MUHDPE合金管爲您介紹鋁和鋁合金管焊接的特點和方法

MUHDPE合金管爲您介紹鋁和鋁合金管焊接的特點和方法

1 鋁和鋁合金管焊接特點和方法

鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能(néng)好(hǎo)、無磁性、成(chéng)形性好(hǎo)及低溫性能(néng)好(hǎo)等特點，被(bèi)廣泛地應用于各種(zhǒng)焊接結構産品中，采用鋁合金代替鋼闆材料焊接，結構重量可減輕50%以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛地應用于航空、航天和電工等領域外，同時(shí)還(hái)越來越多的應用于石油化學(xué)工業。濮陽中原大化新建空分裝置就(jiù)大量使用了鋁鎂合金（主要有：5083、5183、5A02相當于舊牌号中的LF2、LF4）。

但鋁及鋁合金在焊接過(guò)程中，易出現氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質是被(bèi)公認爲是焊接難度較大的被(bèi)焊接材料，特别是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這(zhè)些焊接缺陷是施工過(guò)程中必須解決的問題。

2 鋁及鋁合金的理化性能(néng)及焊接特點

2.1 易氧化

鋁和氧的親和力很強，在常溫下，鋁表面(miàn)就(jiù)能(néng)被(bèi)氧化成(chéng)厚度約0.1～0.2m緻密的AL2O3薄膜。雖然這(zhè)層氧化鋁薄膜比較緻密，能(néng)防止金屬的繼續氧化，對(duì)自然防腐有利，但它給焊接帶來了困難，這(zhè)是由于氧化鋁的熔點（2050℃）遠遠超過(guò)了鋁的熔點（600℃左右），比重約爲鋁的1.4倍。在焊接過(guò)程中，會(huì)阻礙金屬之間的熔合，易形成(chéng)夾渣，而且氧化鋁薄膜還(hái)吸附了較多的水份，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成(chéng)氣孔。

2.2 較大的導熱系數和比熱容

鋁的導熱系數約爲鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時(shí)，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，爲得到好(hǎo)的焊接接頭，必需采用能(néng)量集中，功率大的熱源。

2.3 易形成(chéng)氫氣孔

鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液态時(shí)能(néng)大量吸收和溶解氫，在熔融狀态下溶解度爲0.0069ml/g，而在高溫凝固狀态下爲0.00036ml/g，前後(hòu)相差近20倍。鋁的導熱系數很大，在相同的焊接工藝條件下，其冷卻速度爲鋼的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，氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成(chéng)氣孔。因此，在焊接鋁材時(shí)，焊縫産生氣孔的傾向(xiàng)很大。

2.4 易形成(chéng)熱裂紋

鋁的線膨脹系數和結晶收縮率比鋼大約一倍，易産生較大的焊接變形和應力，加上某些雜質或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將(jiāng)導緻産生裂紋。

2.5 燒穿和塌陷

鋁及鋁合金由固态轉變爲液态時(shí)，由于沒(méi)有明顯的顔色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時(shí)，常因溫度過(guò)高不易被(bèi)察覺而導緻燒穿或嚴重塌陷。

3 焊前準備

3.1 坡口加工采用機械加工法

MUHDPE合金管加工後(hòu)的坡口表面(miàn)應平整、無毛刺和飛邊。坡口的形式一般爲V型，無鈍邊，坡口角度70°～75°爲宜。不同壁厚的對(duì)接焊應有14°的過(guò)渡段。

3.2 焊前準備

焊前將(jiāng)焊絲、焊管坡口及其坡口内外各30～50mm範圍内的油污和氧化膜清除掉，清除順序和方法如下：用丙酮或四氯化碳等有機溶劑去除表面(miàn)油污，坡口内外兩(liǎng)側清除範圍應不小于50mm。清除油污後(hòu)，焊絲采用化學(xué)法，坡口易采用機械法，試管也采用化學(xué)法清除表面(miàn)氧化膜。

機械方法，是坡口及其附近表面(miàn)可用锉削、刮削、銑削或用0.2mm左右的不鏽鋼絲刷清除至露出金屬澤，兩(liǎng)側的清除範圍距坡口邊緣應不小于30mm，使用的工具定期脫脂處理。

