鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
1 易氧化
鋁和氧的親和力很強。在常溫下，鋁表面就能被氧化成厚度約0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續氧化，對自然防腐有利，但它給焊接帶來(lái)了困難，這是由于氧化鋁的熔點(diǎn)(2050℃)遠遠超過(guò)了鋁的熔點(diǎn)(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過(guò)程中，會(huì )阻礙金屬之間的熔合，易形成夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份，焊接時(shí)會(huì )促使焊縫生成氣孔。
2 較大的導熱系數和比熱容
鋁的導熱系數約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時(shí)，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。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，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036 ml/g，前后相差近20倍。鋁的導熱系數很大，在相同的焊接工藝條件下，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)不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時(shí)，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。

5A02 飛機油箱與導管，焊絲，鉚釘，船舶結構件。
5A03 中等強度焊接結構，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來(lái)代替5A02合金。
5A05 焊接結構件，飛機蒙皮骨架。
5A06 焊接結構，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機蒙皮骨部件。
5A12 焊接結構件，甲板。

鋁合金是以鋁為基體元素和加入一種或多種合金元素組成的合金。一般采用交直流方波鎢極氬弧焊和脈沖MIG焊進(jìn)行焊接，脈沖MIG焊又分為一脈一滴脈沖MIG焊和高速脈沖MIG焊。脈沖MIG焊采用焊絲分為：純鋁焊絲301；鋁硅焊絲4043；鋁鎂焊絲5356；保護氣采用高純度氬氣：99.99%Ar。
鋁合金具有重量輕、抗腐蝕、易成型等優(yōu)點(diǎn)；隨著(zhù)新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現使得這類(lèi)材料的性能不斷提高，因而在航空、航天、高速列車(chē)、高速艦艇、汽車(chē)等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用。

由于鋁及其合金化學(xué)活潑性很強和自身的屬性，使得在焊接時(shí)較困難，對焊縫的質(zhì)量控制要求較高，主要為：
1、鋁及其合金，表面易形成氧化膜：Al2O3或MgO，且多具有難熔性質(zhì)（Al2O3熔點(diǎn)約為2050℃，MgO熔點(diǎn)約為2500℃）。
2、氧化膜(Al2O3或MgO)密度同鋁的密度極其接近，所以也容易成為焊縫金屬的夾雜物。
3、氧化膜（MgO）可以吸收較多的水分而形成焊縫氣孔。
4、鋁及其合金導熱性強，焊接時(shí)容易造成不熔合現象。
5、鋁及其合金的線(xiàn)膨脹系數大約為碳鋼的2倍；導熱性又強，比鋼約大一倍多；凝固時(shí)的體積收縮率較大，約為6.5％，而鐵為3.5％。焊接后容易產(chǎn)生變形、熱裂紋以及熱影響區的軟化、強度降低等問(wèn)題。
針對以上問(wèn)題，采用四川瑪瑞焊業(yè)發(fā)展有限公司高速脈沖MIG焊機可以很好的解決以上問(wèn)題，同時(shí)獲得的焊接質(zhì)量。
高速脈沖MIG焊機焊接時(shí)電弧過(guò)度脈沖頻率為3kHz—5kHz，自動(dòng)形成壓縮電弧，電弧電流密度大，從而使焊接時(shí)：
① 電弧更集中，小電流焊接時(shí)可以代替TIG焊
② 穿透力更強，不易造成未熔合
③ 攪拌力更大和更深，不易造成氣孔和夾渣
④ 高速脈沖對Al2O3破除效果好
⑤ 焊接速度更快，熱影響區小、變形小

另外，還得注意氣孔的形成原因和焊接參數匹配。焊縫氣孔的出現一般多為氫氣孔。氫氣孔的形成主要為：
1、弧柱氣氛中的水分: 弧柱空間總是或多或少存在一定數量的水分，尤其在潮濕季節或濕度大的地區進(jìn)行焊接時(shí)，由弧柱氣氛中水分分解而來(lái)的氫，溶入過(guò)熱的熔融金屬中，可成為焊縫氣孔的原因。
2、焊絲、母材表面氧化膜的吸附水份：鋁合金焊絲、母材的表面氧化膜中含有不致密的MgO或Al2O3，焊接時(shí)，在熔透不足的情況下，母材坡口端部未除凈的氧化膜中所吸附的水分，常常是產(chǎn)生焊縫氣孔的主要原因。
3、保護氣體不純：保護氣體多為氬氣，氬氣中含有水份或雜質(zhì)，焊接時(shí)造成焊縫氣孔。
一般說(shuō)來(lái)，鋁及其合金焊接線(xiàn)能量越大，焊縫性能下降的趨勢也越大。對于熔合區，除了防止晶粒粗化，還可能因晶界液化而產(chǎn)生顯微裂紋。所以，熔合區的變化主要是惡化塑性。因而焊接工藝參數應選用既不造成未熔合又不過(guò)燒的合理參數才能確保鋁及其合金的焊接質(zhì)量。

