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摘要：空分冷箱內(nèi)鋁合金管道對接接頭的焊接質(zhì)量決定了冷箱及設(shè)備的安全運(yùn)行，本文結(jié)合空分鋁合金管道焊接中常見的缺陷特點，簡述鋁合金管道焊接缺陷的產(chǎn)生和預(yù)防措施，編制合理的焊接工藝，介紹鋁合金管道焊接過程中注意的事項、常見的焊接缺陷和工藝方法。
關(guān)鍵詞：鋁合金管道 焊接缺陷 焊接工藝
前言：我公司是承擔(dān)安裝國內(nèi)外大中型制氧空分裝置的專業(yè)公司，因空分冷箱是超低溫設(shè)備（約-196℃）。冷箱內(nèi)需要大量鋁合金管道安裝及焊接，由于鋁合金管道組對結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對焊接工作造成一定的難度。因此，應(yīng)該在工作中尋找更好的焊接及工藝方法。
一、鋁合金管道
鋁合金材料在現(xiàn)在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，尤其在空分冷箱分離裝置中，它是一種較常用的工藝管材。由于鋁合金材料本身的特點以及空分裝置生產(chǎn)工藝的特殊性。使其在脫脂加工，組裝、焊接，探傷等工藝和要求與一般碳鋼材料不同。
鋁合金材料特性：鋁合金管主要化學(xué)成份：含Mg為2.0﹪-2.8﹪，含Mn為0.4﹪-1.5﹪，其余為Al。機(jī)械性能：在熱軋狀態(tài)下，其抗拉強(qiáng)度不小于226Mpa,熔點均為650℃，熔化時無顏色變化。
鋁是銀白色的輕金屬，具有良好的塑性、較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，同時還具有抗氧化和抗介質(zhì)腐蝕的能力。鋁比鋼的比熱大兩倍，導(dǎo)熱性能約大三倍，即升高同樣的溫度需要的熱量較多，而散失熱量較快。鋁極易氧化產(chǎn)生難熔的三氧化二鋁薄膜，在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物，從而破壞金屬的連續(xù)性和均勻性，降低機(jī)械性能和耐蝕性。因此，鋁合金管道焊接與其他材質(zhì)相比，具有特殊性和難控制性，焊接操作難于掌握。
二、焊接缺陷及特點
合金管道焊接常見的缺陷有氣孔、未焊透、裂紋、內(nèi)凹、燒損。
1、氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要是氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0．0069ml／g， 而高溫凝固狀態(tài)下為0．00036ml／g，前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4-7倍，使金屬結(jié)晶加快，焊接熔池在快速冷卻過程中，氫的溶解度急劇下降，此時析出大量過飽和氣體，氫氣來不及選出在焊縫金屬中形成氣孔。
2、未焊透
焊件組對質(zhì)量和施焊位置對鋁鎂合金管件的焊接質(zhì)量尤為重要。組對間隙過小鈍邊過大、坡口角度太小及錯邊量超標(biāo)等，極易在立焊和仰焊位置產(chǎn)生根部未焊透。
空分管道部分彎頭，其厚度多大于直管段厚度，雖然經(jīng)厚度過渡，但兩邊單位體積不同，導(dǎo)熱量和散熱量也有所不同，如果不注意焊槍角度和焊絲位置角度的調(diào)整，很容易形成單邊根部未焊透。
焊件的焊前表面處理也是影響焊接質(zhì)量的1個因素，焊件表面氧化膜清除不徹底、存有油污等雜質(zhì)，焊接電流小、電弧過長、速度過快，都可以使焊接熔化溫度不夠而造成根部未焊透。
3、裂紋
鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)大，冷卻速度快，熔池的一次結(jié)晶速度也快。其線膨脹系數(shù)是鋼的2倍， 凝固時的體積收縮率為6．5％左右。所以鋁焊縫的內(nèi)應(yīng)力及焊接接頭剛性拘束力都較大，若組對應(yīng)力過大，復(fù)雜的受力狀態(tài)會使焊縫產(chǎn)生熱裂紋。氧化膜和其它夾渣物的存在，可使其焊縫強(qiáng)度降低。
4、內(nèi)凹
鋁及鋁合金在高溫下隨溫度的不斷升高， 其抗拉強(qiáng)度會越來越低，在400℃時，它的抗拉強(qiáng)度僅為 9．8N／mm2。當(dāng)溫度升到熔化溫度時，抗拉強(qiáng)度幾乎為0，已不能支撐自身的質(zhì)量。接近熔化溫度時，鋁本身幾乎沒有塑性。達(dá)到熔化狀態(tài)時，液態(tài)鋁的流動性又非常強(qiáng)。 這3者并存決定了它必然要產(chǎn)生一定程度的內(nèi)凹。管壁越厚，內(nèi)凹越嚴(yán)重。所以，立焊時也極易下堵，成型過程中形成的焊瘤較多，嚴(yán)重時會燒穿管壁。
5、燒損
焊接速度過漫，熔池溫度過高，會造成鎂和鋅的燒損。焊接小管徑及薄壁管可
導(dǎo)致合金元素?fù)p傷，這種過燒會產(chǎn)生結(jié)晶組織氧化和疏松�！�
三、焊接工藝及措施
