鈦制圓弧波陽極板制造工藝研究

梁淑幗

(天華化工機械及自動化研究設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210012)

電解二氧化錳(EMD)主要用在干電池中做去極化劑，是高性能堿錳電池的主要原料之一，目前國內(nèi)改進EMD的生產(chǎn)技術(shù)并加大生產(chǎn)規(guī)模是未來EMD工業(yè)發(fā)展的必由之路。其中所使用的重要部件--圓弧波鈦陽極板，可以保證電極表面相同，增強波紋板的強度，提高材料成形合格率，提高電解后陽極板表面二氧化錳的剝離效率，延長波紋板的使用壽命[1]。

1 制造工藝簡介

波紋板為1.6mm的鈦板(其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示),通過模具壓制成型后與上下梁組焊，焊后進行消除應(yīng)力熱處理，再與懸梁、連接塊、頂板組焊。頂板為TA2包T2復(fù)合棒，端部銑導(dǎo)電缺口。組焊結(jié)束后進行表面噴砂處理。在制作上，利用現(xiàn)有條件設(shè)備，形成成熟的工藝路線，滿足圖紙要求。

1-頂板;2-連接塊;3-懸梁;4-頂梁;5-波紋板;6-底梁圖1 陽極板結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 陽極板波紋圖

2 制造關(guān)鍵點

2.1 材料

壓制波紋板的TA2板，執(zhí)行標準GB/T3621-2007，取樣復(fù)驗化學(xué)成分和力學(xué)性能(具體結(jié)果見表1、2所示), 單片板的對角線誤差不超過1mm，控制成型后的波高偏差-1 ～+1mm，波紋板垂直度公差≤6 mm，表面粗糙度達到150RMS。

表1 壓制波紋板的TA2板的化學(xué)成分 %

表2 室溫力學(xué)性能

2.2 焊接

施焊過程中控制較小的線能量，以防止焊接接頭附近因焊接熱量過高而降低結(jié)合強度，焊接完畢后，對焊縫的外觀、成形等進行檢驗，著色探傷并按相關(guān)標準進行驗收。

TA2之間選擇STA10R焊條。焊接條件要求氬氣純度>99.99%，露點-50℃以下，氬氣流量中主噴嘴為8～10L/min、跟蹤保護控制為10～12L/min；焊接環(huán)境要求流動風速要小于1.5m/s，風沙天氣不得打開門窗，焊接前要做徹底清潔工作，確保焊接現(xiàn)場施工的質(zhì)量。

由于TA2板厚度僅有1.6mm，在制造過程中，若不注意表面的保護，所造成的缺陷會對今后設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生許多不良的影響。所以在制造、運輸?shù)冗^程中，避免與碳鋼接觸，零部件的制作在專用場地內(nèi)進行，施焊時應(yīng)在焊道內(nèi)引弧。場地內(nèi)保持清潔、干燥，地面敷設(shè)橡膠或木質(zhì)墊板。在生產(chǎn)過程中使用專用的滾輪架、吊夾具及工裝設(shè)備。操作人員穿軟質(zhì)橡膠工作鞋，鞋底避免帶有鐵釘?shù)燃怃J異物。在做劃線、號料等標記工作時使用無氯無硫記號筆書寫，切割時水刀切割下料。零部件在周轉(zhuǎn)和運輸過程中，配備必要的防鐵離子污染和磕碰劃傷的運輸工具。制作完成后，對表面進行酸洗去油污。

上下梁施焊前，檢查兩片波紋板的間隙應(yīng)為11mm。避免強力組裝，以減小焊接應(yīng)力，防止焊接時產(chǎn)生裂紋。焊縫內(nèi)的油污、氧化物應(yīng)清理干凈，焊縫間隙0～2mm。

每條焊縫焊接完成后，及時檢查有無裂紋、氣孔、咬邊、飛濺等表面缺陷，發(fā)現(xiàn)時要及時按規(guī)定進行返修，直至合格。經(jīng)表面檢查合格后，角焊縫按JB/T4730.5-2005《壓力容器無損檢測》的要求進行著色探傷，探傷比例為100%，Ⅰ級合格。

2.3 模具

模具的設(shè)計制作是陽極板制作的關(guān)鍵點(模具的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示)，所用設(shè)備：Y32-500型500噸四柱油壓機。

圖3 波紋板壓制模具結(jié)構(gòu)示意圖

單片波紋板是由平板通過模具冷壓成波紋形狀。模具的上下模的角度和弧度根據(jù)成型尺寸減掉板材成型后的波高方向和齒形角度的回彈所確定。因波紋板的成型過程受到材料力學(xué)性能、壓制過程降速和壓力變化，模具的吻合程度等諸多因素的影響，目前沒有確定的計算公式，因此，模具的設(shè)計是通過在設(shè)備、場地固定的條件下進行多次試驗，不斷調(diào)整模具尺寸，通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較達到最佳的成型狀態(tài)。試驗?zāi)＞邽楹穸葹?0，長度為500，與波紋板同規(guī)格的長度500的鈦板進行試驗，通過卡尺測量波高及波形，齒形角度減少2度時達到最佳的波形狀態(tài)。壓制前，在鈦板的一面每隔100長度在端部劃出標記，壓制成型后測量一端的直邊距離，由此確定下料長度。

圖4 檢驗量具結(jié)構(gòu)示意圖

1根據(jù)試驗確定出模具尺寸，并進行精加工，表面拋光。模具固定在油壓機上，按試驗參數(shù)進行壓制。成型后用與波形相同的齒形量具(如圖4所示)檢查波形，并通過表面探傷檢查確定壓制后表面沒有損傷造成缺陷。

