超窄间隙焊剂带约束电弧电压及电流波形特征

为认清焊剂带约束电弧在超窄间隙中的作用,在放置焊剂带的I形坡口中进行熔化极电弧焊接试验.试验发现,坡口侧壁根部焊剂带裸露高度,控制着坡口侧壁的熔化高度;当裸露高度很小时,电弧的作用范围主要集中在坡口的底部,短路结束燃弧开始时弧长较长,在电压波形上表现为初始燃弧电压高,随后快速降低;电流波形反映出较高的短路电流峰值.结果表明,随裸露高度的增加,电弧作用范围从坡口底部向侧壁扩张,电弧长度缩短,瞬时燃弧电压降低,燃弧后电压下降速度变慢,甚至不再下降;同时反映出短路频率提高,短路电流峰值减小,瞬时短路出现几率增加.     

应用等效电阻法和有限元法计算铝电解槽电场

应用等效电阻网络法与有限元相结合的方法,对侧部四点进电铝电解槽电流场进行了数值计算。计算结果表明,铝电解槽铝液中存在着由进电端指向出电端的水平电流,铝液电流密度四个角部最大,达到22214A/m2,总体上铝电解槽电流分布较为对称。应用此方法,不仅可应用于传统电解槽的优化设计,也为新型导流型电解槽的开发打下了良好的技术基础。     

Increasing the Energy Efficiency of Aluminum-Reduction Cells Using Modified Cathodes

A cathode with an inclined surface (5°) and increased bar collector height (230 mm high) was incorporated into two 300-kA industrial aluminum-reduction cells. The voltage of the cells with the modified cathode was reduced by approximately 200 mV when compared with that of a conventional cell with a flat cathode. Through the use of simulations, the reduction in the cell voltage was attributed to the cathode modification (40 mV) and a reduced electrolyte level of 0.5 cm (160 mV). As a result of reduced anode cathode distance (ACD), the ledge toe was extended to the anode shadow by 12 cm. This caused a large inverted horizontal current and a velocity increase. The ledge profile returned to the desired position when the cells were insulated more effectively, and the metal velocity and metal crest in the modified cells were reduced accordingly.     

45钢直流电场增强粉末法硼铝共渗特性

采用不同铝粉含量(0%~1.5%)的硼铝共渗剂对45钢于750 ℃进行直流电场增强粉末法硼铝共渗,并与相应常规渗扩及直流电场增强单一渗硼对比。通过X射线衍射、光学显微镜以及显微硬度测试等方法,观察分析位于直流电场中不同位置试样渗层的相结构、显微组织及硬度分布。结果表明,直流电场对粉末法渗硼、硼铝共渗均有显著促渗作用;直流电场增强渗扩渗层的形成特性不仅与试样位置及渗扩面位向有关,还与渗剂中铝粉含量有关,渗剂中铝粉含量由0增加至1.5%,负极试样面向正极侧与中间试样面向正极侧的渗层厚度先增加后降低,中间试样面向负极侧渗层厚度先缓慢增加然后大幅度增加,正极试样面向负极侧渗层厚度先增后降再增加。铝粉含量为0时,正极试样面向负极侧和中间试样面向负极侧渗层均为“锯齿状”单相Fe₂B,负极试样面向正极侧和中间试样面向正极侧由“锯齿状”FeB+Fe₂B构成。铝含量为0.3%时,各渗层均由双相“锯齿状”(Fe,Al)B和(Fe,Al)₂B构成; 渗层呈“锯齿状”特征时,硬度峰值在1400~1900 HV0.025。当铝粉含量≥0.5%时,由负极向正极,渗层“锯齿状”特征逐渐消失,各试样渗层表层逐步出现KAlF₄、AlF₃及Fe₃Si等相,渗层硬度显著降低,硬度峰值为450~1400 HV0.025。     

铝液波浪与电流效率(△IACP-CE％曲线)

预焙槽电流效率与极距、阳极电流分布有关,他们之间的关系可以用关系曲线来描述.二者之所以与电流效率有关,最本质的因素是极距,电流分布的变化会引起槽膛内熔体(电解质、铝液)流速与波动的变化.熔体垂直波动的波幅大小决定于熔体水平流动的流速和不均匀性.铝电解槽熔体垂直波动波幅与对应的单组阳极导杆电流波动的幅值成正比,由此,我们提出△IACP-CE％关系曲线.通过测量熔体垂直波动的波幅去评估电流效率.     