空分冷箱內塔容器為鋁制容器，容器運輸尺寸超長(cháng)，為運輸方便，通常分成上下兩段運輸，安裝時(shí)需在現場(chǎng)組對焊接,但現場(chǎng)的焊接環(huán)境、焊接設備都不如在制造廠(chǎng)，因此我們從各方面采取措施，焊接質(zhì)量。對焊接操作人員和檢驗人員提出了嚴格的要求：1）擔任本設備焊接的焊工持有經(jīng)國家技術(shù)質(zhì)量監督局考核認證的操作證；2）焊接質(zhì)檢人員、無(wú)損探傷人員持有國家相關(guān)部門(mén)考試認證的操作證書(shū)；3）其他組對人員應熟知操作步驟、施工技術(shù)要求，配合焊工焊接質(zhì)量。



1、焊接材料及相關(guān)設施的要求
1）焊接材料的要求：所用的焊接材料有質(zhì)量書(shū)或合格書(shū)，質(zhì)量不得低于國家現行標準的規定。材料使用前，應按國家現行標準的有關(guān)規定進(jìn)行檢查和驗收；
2）焊絲根據母材材質(zhì)選用牌號：鋁鎂合金焊絲ER5183；
3）采用4臺工藝、性能穩定、靈敏度高的大功率WSME—500氬弧焊機進(jìn)行焊接；
4）選用具有能滿(mǎn)足安裝需要的射線(xiàn)無(wú)損探傷檢測設備；
5）現場(chǎng)要設有焊材室及烘干、去污設施，由專(zhuān)人負責焊材的保管、發(fā)放及回收工作。
2、施焊環(huán)境的要求
1）搭建密封的臨時(shí)焊接小棚可以擋風(fēng)、防雨。冬季施工時(shí)，在焊前進(jìn)行適當的加溫處理，環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，不應施焊；
2）氬弧焊焊接時(shí)的風(fēng)速不應超過(guò)2m/s；
3）鋁及鋁合金焊接時(shí)，應選擇晴朗天氣，周?chē)h(huán)境濕度在80%以下；
4）焊工施焊所用的腳手架要便于焊工操作，并要堅固、平整、無(wú)大間隙、不擺動(dòng)。
3、焊接技術(shù)
1）施工順序。塔上、下段對接坡口加工— 塔下段吊裝就位—塔上段吊裝—組對—焊縫焊接—射線(xiàn)探傷—不合格焊縫返修—射線(xiàn)探傷—驗收；
2）塔坡口加工形式。坡口要在地面加工好，用法蘭箍調整，消除焊口的橢圓度，并焊好襯圈，清除鋁屑。起吊時(shí)，焊口要用塑料布封閉。焊口內壁應對齊，當壁厚δ≤5mm時(shí)，內壁錯邊量不應大于0.5mm；當壁厚δ>5mm時(shí)，內壁錯邊量不應大于0.1δ，且不應大于2mm。具體坡口形式，見(jiàn)圖1塔破口加工形式；


3）焊前準備。（1）氣焊工具二套，作焊前預熱用；（2）氬氣純度應大于99.99%；（3）清理工具：電動(dòng)圓盤(pán)鋸，銼刀，鋼絲刷（輪），電動(dòng)銑刀、刮刀等；（4）楔板修正焊縫錯口用；（5）焊件組對前，用三氯乙烯等除去表面油污，兩側坡口的清理范圍不應小于50mm；清除油污后，坡口及其附近的表面可用銼刀、刮削、銑削或用鋼絲刷清理至露出金屬光澤，注意塔體壁厚減薄不能大于0.5mm；使用的鋼絲刷應定期進(jìn)行脫脂處理；（6）焊絲去除油污后，應用化學(xué)方法去除氧化膜，可用5~10%的NaOH溶液，在溫度為70℃下浸泡30~60s，然后水洗，再用15%左右的HNO3在常溫下浸泡2min，然后用溫水洗凈、晾干并保持干凈清潔；（7）焊件和焊絲清理后在24h內使用，如超過(guò)24h，要重新清洗。（8）正式焊前應，用試板做好各項工藝參數的模擬試驗，其母材材質(zhì)、工藝條件、焊工、保護氣均要和正式焊接時(shí)相同;試板長(cháng)度不得小于500mm，試板焊接接頭要射線(xiàn)檢測，應符合JB/T 4730.2—2005—Ⅱ級，焊接試板不合格不得正式焊接。
4）焊接工藝。（1）焊接前，坡口、焊絲及不小于坡口兩側各50mm范圍內的表面，用脫脂劑擦洗干凈，用不銹鋼絲刷清除氧化膜；清理下坡口時(shí)應向外刷，清理上坡口時(shí)，下部容器開(kāi)口應用塑料布封好，防止鋁屑進(jìn)入容器內；（2）焊縫采用手工鎢極氬弧焊雙人單面焊，焊接時(shí)應注意A 、B 焊工要配合默契，同向、等速，焊接過(guò)程中隨時(shí)檢查垂直度，并利用焊接反變形方法及時(shí)調整，焊縫應不間斷一次性焊完；（3）一周點(diǎn)固焊完畢，間隙會(huì )產(chǎn)生收縮，但起碼要保持3~5mm的間隙。定位焊長(cháng)度為40mm左右，每隔500mm左右作一定位焊；（4）當環(huán)境溫度小于5 ℃，壁厚大于8mm時(shí)焊前應用H01-20焊炬在焊縫坡口二側均勻加溫到100~200 ℃；因焊件厚度較大，應采用多層多道焊；（5）實(shí)際焊接時(shí)的焊接工藝參數應與試板模擬試驗基本保持一致，對于不同的壁厚推薦表1焊接工藝參數；（6）多層多道焊時(shí)，每焊完一遍應用機械方法清理氧化膜，為焊接質(zhì)量，層間溫度不得超過(guò)65 ℃；（7）焊接過(guò)程中，如點(diǎn)固焊開(kāi)裂，造成錯口，應停止焊接，經(jīng)修復后方可繼續焊接；（8）當鎢極出現觸鎢現象時(shí)，停止焊接，將鎢極、焊絲、溶池處理干凈后，方可繼續；（9）總的施焊原則是：大電流、快速焊；（10）焊縫除未焊透，有裂紋外，應盡量減少返修；多次返修會(huì )引起設備變形和影響焊接接頭的質(zhì)量（很容易產(chǎn)生裂紋），因此力求一次焊接成功。如有非危害性缺陷（圓形氣孔）超標，應由設計、和監理單位協(xié)商處理，盡量不要返修；（11）焊接返修時(shí)，應用機械方法，將缺陷處鏟除，并按焊接工藝評定參數進(jìn)行焊接；同一部位的返修不得超過(guò)兩次，否則要制定措施并經(jīng)技術(shù)總負責人批準；（12）在焊接過(guò)程中應隨時(shí)測量塔的垂直度、水平度，吊具待全部焊接完畢并經(jīng)探傷檢查合格后方可拆除；（13）焊接完畢，表面美觀(guān)、平整，鱗紋均勻，沒(méi)有表面氣孔、裂紋等缺陷；然后RT檢查，RT應不低于JB 4730—94—Ⅱ級片，PT為Ⅰ級。