2.4 波紋板的組裝

圖5 組裝成型的波紋管

組裝前需將各零部件進行清理，保持潔凈的材料；將陽極板放在不銹鋼平臺上，用壓塊進行固定、壓緊；將4片波紋板與頂梁、底梁組對，保證無松動間隙；波紋板與底梁、頂梁正反滿焊，焊接前須將板材、焊絲等清洗干凈，不得有油污，焊接工作須在潔凈廠房內(nèi)完成，并且焊接全過程須保證陽極板干凈，焊接時正反兩面焊縫及熱影響區(qū)都要氬氣充分保護，焊槍后面拖罩或者噴嘴氬氣保護；焊接人員的著裝和手套須保持干凈；組裝后將陽極板通過橫梁垂直懸掛，垂直度≤9mm。組裝成型的波紋管如圖5所示。

圖6 噴砂后的陽極板表面

2.5 熱處理

將10片波紋板水平放在一起用油壓機壓緊，四周用螺栓把緊，平整裝入退火爐。

2.6 噴砂

經(jīng)多次試驗比較，噴砂采用50～80目金剛砂，空氣流量為5m3/min,空氣壓力為0.294～0.588mPa,表面粗糙度達到150±25RMS。噴砂后的陽極板表面如圖6所示。

2.7 包裝

制作完畢后，垂直懸掛于支架箱中，每40片為一組，半片之間應(yīng)用木條隔離，并用木楔將各板片固定，減少運輸中的污染、磨擦、碰撞與變形。

3 制造過程中主要問題及解決辦法

3.1 波深不均勻

波深不均勻主要是板在壓制過程中受力不均勻造成的，其產(chǎn)生原因及解決辦法如下：

(1)模具上部或下部有空間會造成波紋板受力不均，表現(xiàn)為兩頭深中間淺，板幅是兩邊窄中間寬，在壓制之前，將上下模與壓機接觸面調(diào)整壓緊(先用壓塊定好位置，再用螺栓把緊)；

(2)在壓制時，還需保持模具上下模互相吻合，進行試運行，上下模的波峰對中，兩模無間隙為最佳狀態(tài)；

(3)油壓機壓力不穩(wěn)定，也會造成壓力不均勻，或沒有達到壓力，使板屈服，這就需要操作者在波紋板壓制同時注意壓機下壓的速度和壓力值保持穩(wěn)定，油箱溫度在持續(xù)升高后采取降溫措施，并及時維護；

(4)壓制板面后，距離退火時間較長，波紋產(chǎn)生反彈也會造成微量不均勻，因此波紋板成型之后24小時以內(nèi)應(yīng)與上下梁組焊進行退火處理；(5)通過正反面進行校形調(diào)整波形，同時需注意正反面刷油。

3.2 單波形狀不對稱

單波形狀不對稱，表現(xiàn)為以通過波峰的軸線為中心線，兩邊的波形一邊高，一邊低，主要原因為相鄰兩波成型時互相干擾。其解決措施如下：

(1)壓制后盡快安排退火防止材料反彈，但反彈不是主要的因素；

(2)對波形觀察，通過模具頂角減小角度，加大板面的收縮量來調(diào)整，此方法因需試調(diào)模具角度，周期較長，因此制作時未采用，還需后期繼續(xù)試驗；

(3)制作了一組連續(xù)六齒的模具，對初成型的波紋板進行校正，通過測量波高及相關(guān)尺寸，全部合格。

3.3 波紋板間距的控制

圖紙中兩片波紋板組對后的間距為11，要求單片波紋板壓制時控制左端直邊段為11，右端為自由端，但必須有直邊。因此壓制從左端開始，并用限位塊定好位置。

3.4 復(fù)合棒回廠后的檢驗

(1)采購爆炸后軋制工藝的復(fù)合棒，材料回廠后進行UT檢驗，尤其是兩端部分，不貼合率小于95%的拒收。因為復(fù)合棒分層將會直接影響橫梁的導(dǎo)電問題；

(2)復(fù)合棒水平度的控制。復(fù)合棒回廠后，把水平度不夠的應(yīng)用壓力校正的方法校正直至合格，可以進行熱校。

3.5 板面的噴砂

(1)板面噴砂質(zhì)量是影響電解時槽電壓的主要因素，噴砂前，將除波紋板以外的所有部件用薄膜包好；

(2)在噴砂裝置中保證穩(wěn)定的空氣流量，以免造成板面粗糙度不均勻；

(3)噴砂完成后，所有噴砂表面不得觸摸；

(4)噴砂工序在外協(xié)運輸及回廠過程，裝車波紋板不得接觸任何碳鋼或地面影響噴砂質(zhì)量。

4 結(jié)束語

通過長期不懈地對鈦制圓弧波陽極板制造工藝進行的試驗研究，本文提出了其制作工藝，只要嚴格按照本工藝，注意在制造過程中可能會遇到的問題，并使用本文提出的解決辦法，能夠保證陽極板的一次制造成功，并能安全順利的投入運行。成型的陽極板波形均勻美觀，電解時的槽電壓穩(wěn)定，表面粗糙度達到150±25RMS，能夠很好地滿足產(chǎn)品的要求。

[1] 符劍剛 ，許定勝 ，毛耀清， 等. 電解MnO2生產(chǎn)工藝的現(xiàn)狀及進展[J].中國錳業(yè)，2004，22(1)26-32.