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摘要：空分冷箱內鋁合金管道對接接頭的焊接質(zhì)量決定了冷箱及設備的安全運行，本文結合空分鋁合金管道焊接中常見(jiàn)的缺陷特點(diǎn)，簡(jiǎn)述鋁合金管道焊接缺陷的產(chǎn)生和預防措施，編制合理的焊接工藝，介紹鋁合金管道焊接過(guò)程中注意的事項、常見(jiàn)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：我公司是承擔安裝國內外大中型制氧空分裝置的專(zhuān)業(yè)公司，因空分冷箱是超低溫設備（約-196℃）。冷箱內需要大量鋁合金管道安裝及焊接，由于鋁合金管道組對結構復雜，對焊接工作造成一定的難度。因此，應該在工作中尋找更好的焊接及工藝方法。
一、鋁合金管道
鋁合金材料在現在工業(yè)中應用十分廣泛，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(diǎn)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。機械性能：在熱軋狀態(tài)下，其抗拉強度不小于226Mpa,熔點(diǎn)均為650℃，熔化時(shí)無(wú)顏色變化。
鋁是銀白色的輕金屬，具有良好的塑性、較高的導電性和導熱性，同時(shí)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性和均勻性，降低機械性能和耐蝕性。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(diǎn)
合金管道焊接常見(jiàn)的缺陷有氣孔、未焊透、裂紋、內凹、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(shí)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。鋁的導熱系數很大，在相同焊接工藝條件下，其冷卻速度為鋼的4-7倍，使金屬結晶加快，焊接熔池在快速冷卻過(guò)程中，氫的溶解度急劇下降，此時(shí)析出大量過(guò)飽和氣體，氫氣來(lái)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(guò)小鈍邊過(guò)大、坡口角度太小及錯邊量超標等，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(guò)渡，但兩邊單位體積不同，導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(gè)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(guò)長(cháng)、速度過(guò)快，都可以使焊接熔化溫度不夠而造成根部未焊透。
3、裂紋
鋁合金的導熱系數大，冷卻速度快，熔池的一次結晶速度也快。其線(xiàn)膨脹系數是鋼的2倍， 凝固時(shí)的體積收縮率為6．5％左右。所以鋁焊縫的內應力及焊接接頭剛性拘束力都較大，若組對應力過(guò)大，復雜的受力狀態(tài)會(huì )使焊縫產(chǎn)生熱裂紋。氧化膜和其它夾渣物的存在，可使其焊縫強度降低。
4、內凹
鋁及鋁合金在高溫下隨溫度的不斷升高， 其抗拉強度會(huì )越來(lái)越低，在400℃時(shí)，它的抗拉強度僅為 9．8N／mm2。當溫度升到熔化溫度時(shí)，抗拉強度幾乎為0，已不能支撐自身的質(zhì)量。接近熔化溫度時(shí)，鋁本身幾乎沒(méi)有塑性。達到熔化狀態(tài)時(shí)，液態(tài)鋁的流動(dòng)性又非常強。 這3者并存決定了它必然要產(chǎn)生一定程度的內凹。管壁越厚，內凹越嚴重。所以，立焊時(shí)也極易下堵，成型過(guò)程中形成的焊瘤較多，嚴重時(shí)會(huì )燒穿管壁。
5、燒損
焊接速度過(guò)漫，熔池溫度過(guò)高，會(huì )造成鎂和鋅的燒損。焊接小管徑及薄壁管可
導致合金元素損傷，這種過(guò)燒會(huì )產(chǎn)生結晶組織氧化和疏松�！�
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(shí)無(wú)熔渣，不會(huì )產(chǎn)生焊后殘渣對接頭的腐蝕，氬氣流對焊接區域有沖刷、保護作用，使焊接接頭冷卻加快，從而改善了接頭的組織和性能�！ �
根據鋁合金的特點(diǎn)以及現場(chǎng)焊接過(guò)程中可能遇到的情況，采取以下工藝措施防止各類(lèi)缺陷的發(fā)生。
1、清理焊件和焊絲，保證其施焊表面無(wú)污物和氧化膜，焊絲必須按規定進(jìn)行清洗和烘干。引弧時(shí)不允許鎢棒與工件接觸引弧，不得在母材或焊縫區直接進(jìn)行，應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，氮氣的純度在99．99％以上，其水分的含量小于0．08％， 必要時(shí)應進(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(guān)。因此，要求熄弧時(shí)應將弧坑填滿(mǎn)，縮小熔池，避免產(chǎn)生縮孔，終點(diǎn)的結合處應焊過(guò)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(shí)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(shí)連同墊圈一起焊接。
4、選擇稍大一點(diǎn)的焊接線(xiàn)能量，控制好焊接速度與送絲的位置、深度、角度和方式。施焊前應適當預熱，盡量縮短加熱時(shí)間和熔池停留時(shí)間。根據工件的厚度和形狀尺寸選擇適當的預熱溫度，以減緩冷卻速度，降低接頭的內應力�？刹扇∽杂缮炜s或加固點(diǎn)焊，附加背板、引弧板、收弧板以及收弧時(shí)采用衰減電流填滿(mǎn)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行動(dòng)作應配合好，焊口表面尚未達到熔化溫度時(shí)，焊絲的末端不應處于電弧區的氬氣保護層內。待熔池加熱到一定的溫度，處于流動(dòng)狀時(shí)，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(shí)，則送絲速度要更快些，連續推送，否則易造成燒穿。
6、在定位焊和開(kāi)始焊接時(shí)，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(guò)。因此在引弧時(shí)不得直接指向墊環(huán)，應偏向一側或者對準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(guò)均勻。焊工操作可觀(guān)察熔池的大小和塌落情況來(lái)判斷是否焊透；并在適當時(shí)向熔池送入焊絲，然后慢慢移動(dòng)焊槍?zhuān)龅接卸ㄎ缓钢�，可適當拉長(cháng)電弧、放慢速度，以保證焊透。
8、鋁的特點(diǎn)導熱快，焊接時(shí)需要的熱量較大，一般固定焊口底部的起焊點(diǎn)易產(chǎn)生未焊透的現象。操作時(shí)稍拉長(cháng)電弧做預熱動(dòng)作，待熔池加熱到一定溫度后，再加焊絲，后半圈的起點(diǎn)應蓋過(guò)前半圈；起點(diǎn)20-30 毫米長(cháng)的焊縫終點(diǎn)同樣焊過(guò)頭20～30毫米。
9、手工鎢極氬弧焊的焊接工藝參數宜符合下表：
手工鎢極氬弧焊工藝參數表
厚度
（mm）
焊接
層數
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、選用的母材應符合GB/T3190的規定.選用的焊絲應符合GB/T 10858及有關(guān)標準確的規定。
常用母材推薦采用的焊絲見(jiàn)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，應先進(jìn)行焊縫質(zhì)量的外觀(guān)檢查：焊縫應與母材表面圓滑過(guò)渡，其表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、氧化物、夾渣及過(guò)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符合規范要求。
四、結束語(yǔ)
鋁及鋁合金的焊接與普通碳鋼和不銹鋼不同，實(shí)踐證明，文中提出的焊接工藝措施是切實(shí)可行的。焊接的結果表明，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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