4、塔焊縫返修
塔上下段焊縫射線(xiàn)探傷局部不合格時(shí)，進(jìn)行塔焊縫的局部返修。返修前，用倒鏈吊掛上塔在冷箱骨架上，避免返修焊縫受重力影響。返修焊縫確定缺陷位置后，磨除缺陷，進(jìn)行補焊，直至焊縫質(zhì)量達到設計要求，焊口返修次數不準超過(guò)兩次。
5、技術(shù)安全措施
1）嚴格執行單項工程安全技術(shù)措施中規定的各項規章制度。2）高空作業(yè)一定要系好安全帶。3）焊接過(guò)程中，注意保護容器，避免損傷容器表面。4）引弧宜在引弧板上進(jìn)行，引弧板和熄弧板的材料應與母材相同；5）焊接完畢，用記號筆在焊縫附近寫(xiě)上焊工號為探傷做好準備。6）電焊機、氬弧焊機等焊接設備的機殼都可靠接地。焊接設備的安裝、修理和檢查須由電工進(jìn)行，焊工不要私自拆修設備。7）電焊機要設單的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)應放在防雨的閘箱內，拉合時(shí)應戴手套側向操作。8）更換場(chǎng)地移動(dòng)把線(xiàn)時(shí)，應切斷電源，并不得手持把線(xiàn)爬梯登高。9）焊工應正確穿戴勞動(dòng)防護用品，磨削鎢棒時(shí)，應戴口罩、手套，磨完后須洗手。敲鏟焊渣和清除鐵銹時(shí)，應戴好手套和防護眼鏡。在潮濕地點(diǎn)工作，應站在絕緣膠板或木板上。10）焊接場(chǎng)所有防火設備，易燃易爆物品距焊接場(chǎng)所至少10m；11）焊工在高空作業(yè)時(shí)，應嚴格采取預防措施，防止液態(tài)金屬的飛濺，防止火災的發(fā)生或灼傷下面的操作工人；12）氧氣瓶和乙炔瓶應小心輕放，安全運輸，分開(kāi)放置，并相距5m以上；夏季作業(yè)時(shí)氧氣瓶和乙炔瓶放在涼棚內，以防受到烈日曝曬，引起氣體膨脹而發(fā)生爆炸事故；雷雨時(shí)，應停止露天焊接作業(yè)。13）焊接區域應放置安全，以免閑人進(jìn)入。14）嚴格按各工種安全操作規程施工，嚴禁作業(yè)。
6、結束語(yǔ)
塔上下段的組對焊接是空分焊接施工中的重要焊縫之一，此焊接位置為橫焊，要求焊工既要有過(guò)硬的焊接技術(shù)，又要熟知焊接變形知識，才能塔體在焊接過(guò)程中的質(zhì)量，同時(shí)也要求每一個(gè)施工人員熟知操作步驟、遵守安全規程，才能圓滿(mǎn)完成塔容器的組對焊接工作。