淺談鋁和鋁合金管焊接特點和方法
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、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點而被廣泛地應用于各種焊接結構產品中,采用鋁合金代替鋼板材料焊接,結構重量可減輕50 %以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛的應用于航空、航天和電工等領域外，同時還越來越多的應用于石油化學工業。但是鋁及鋁合金在焊接過程中，易出現氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。此類材質是被公認為焊接難度較大的被焊接材料，特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過程中必須解決的問題。?
?2、鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點?
? ? ? ?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，但它給焊接帶來了困難，這是由于氧化鋁的熔點(2050℃)遠遠超過了鋁的熔點(600℃左右)，比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，會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，焊接時會促使焊縫生成氣孔。?
? ? ? ? 2.2 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，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到高質量的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
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? ? ? ??2.3 易形成氫氣孔?鋁及鋁合金的焊接氣孔主要氫氣孔。鋁在液態時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態下溶解度為0.0069ml/g，而在高溫凝固狀態下為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，氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時，焊縫產生氣孔的傾向很大。
? ? ? ? 2.4 易形成熱裂紋 ??鋁的線膨脹系數和結晶收縮率比鋼大約一倍，易產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導致產生裂紋。
? ? ? ?2.5 燒穿和塌陷 ? ? ?鋁及鋁合金由固態轉變為液態時.由于沒有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時，常因溫度過高不易被察覺而導致燒穿或嚴重塌陷。 3 焊前準備 ?
3、坡口加工采用機械加工法?
? ? ? ?加工后的坡口表面應平整、無毛刺和飛邊。坡口的形式一般為V型，無鈍邊，坡口角度70～75℃為宜。不同壁厚的對接焊應有14O的過渡段。?
? ? ? 3.1焊前準備?
? ? ? ?焊前將焊絲、焊管坡口及其坡口內外各30～50mm范圍內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油污，坡口內外兩側清除范圍應不小于50mm。清除油污后，焊絲采用化學法，坡口易采用機械法，試管也采用化學法清除表面氧化膜。機械方法，是坡口及其附近表面可用銼削、刮削、銑削或用0.2mm左右的不銹鋼絲刷清除至露出金屬澤，兩側的清除范圍距坡口邊緣應不小于30mm，使用的工具定期脫脂處理。化學法。是用約70℃ 5～10%的NaOH溶液浸泡30～60秒后，或用常溫5～10%的NaOH溶液浸泡3分鐘。接著用約15%的HNO3(常溫)浸泡2分鐘左右后用溫水清洗。或用冷水沖洗，再使其完全干燥。對已經可靠表面處理、并未被氧化或受污染的焊絲，不再進行上述處理可直接使用。清理好的坡口及焊絲，在焊前不應再被玷污，若無有效的防護措施，應在8小時內施焊。否則應重新進行清理。管道組對時，應做到內壁平齊，無毛刺、粒屑，其錯邊量應符合b≤0.5mm。內部不加襯圈焊口，要求間隙盡可能等于零，特別是仰焊部位，管內壁應倒1～1.5mm的圓角。
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? ? ? 3.3焊機的注意事項及其它 ? 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，還應具有引弧、穩弧和消除直流分量裝置，焊機上電流、電壓表應經計量部門鑒定合格，焊機在使用前，先檢查接地是否完好，冷卻水路和氣路是否暢通，其各項功能須確保能正常工作。焊接場所應保持清潔。除應有防風、防雨雪設施外，還應保證焊接時的相對濕度≤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分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條。氬氣純度＞99.95%，盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中，通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條，對Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
? ? ? 4.2 ?組對與點固焊?
? ? ? 由于鋁及鋁合金管導熱快、熔池結晶快，所以.組對時不留間隙、鈍邊，應避免強制進行，以減少焊接后產生較大的殘余應力，定位焊縫長度10-15mm為易。定位焊位置在管的7點、9點、12點處。定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發現問題應及時處理。焊前對定位焊表面黑粉、氧化膜進行清除，并將兩端修成緩坡型。焊件不需要預熱.焊前在試板上試焊，當確認無氣孔后再進行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點應越過中心線20mm左右，并停留不動約2-3秒。然后在保證焊透的情況下，采用大電流、快速焊。焊絲不擺動，焊絲端部不應離開氬氣保護區。如離開氬氣保護區.焊絲端部應剪掉。焊絲與焊縫表面的夾角宜在15O右。焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80O～90O之間。為增大氬氣保護區和增強保護效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氬氣流量。當噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時。必須將飛濺物清除或更換噴嘴。當鎢**端部出現污染，形狀不規則等現象時.必須修整或更換。鎢**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、快速焊能有效防止氣孔的產生。這主要是由于在焊接過程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時間短，吸收氣體的機會少。收弧時，注意填滿弧坑,縮小溶池,避免產生縮孔,終點的結合處應焊過20~30mm。停弧后，要延遲停氣6秒。可旋轉的鋁及鋁合金管對接平焊時.焊炬應處于稍帶上坡焊位置。這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時。可不填加焊絲。但以后的焊層需加焊絲。?
5 焊接檢驗?
? ? ? 按HGJ222--92《鋁及鋁合金焊接技術規范》對所有焊縫進行表面和射線探傷檢查。?
6 實施效果?
? ? ? ? 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有效的解決。焊接探傷合格率達到了97%。當然還存在背面成型問題，這主要依靠操作者的感覺，對操作者的技術要求較高。
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