Investigation of the Ledge Structure in Aluminum Smelting Cells

In aluminum smelting cells, ledges freeze on to cell walls from the cryolitic bath when the temperature drops below the bath liquidus point. Modern cell design and control cause a suitable ledge profile to form and be maintained, in order to protect the cell walls from corrosive liquids (molten salts and Al metal) and ensure efficient current distribution and cell heat balance. During cell operation, a significant ledge, freezing and melting does occur following heat balance changes due to batch operations. The ledge formation mechanism has been studied at the laboratory scale in our previous work. It shows a linkage between the rate and directional nature of ledge growth and its structure as affected through a superheat change. An open ledge structure can dominate the laboratory ledge material growth or melt it out quickly when the superheat either decreases or increases, respectively. This paper begins the investigation of industrial ledge samples, in terms of structure and composition, primarily to identify whether the same ledge formation mechanism exists in industrial cells. In this study, as expected, the industrial ledge shows more complexity than the laboratory ledge; the open structure is different compared to the laboratory ledge due to the inclusion of carbon dust, a large thermal gradient across the ledge, and sufficient aging of the ledge in the cell. The comparison between the laboratory ledge and the industrial ledge has provided insight into the ledge growth mechanism in aluminum smelting cells.

     

海南土壤中Q235钢的杂散电流腐蚀

采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等技术观察和分析了交、直流杂散电流干扰下Q235钢在海南土壤中的腐蚀形貌和腐蚀产物,并对腐蚀过程的电化学参数进行了测量。结果表明:杂散电流腐蚀具有明显的电解腐蚀特征,电流流入金属构件部位成为阴极而受到保护,电流流出金属构件部位成为阳极而受到腐蚀;交、直流杂散电流腐蚀具有集中腐蚀特征,腐蚀产物呈絮状,产物层均有明显裂纹、分层、脱落现象,对基体不具有保护作用;交、直流腐蚀产物组成大致相同,主要为Fe3O4、Fe2O3,伴有少量FeS;杂散电流的存在会加剧Q235钢腐蚀,在同等外加电流下,交流杂散电流腐蚀的危害程度是直流杂散电流腐蚀的15.9%。     

铝合金AC-P-MIG焊丝熔化速度与焊缝成形

铝合金AC—P—MIG焊丝熔化速度主要受焊接电流、BEN比率的影响,在相同BEN比率下,焊丝熔化速度随焊接电流的增大而增大;在相同电流下,焊丝熔化速度随着EN比率的增大而增大．由于阴阳极等效压降的不同及电弧形态特征的差异,随着BEN比率的增加,焊丝得到更有效、更多能量的加热,故熔化速度加快．在同样送丝速度与焊接速度下,随着BEN比率的增加,焊接电流减小,熔深、熔宽减小,余高显著增大．因此AC-P—MIG可以有效解决薄板焊接易烧穿问题,并且可以提高搭接间隙范围,实现薄板的高速、高质量焊接．     

Numerical calculation of thermal field and heat transfer coefficient for 160 kA aluminum reduction cell

1　INTRODUCTIONThetechnologiesofthe 16 0kA prebakedanodealuminumreductioncellofGuizhouAluminumSmelter,China ,wereintroducedfromJapaninthe1970 s .Ithasbeenfoundintherealoperationthatthetargetindexesarenotasgoodasexpected .Forexample ,thecurrentefficiencyislowerthan 88%andtheDCpowerconsumptionforproducingAlishigherthan 14 0 0 0kWh/t .Meanwhile ,becauseofthebiggersidechannel,sideledgecannotbefullyformed .Itisanalyzedthatpoorbusbararrangementsandinnerliningstructureaswellasoperationallha…     

直流磁场作用下铜蒸气对电弧特性的影响

为研究直流纵向磁场作用下金属蒸气对熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)电弧特性的影响,将钨铜复合材料制成特殊钨极代替熔化极产生铜蒸气,利用高速摄像法、光谱测温法以及小孔探测法对其进行了测试研究.结果表明,铜蒸气进入电弧等离子体后,电弧出现分层,随铜蒸气含量的增加,弧芯外围区域半径随之增加,弧芯区的尺寸减小.当铜含量为0%时,外加直流磁场后,电弧在阴极区收缩阳极区扩张,其轴向最高温度明显上升;电弧压力峰值偏离轴线,在外加磁场强度为0.015 T时呈现双峰分布,电流密度与电弧压力分布趋势相似;随着铜蒸气的介入,弧芯区电弧表现为阴极区收缩,阳极区扩张,弧芯周围的铜蒸气则明显收缩,电弧轴向最高温度上升的幅度明显降低.随着铜含量的增加,电弧的导电面积增加,环向电磁力作用减弱,电弧中心压力下降幅度显著降低,阳极电流密度的分布趋势逐渐趋于扁平化.     