氬弧焊是焊接鋁合金較完善的焊接方法，氬弧焊可利用氬離子的陰極破碎作用，有效地去除熔池表面的氧化鋁薄膜，焊接時無熔渣，不會產(chǎn)生焊后殘渣對接頭的腐蝕，氬氣流對焊接區(qū)域有沖刷、保護(hù)作用，使焊接接頭冷卻加快，從而改善了接頭的組織和性能。
根據(jù)鋁合金的特點以及現(xiàn)場焊接過程中可能遇到的情況，采取以下工藝措施防止各類缺陷的發(fā)生。
1、清理焊件和焊絲，保證其施焊表面無污物和氧化膜，焊絲必須按規(guī)定進(jìn)行清洗和烘干。引弧時不允許鎢棒與工件接觸引弧，不得在母材或焊縫區(qū)直接進(jìn)行，應(yīng)將鎢極在引弧板上燃燒熾熱后，再到焊縫處引弧。因為冷的鎢棒極易引起爆破噴屋造成熔池夾鎢，影響焊縫質(zhì)量。
2、盡量選用大直徑焊絲，氮?dú)獾募兌仍?9．99％以上，其水分的含量小于0．08％， 必要時應(yīng)進(jìn)行干燥處理。熄弧操作正確與否直接影響焊縫質(zhì)量和成型美觀。因此，要求熄弧時應(yīng)將弧坑填滿，縮小熔池，避免產(chǎn)生縮孔，終點的結(jié)合處應(yīng)焊過20-30毫米。
3、確保焊縫的組對間隙和錯邊量均符合要求。厚度較大的焊件采用U形坡回，以縮短加熱時間，更厚一些就增加組對間隙到5-8mm。也可采用鋁襯墊，焊接時連同墊圈一起焊接。
4、選擇稍大一點的焊接線能量，控制好焊接速度與送絲的位置、深度、角度和方式。施焊前應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱，盡量縮短加熱時間和熔池停留時間。根據(jù)工件的厚度和形狀尺寸選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度，以減緩冷卻速度，降低接頭的內(nèi)應(yīng)力。可采取自由伸縮或加固點焊，附加背板、引弧板、收弧板以及收弧時采用衰減電流填滿弧坑等方法，也可采用合適的焊接順序和方法。
5、送絲操作、焊絲的添加和焊槍的運(yùn)行動作應(yīng)配合好，焊口表面尚未達(dá)到熔化溫度時，焊絲的末端不應(yīng)處于電弧區(qū)的氬氣保護(hù)層內(nèi)。待熔池加熱到一定的溫度，處于流動狀時，立即將焊絲送入熔池。熔池宜小些、送絲速度可快些，尤其是不加襯圈的焊口。在局部有間隙時，則送絲速度要更快些，連續(xù)推送，否則易造成燒穿。
6、在定位焊和開始焊接時，必須保證不燒焦或燒熔不銹鋼墊環(huán)，否則X光檢查通不過。因此在引弧時不得直接指向墊環(huán)，應(yīng)偏向一側(cè)或者對準(zhǔn)放入焊縫間隙的焊絲。形成熔池后，就可避免墊環(huán)燒穿。
7、對于單面焊的第一遍焊道必須保證焊透，透過均勻。焊工操作可觀察熔池的大小和塌落情況來判斷是否焊透；并在適當(dāng)時向熔池送入焊絲，然后慢慢移動焊槍，遇到有定位焊之處，可適當(dāng)拉長電弧、放慢速度，以保證焊透。
8、鋁的特點導(dǎo)熱快，焊接時需要的熱量較大，一般固定焊口底部的起焊點易產(chǎn)生未焊透的現(xiàn)象。操作時稍拉長電弧做預(yù)熱動作，待熔池加熱到一定溫度后，再加焊絲，后半圈的起點應(yīng)蓋過前半圈；起點20-30 毫米長的焊縫終點同樣焊過頭20～30毫米。
9、手工鎢極氬弧焊的焊接工藝參數(shù)宜符合下表：
手工鎢極氬弧焊工藝參數(shù)表
厚度
（mm）
焊接
層數(shù)
焊絲直徑
（mm）
鎢極直徑
（mm）
噴嘴直徑
（mm）
焊接電流
（A）
氬氣流量
（L/min）
1-3
1
1.6-3.0
1.6-3.2
8-12
40-140
8-12
4-8
2-3
3.0-5.0
2.4-5.0
10-14
140-320
10-16
8-12
3-4
4.0-6.0
4.0-6.4
12-16
240-360
14-20
10、選用的母材應(yīng)符合GB/T3190的規(guī)定.選用的焊絲應(yīng)符合GB/T 10858及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確的規(guī)定。
常用母材推薦采用的焊絲見表
母材牌號
3A21
5A02
3A21
+5A02
5083
5A02
+5083
3A21
+5083
1A93
焊絲牌號
SAlMn
SAlMg5
或LF11
SAlMg3
或5183
Sal—2
Sal—3
鋁合金管道焊接完成后，應(yīng)先進(jìn)行焊縫質(zhì)量的外觀檢查：焊縫應(yīng)與母材表面圓滑過渡，其表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、氧化物、夾渣及過燒等缺陷；焊縫余高、焊縫咬邊深度、表面凹陷、角焊縫的焊角高度等均應(yīng)符合規(guī)范要求。
四、結(jié)束語
鋁及鋁合金的焊接與普通碳鋼和不銹鋼不同，實踐證明，文中提出的焊接工藝措施是切實可行的。焊接的結(jié)果表明，采用以上工藝措施，鋁合金管道的焊接缺陷得到了有效控制，使用效果良好。
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