供電系統。是該設備的核心部件。

七、液壓站5、高壓油管16構成液壓系統。作用是通過控制液壓站工作，來控制各液壓缸工作，進而實現各活動件的可控滑動和夾緊松開動作。

八、焊接控制裝置17是主液壓缸10與滑動限位板8的聯接件，其作用是通過人工操控部件17上下移動來掌控滑動控制板8與液壓缸10做微小的相對運動，進而操控焊接過程。

整個操作過程如下：

步驟一、將準備好的鋼棒放置在鋼棒夾緊裝置的U型槽中，開啟液壓站，控制14號裝的液壓缸工作，將鋼棒牢牢夾緊在U型槽中。

步驟二、將待焊鋼爪由天車提起，從焊機頂部的鋼爪進出孔進入焊機，并達到如圖所示的位置，開啟液壓站控制13號裝置的液壓缸工作，推動滑動夾緊裝置向前推，將鋼爪牢牢夾緊在焊機的主機架上。

步驟三、啟動液壓站，控制10號液壓缸向上推動，進而將焊接鋼棒送到預定位置。

步驟四、啟動變壓器工作，通過導線以及電極塊使待焊鋼爪與待焊鋼棒分別與變壓器兩極接通，此時待焊鋼爪與待焊鋼棒帶電。

步驟五、操控部件17上下移動，控制已是整體的滑動控制板，鋼棒夾緊裝置和鋼棒做上下微小移動。當兩個鋼棒的平面接觸的瞬間，在強大電流的作用下，接觸面產生溫度高達5000℃的電弧光，電弧光迅速將鋼棒的表面加熱，控制部件17反復上下移動，電弧光也不斷的產生，在較短的時間內，電弧光將兩端鋼棒約60mm長度的范圍加熱到1500多度，鋼棒接觸面熔化形成存有一定鋼水的熔化池，此時迅速啟動液化站開關，控制10號液壓缸向上推動，將底部鋼棒與鋼爪緊緊擠壓在一起，熔化的鋼水與氧化鐵等雜物迅速被擠出，此時控制液壓缸壓力并保持壓力一段時間，鋼棒與鋼爪即可焊接在一起，保壓一段時間后，松開鋼爪壓緊裝置，鋼爪提出，即完成一次鋼爪的修復焊接。

技術效果

如前所述，人工焊接修復鋼爪的方法，只是在兩個鋼棒接觸面外緣，用電焊或二氧化碳保護焊，堆焊兩道三遍，其真正熔焊在一起的面積只有鋼棒截面積的十分之一左右，其強度及其有限，修復后的鋼爪在電解槽高溫高腐蝕的環境中，電焊堆焊的焊肉很快被氧化腐蝕掉了，只能使用1～2個月；同時鋼爪在電解槽中是作為導電的導體使用的，幾萬安培的電流從鋼棒接面通過，由于真正熔焊在一起的截面積只是鋼棒截面積的十分之一，因此導電截面積大打折扣，進而其導電率也大打折扣。另外，由于修復機使用壽命短，鋼爪需要反復修復焊接，修復焊接過程所需要的鋼棒，氧氣乙炔、二氧化碳氣體，焊條焊絲等材料造成極大的浪費，同時也造成極大的人工浪費。近幾年市場上出現的一種叫熔鑄焊的陽極鋼爪再生技術，也由于操控難度大，性能不穩定而退出市場。

經過近兩年的試驗研究，我們設計的陽極鋼爪快速修復焊接機非常好的解決了以上問題。它具有以下幾個特點，現分析說明。

a、焊接速度快。真正用在焊接上的時間只有90～180秒之間，算上裝卸及保壓的時間，平均焊接一個鋼爪頭只需10分鐘時間，一個臺班8小時可焊近50個鋼爪頭，具有明顯的速度優勢。

b、修復的鋼爪使用壽命長。這種焊接方式是將兩個鋼棒整體熔焊在一起，也就是焊接面積和鋼棒的截面積是相等的。它在使用過程中抗高溫氧化腐蝕能力和鋼棒本身是一樣的，從這個角度講，這種方式焊接修復的鋼爪壽命與新的鋼爪是一樣的。另外，我們在研究過程中，對焊接好的鋼爪放在壓力機上對焊縫進行剪切壓力試驗，經過200多次的試驗數據顯示，焊縫的抗剪切壓力都在250噸以上，這已經是鋼爪母材抗剪切能力的90％以上了，這充分說明這種方式焊接鋼爪的優異性。

c、導電率高。陽極鋼爪在使用過程中的一個重要功能是作為導體使用的，導電率的高低是陽極鋼爪的一個重要指標。如前所述，這種焊接方式焊接的鋼爪，焊接面積與鋼爪截面積是相同的，也就是作為導體其焊縫處的導電截面積與鋼爪導電截面積相同，因此焊縫處的導電率與鋼爪其他部位導電率是一致的。這與手工電焊堆焊的焊縫相比導電率具有絕對的優勢。

d、材料消耗低。由于這種方法焊接修復的鋼爪使用壽命提高了，鋼爪的重復修復次數大大降低了，鋼爪修復所必須的鋼棒，焊接材料如焊條焊絲、二氧化碳氣體，切割鋼爪所必須用的氧氣乙炔氣體等材料均大大降低。同時這種焊接方式是母材直接焊接，不消耗焊條焊絲、二氧化碳保護氣體等材料，按我們和鋁行業相關人員統計分析，這種焊接方式與原有的人工焊接方式相比，可節省約80％的材料消耗。

e、人工消耗低。以甘肅某電解鋁企業鋼爪修復車間為例，該車間共計25名生產人員，分兩班倒，每天完成的鋼爪修復任務平均為50個左右，人均修復鋼爪2個。我們設計的鋼爪修復焊接機只需要3個操控人員，每天可焊接鋼爪50個左右，加上鋼爪的切割鋼棒切割需要3名工人和管理保障人員1人，共計7個人，人均修復鋼爪7個以上，因此人工效率非常明顯。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。