容器規范采用的鋁及鋁合金 要求制造容器的材料具有良好的成形性和焊接性，JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》中采用的鋁及鋁合金有：
產(chǎn)業(yè)純鋁 1A85、1050A、1060和1200。
Al-Cu合金 2014。
Al-Mn合金 3003和3004。
Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。
Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。
典型牌號鋁及鋁合金化學(xué)成分和力學(xué)性能，可查閱相關(guān)標準。
鋁及鋁合金的焊接工藝
鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)
(1) 鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，天生的氧化鋁（Al2O3）熔點(diǎn)高、非常穩定，不易往除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產(chǎn)生氣孔。焊接前應采用化學(xué)或機械方法進(jìn)行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過(guò)程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時(shí)，選用交流電源，通過(guò)“陰極清理”作用，往除氧化膜。氣焊時(shí)，采用往除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時(shí)，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，或者采用大規范的熔化極氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要“陰極清理”。
（2）鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過(guò)程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部，因而焊接鋁及鋁合金時(shí)，能量除消耗于熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無(wú)謂消耗于金屬其他部位，這種無(wú)用能量的消耗要比鋼的焊接更為明顯，為了獲得的焊接接頭，應當盡量采用能量集中、功率大的能源，有時(shí)也可采用預熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線(xiàn)膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時(shí)輕易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產(chǎn)中可采用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產(chǎn)生。在耐蝕性答應的情況下，可采用鋁硅合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁硅合金中含硅0.5％時(shí)熱裂傾向較大，隨著(zhù)硅含量增加，合金結晶溫度范圍變小，活動(dòng)性明顯進(jìn)步，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產(chǎn)經(jīng)驗，當含硅5％～6％時(shí)可不產(chǎn)生熱裂，因而采用SAlSi條(硅含量4．5％～6％)焊絲會(huì )有更好的抗裂性。
（4）鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態(tài)時(shí)，沒(méi)有明顯的光彩變化，焊接操縱時(shí)判定難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，輕易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態(tài)能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過(guò)程中，氫來(lái)不及溢出，極易形成氫氣孔?；≈鶜夥罩械乃?、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來(lái)源。因此，對氫的來(lái)源要嚴格控制，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發(fā)、燒損，使焊縫性能下降。
（7）母材基體金屬如為變形強化或固溶時(shí)效強化時(shí)，焊接熱會(huì )使熱影響區的強度下降。
（8） 鋁為面心立方晶格，沒(méi)有同素異構體，加熱與冷卻過(guò)程中沒(méi)有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過(guò)相變來(lái)細化晶粒。

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。

焊接參數 (僅供參考)



4.1. 根據不同的材料和板厚選用不同型號的焊絲和直徑



4.2. 常用焊接規范:
4.2.1. 0.8 毫米焊絲 (板厚小于3毫米): WFS: 12-15m/min, I=70-130A, U=17-21V，焊速=600-1125mm/min
4.2.1. 0.9 毫米焊絲 (板厚小于5毫米): WFS: 10-12m/min, I=145-175A, U=20-22V，焊速=600-1125mm/min
4.2.3. 1.0 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 8-12m/min, I=150-200A, U=22-24.5V，焊速=600-1125mm/min
4.2.4.1.2 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 7.5-10m/min, I=190-220A, U=22-26V，焊速=600-800mm/min
4.2.5. 1.6 毫米焊絲 (板厚大于5毫米): WFS: 5-8m/min, I=240-330A, U=24-30V，焊速=400-800mm/min

鋁合金越來(lái)越多的用于機械制造行業(yè). 隨之而來(lái)的是對鋁合金焊接的要求也越來(lái)越高。目前國外MIG 焊鋁的技術(shù)工藝日趨成熟, 主要用于全焊接鋁合金游輪、火車(chē)及汽車(chē)箱體、摩托車(chē)架、壓力容器、軌道交通、工作平臺及飛機等。



這里僅介紹基本的鋁合金知識和MIG焊技巧 (所有材料牌號參照AWS 標準)。



1.鋁合金分類(lèi)及對應焊材



1.1. 純鋁 (1xxx 系列), 可焊性很好, 對應焊材: ER1100 、 ER4043
1.2. 鋁銅合金 (2xxx 系列), 可焊性較差, 對應焊材: ER4043、ER4015、ER2319
1.3. 鋁錳合金 (3xxx 系列), 可焊性很好, 對應焊材: ER4043、ER5356
1.4. 鋁硅合金 (4xxx 系列), 一般用于制造焊絲 (4043、4047)
1.5. 鋁鎂合金 (5xxx 系列), 高強度, 可焊性很好, 對應焊絲: ER5356、ER5183 等
1.6. 鋁鎂硅合金 (6xxx 系列), 應用廣, 可焊性好, 對應焊絲: ER5xxx、ER4xxx
1.7. 鋁鋅合金 (7xxx 系列), 高強度, 用于飛機制造業(yè), 可焊性很差易裂, 對應焊絲: ER5356 (7005 和7039 母材)
1.8. 其它鋁合金 (8xxx 系列), 可焊性很差

鋁及鋁合金在現代工程技術(shù)所用的各種材料中占有舉足輕重的地位，它在世界年產(chǎn)量?jì)H次于鋼鐵而居第二位，在有色金屬中則居位。如果說(shuō)鋁合金初是在航空工業(yè)中嶄露頭角的話(huà)，那么近幾十年來(lái)，除航空工業(yè)外，在航天、汽車(chē)、船舶、橋梁、機械制造、電工、化學(xué)工業(yè)及低溫裝置中已大量應用鋁及鋁合金，以制造各種部件、油箱、耐蝕容器及導線(xiàn)等。目前鋁合金焊接結構中應用廣的是防銹鋁合金，即鋁鎂合金和鋁錳合金。


?保護氣體的選擇?
焊接時(shí)所用的保護氣體有惰性氣體氬氣（Ar）和氦氣（He），生產(chǎn)上普遍使用氬氣。用于焊接鋁及鋁合金的氬氣滿(mǎn)足下列純度（體積分數）要求：氬氣大于99.99%，氦氣小于0.04%，氧氣小于0.03%，水的質(zhì)量分數小于0.07%。目前國內生產(chǎn)的氬氣，其純度一般能達到此要求，故在使用前不需再進(jìn)行提純處理。
?鎢電極的選用?


氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，不容易熔化揮發(fā)，但電子發(fā)射能力比釷鎢、鈰鎢要差。在純鎢中加入質(zhì)量分數為1.0%~2.0%的氧化釷（Tho）電極稱(chēng)為釷鎢極。它的電子發(fā)射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒穩定。
?溶劑的選擇?
在氣焊、碳弧焊過(guò)程中，熔化的金屬表面極易氧化而形成氧化膜，為焊接質(zhì)量，用熔劑去除氧化膜及其他雜質(zhì)。氣焊、碳弧焊用的熔劑是各種鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物粉末的混合物。
?焊絲的選用?
在鋁合金材料的焊接過(guò)程中，鋁合金用焊絲的選用至關(guān)重要，選取前應該了解以下內容：
?是否所有的鋁合金材料都可用作焊接填充合金？
?是否所有的鋁合金都可以焊接？
?應避免發(fā)生的缺陷有哪些？
?如何選擇焊接填充合金？
?選擇時(shí)應當考慮的標準是什么？
?鋁合金系列需要了解?
選擇什么樣的焊絲？
一種母材可以用多種鋁合金焊材完成焊接 ，如5083-5083的焊接：可用 5356，5183，5556 等焊絲。但是每一種焊絲得到的焊接接頭可能只能在某一個(gè)性能方面是佳的。選擇佳的焊絲時(shí)，主要應考慮焊接件的終使用性能。整體來(lái)說(shuō)，主要考察以下幾個(gè)性能指標：


總之，選擇鋁合金焊絲過(guò)程中，只有在對鋁件焊接及其應用中的許多相關(guān)變量進(jìn)行了充分分析后，才能選擇出合適的合金填料。

氣孔產(chǎn)生原因：鋁焊接氣孔主要是氫進(jìn)入焊接熔池而形成的。氫來(lái)源有：材料、焊絲、保護氣體、送絲機構、焊工的手套和環(huán)境濕度太高等，如焊絲被污染、材料及焊絲本身的氧化膜、送絲機構上有油污或汗漬等。預防措施：
6.1.1材料及焊絲內的含氫量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面應去除油污及氧化膜，存放時(shí)間不超過(guò)4h。表面清理后應用干燥、潔凈、不起毛的物件覆蓋坡口及兩側；
6.1.3 焊絲盡量使用拋光焊絲，不然處理方法同上；
6.1.4 保護氣體內雜質(zhì)含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保護氣體管路：一般采用不銹鋼管或銅管，軟管采用塑料管而不能用橡膠等易吸水的軟管；焊前應檢查冷卻水管道，確保不會(huì )漏水；當環(huán)境濕度很大時(shí)，應對保護氣體進(jìn)行加熱對管路進(jìn)行吹掃；
6.1.6 送絲機構：不得有油污，送絲管采用聚四氟乙烯管或尼龍，并焊前清理管內污染和冷凝水；
6.1.7現場(chǎng)環(huán)境：溫度不宜超過(guò)25℃，相對濕度不超過(guò)50%，保持環(huán)境清潔；
6.1.8焊工：工作服裝盡量是白色的，以便能及時(shí)發(fā)現和清理污染。焊時(shí)注意汗水和油漬不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都應在試板上試焊，以便檢查保護氣體和管路是否合格。
6.1.10 焊接工藝上預防措施：用雙面焊代替單面焊；每道焊縫薄時(shí)比厚時(shí)有利于氣孔逸出；大直徑焊絲有利于減少氣孔；焊前預熱、焊后緩冷；降低電弧電壓、電流、降低焊接速度，有利于減少氣孔。
6.2 裂紋產(chǎn)生原因：材料焊接性較差；選擇焊絲時(shí)沒(méi)考慮抗裂性；結構的拘束度過(guò)大。預防措施：
6.2.1 對焊接性較差的鋁材在焊接前應考慮其抗裂性而不能只考慮強度；必要時(shí)可考慮對焊件進(jìn)行退火后焊接，焊后再淬火時(shí)效。
6.2.2 選擇抗裂紋性好的焊絲，如含Si等低熔點(diǎn)元素的焊絲。
6.2.3 盡量減少焊接接頭的拘束度，合理安排焊接順序，讓焊縫能夠有橫向收縮余量，以減小焊接應力。沒(méi)有必要定位焊的就不要焊定位焊，能雙面定位焊的就不要單面定位焊。
6.2.4 盡量面焊為雙面焊。
探傷要求：
1.封頭拼縫焊后應進(jìn)行RT，成形后再按規定RT或PT。
2.A、B類(lèi)焊縫一般進(jìn)行RT。
3.容器上的C、D類(lèi)焊接接頭進(jìn)行PT。
4.鋁材表面補焊焊縫進(jìn)行PT。
5.鋁卡具和拉筋的臨時(shí)固定連接焊縫拆除后的焊痕等進(jìn)行PT。
6.其他圖樣要求探傷的部位。

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