焊接速度和焊接电流对竖向高速GMAW驼峰焊缝的影响

运用自主研发的爬壁机器人研究焊接速度和焊接电流对竖向高速熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)驼峰焊缝的影响. 结果表明,焊接速度或焊接电流超过某一临界值时,竖向高速GMAW会形成驼峰焊缝,且熔池中由电弧压力、熔滴冲击力和重力作用下产生的动量很大的后向液体流是竖向高速GMAW形成驼峰焊缝的主要原因. 同时,焊接速度和焊接电流显著影响驼峰焊缝形貌. 当焊接电流不变时,随焊接速度提高,驼峰焊缝的驼峰间距和驼峰高度先稳定减小,后缓慢减小,而焊缝宽度则稳定减小;当焊接速度不变时,随焊接电流增加,驼峰焊缝的驼峰间距先增加后减小,驼峰高度则是先增加后不变,而焊缝宽度则稳定增加. 此外,焊接速度过小或焊接电流过大均会造成金属液下淌.     

电迁移诱发镀层锡须生长行为分析

分析了0.3×104 A/cm2恒定电流密度和四种不同加载时间（0,48,144和240 h）电迁移条件对6.5 μm厚镀锡层表面锡须生长行为的影响,以及不同电流密度对阴极裂纹宽度的影响.结果表明,电迁移加速了镀层表面锡须的形成与生长,随着电迁移时间的延长,锡须长度不断增加.此外,电迁移导致在阴极首先出现了圆形空洞,随后在两极均形成了圆形空洞,并且在阴极处还发现有微裂纹存在,随着电流密度增加,阴极裂纹宽度也随之增加,电流密度为0.5×104 A/cm2时,平均最大裂纹宽度约为9.2 μm.     

电-热耦合作用下Cu/SAC305/Cu中IMC的生长及元素扩散

在一定温度及电流密度下对Cu/SAC305(Sn-3.0Ag-0.5Cu)/Cu焊点进行不同加载时间的电迁移时效试验。分析了电-热耦合作用下,焊点界面IMC的生长机理及界面近区元素扩散特征。结果表明:电-热耦合作用下阳极界面IMC(金属间化合物)层厚度变化与加载时间成抛物线关系;阴极界面IMC层形貌变化显著,其厚度随加载时间的延长呈现先增厚后减薄的变化特征;焊点界面近区元素扩散分为两个阶段:初始阶段由于焊点各部分元素浓度相差悬殊,浓度梯度引起的元素扩散起主导作用,促进两极界面IMC厚度增加;扩散到一定程度后界面近区元素浓度梯度相对减小,电子风力引起的元素扩散占主导部分,促进阴极IMC分解阳极IMC形成,导致阴极IMC层厚度减薄,阳极IMC层厚度逐渐增大。     

埋地管道交流干扰与阴极保护相互作用研究进展

系统地综述了交流干扰对阴保电位、阴保电流密度、牺牲阳极电位、牺牲阳极消耗速率、牺牲阳极效率等参数的影响,同时阐述了交流干扰下阴保评价准则及交流腐蚀机理的最新研究成果。最后指出了目前研究存在的主要问题,展望了该研究领域的发展趋势。     

电迁移促进Cu/Sn-58Bi/Cu焊点阳极界面Bi层形成的机理分析

研究了Cu/Sn-58Bi/Cu对接接头焊点在电流密度为5×103～1.2×104A/cm2条件下钎料基体中阳极界面Bi层的形成机理.电迁移过程中,Bi元素为主要的扩散迁移元素,在电迁移力的作用下由阴极向阳极进行迁移.由于Bi原子的扩散迁移速度比Sn原子要快,促使Bi原子首先到达阳极界面.大量的Bi原子聚集在阳极界面时,形成了压应力,迫使Sn原子向阴极进行迁移,于是在阳极界面处形成了连续的Bi层.阴极处由于金属原子的离去,形成了拉应力,导致了空洞和裂纹在界面处的形成.Bi层的形态主要分为平坦的Bi层和带有凹槽的Bi层.Bi原子进行扩散迁移的通道有三种:Bi晶界、Sn晶界和Sn/Bi界面.随着电流密度和通电时间的增加,Bi层的厚度逐渐增加.电迁移力和焦耳热的产生成为Bi原子扩散迁移的主要驱动力.     