化學(xué)法，是用約70℃ 5～10%的NaOH溶液浸泡30～60秒後(hòu)，或用常溫5～10%的NaOH溶液浸泡3分鍾。接著(zhe)用約15%的HNO3（常溫）浸泡2分鍾左右後(hòu)用溫水清洗。或用冷水沖洗，再使其完全幹燥。對(duì)已經(jīng)可靠表面(miàn)處理、并未被(bèi)氧化或受污染的焊絲，不再進(jìn)行上述處理可直接使用。

清理好(hǎo)的坡口及焊絲，在焊前不應再被(bèi)玷污，若無有用的防護措施，應在8小時(shí)内施焊，否則應重新進(jìn)行清理。管道(dào)組對(duì)時(shí)，應做到内壁平齊，無毛刺、粒屑，其錯邊量應符合b≤0.5mm。内部不加襯圈焊口，要求間隙盡可能(néng)等于零，特别是仰焊部位，管内壁應倒1～1.5mm的圓角。

3.3 焊機的注意事(shì)項及其它

焊機必須是交流TIG焊機，具有陡降的外特性和足夠的電容量，并且有參數穩定、調節靈活和安全可靠的使用性能(néng)，還(hái)應具有引弧、穩弧和消除直流分量裝置，焊機上電流、電壓表應經(jīng)計量部門鑒定合格。焊機在使用前，先檢查接地是否完好(hǎo)，冷卻水路和氣路是否暢通，其各項功能(néng)須确保能(néng)正常工作。焊接場所應保持清潔，除應有防風、防雨雪設施外，還(hái)應保證焊接時(shí)的相對(duì)濕度≤80%，環境溫＞5℃。

4 焊接工藝

4.1 焊接材料的選擇

焊絲原則上選擇與母材成(chéng)分相同的鋁及鋁合金焊絲或闆條，氩氣純度＞99.95%，盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中，通常都(dōu)是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB-AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條，對(duì)Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。

4.2 組對(duì)與點固焊

由于鋁及鋁合金管導熱快、熔池結晶快，所以組對(duì)時(shí)不留間隙、鈍邊，應避免強制進(jìn)行，以減少焊接後(hòu)産生較大的殘餘應力，定位焊縫長(cháng)度10-15mm爲宜。定位焊位置在管的7點、9點、12點處，定位焊焊縫常做爲正式焊縫保留，因此發(fā)現問題應及時(shí)處理。

焊前對(duì)定位焊表面(miàn)黑粉、氧化膜進(jìn)行清除，并將(jiāng)兩(liǎng)端修成(chéng)緩坡型，焊件不需要預熱，焊前在試闆上試焊，當确認無氣孔後(hòu)再進(jìn)行正式焊接。采用高頻引弧，起(qǐ)弧點應越過(guò)中心線20mm左右，并停留不動約2-3秒，然後(hòu)在保證焊透的情況下，采用大電流、快速焊，焊絲不擺動，焊絲端部不應離開(kāi)氩氣保護區。如離開(kāi)氩氣保護區，焊絲端部應剪掉，焊絲與焊縫表面(miàn)的夾角宜在15°左右，焊槍與焊縫表面(miàn)的夾角宜保持在80°～90°之間。

爲增大氩氣保護區和增強保護效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氩氣流量。當噴嘴上有明顯阻礙氩氣氣流流通的飛濺物附著(zhe)時(shí)，必須將(jiāng)飛濺物清除或更換噴嘴。當鎢極端部出現污染，形狀不規則等現象時(shí)，必須修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外，焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。

試驗結果表明，大電流、快速焊能(néng)防止氣孔的産生，這(zhè)主要是由于在焊接過(guò)程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時(shí)間短，吸收氣體的機會(huì)少。收弧時(shí)，注意填滿弧坑，縮小溶池，避免産生縮孔，終點的結合處應焊過(guò)20~30mm。停弧後(hòu)，要延遲停氣6秒，可旋轉的鋁及鋁合金管對(duì)接平焊時(shí)，焊炬應處于稍帶上坡焊位置，這(zhè)樣(yàng)有利于焊透。厚壁管子底層焊時(shí)，可不填加焊絲，但以後(hòu)的焊層需加焊絲。

5 焊接檢驗

按HGJ222--92《鋁及鋁合金焊接技術規範》對(duì)所有焊縫進(jìn)行表面(miàn)和射線探傷檢查。

6 實施效果

MUHDPE合金管采用上述焊接工藝，實際的焊接施工中氣孔和燒穿問題得到了解決，焊接探傷合格率達到了97%。當然還(hái)存在背面(miàn)成(chéng)型問題，這(zhè)主要依靠操作者的感覺，對(duì)操作者的技術要求較高。

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