直流电弧熔炼对渣/金反应的影响

研究交流电弧和200A及320－350A的直流电弧（金属熔池为阳极）熔炼钢液时的渣/金反应。试验结果表明,直流电弧下钢中铬和锰的烧损加剧,比交流电弧下熔炼分别增加约90％和56％。电解引起的铬和锰的烧损量约占总烧损量的一半。电流增大时,碳和锰的烧损增加,但铬的烧损略有降低。     

交流电频率对X80管线钢在酸性土壤模拟溶液中腐蚀行为的影响

通过电化学测试、浸泡实验和表面分析技术研究了交流电频率(50~400 Hz)对X80钢在鹰潭酸性土壤模拟溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,随交流电频率的增加,X80钢的腐蚀速率逐渐减小,腐蚀程度减弱。交流电作用下X80钢生成的腐蚀产物疏松、裂纹多,对基体的保护性很差。X80钢的腐蚀电位偏移量随交流电频率的增大而减小。随交流电频率的增大,阴、阳极极化曲线的振荡幅度逐渐减弱。交流电的施加不仅使阴、阳极的电流密度增大,还使阴极反应由混合控制逐渐向活化控制转变。     

TiO_2直接电解还原过程的研究

采用SEM、EDS、XRD等方法对TiO2直接电化学还原产物进行分析,指出TiO2电极的还原是从外向内由高价到低价再到金属逐步进行的。对还原过程中电流、还原气相产物的分析结果表明:还原过程电流效率低,并且电流效率随电解时间延续而降低,阳极产物CO、CO2与阴极中间产物Ca发生副反应以及副反应产物炭黑造成电流短路是电流效率低的主要原因。提高电流效率的途径有两条:一是增大阴、阳极间距,减小副反应的发生;二是使电解池表面熔盐不断导出,或采取某一隔离措施,使副反应产生的炭黑在阴、阳极之间不造成电流短路。     

点阳极电沉积枝晶的分形生长

利用分形几何的原理模拟点阳极电沉积中枝晶的分形生长,分别研究阳极大小、射流速度、NiSO_4浓度和温度等试验条件对点阳极射流电沉积中金属镍枝晶二维电沉积生长行为特性的影响,并从分形维数的角度对其进行分析.结果表明:点阳极射流电沉积中的枝晶也呈分形生长,其分形维数随着点阳极尺寸的增大而增加;射流速度的提高使枝晶簇根部的生长点明显增多,但在射流速度较低时,枝晶簇顶部的形貌较为致密;大量气泡的析出有利于产生分枝,此时气泡对枝晶生长的形貌起主导作用,使射流速度变化时的分形维数出现波折;电解质浓度的增大使枝晶簇的分形维数逐渐减小;且随着试验温度的提高,分形维数也随之增加.     

电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响

研究了温度为150℃,电流密度为5.0×10³A/cm²的条件下电迁移对Ni/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点界面反应的影响.回流焊后在Sn3.0Ag0.5Cu/Ni和Sn3.0Ag0.5Cu/Cu的界面上均形成了（Cu,Ni）₆Sn₅型化合物.时效过程中界面化合物随时效时间增加而增厚,时效800 h后两端的化合物并没有发生转变,仍为（Cu,Ni）₆Sn₅型.电流方向对Cu基板的消耗起着决定作用.当电子从基板端流向芯片端时,电流导致基板端Cu焊盘发生局部快速溶解,并导致裂纹在Sn3.0Ag0.5Cu/（Cu,Ni）₆Sn₅界面产生,溶解到钎料中的Cu原子在钎料中沿着电子运动的方向向阳极扩散,并与钎料中的Sn原子发生反应生成大量的Cu₆Sn₅化合物颗粒.当电子从芯片端流向基板端时,芯片端Ni UBM层没有发生明显的溶解,在靠近阳极界面处的钎料中有少量的Cu₆Sn₅化合物颗粒生成,电迁移800 h后焊点仍保持完好.电迁移过程中无论电子的运动方向如何,均促进了阳极界面处（Cu,Ni）₆Sn₅的生长,阳极界面IMC厚度明显大于阴极界面IMC的厚度.与Ni相比,当Cu作为阴极时焊点更容易在电迁移作用下失效.