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摘要：空分冷箱內鋁合金管道對接接頭的焊接質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的缺陷特點，簡述鋁合金管道焊接缺陷的產生和預防措施，編制合理的焊接工藝，介紹鋁合金管道焊接過程中注意的事項、常見的焊接缺陷和工藝方法。
關鍵詞：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業公司，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以及空分裝置生產工藝的特殊性。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：在熱軋狀態下，其抗拉強度不小于226Mpa,熔點均為650℃，熔化時無顏色變化。
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，同時還具有抗氧化和抗介質腐蝕的能力。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。鋁極易氧化產生難熔的三氧化二鋁薄膜，在焊縫中容易產生夾雜物，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
合金管道焊接常見的缺陷有氣孔、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。鋁在液態時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態下溶解度為0．0069ml／g， 而高溫凝固狀態下為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，氫氣來不及選出在焊縫金屬中形成氣孔。
2、未焊透
焊件組對質量和施焊位置對鋁鎂合金管件的焊接質量尤為重要。組對間隙過小鈍邊過大、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，雖然經厚度過渡，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量的1個因素，焊件表面氧化膜清除不徹底、存有油污等雜質，焊接電流小、電弧過長、速度過快，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。其線膨脹系數是鋼的2倍， 凝固時的體積收縮率為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，若組對應力過大，復雜的受力狀態會使焊縫產生熱裂紋。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， 其抗拉強度會越來越低，在400℃時，它的抗拉強度僅為 9．8N／mm2。當溫度升到熔化溫度時，抗拉強度幾乎為0，已不能支撐自身的質量。接近熔化溫度時，鋁本身幾乎沒有塑性。達到熔化狀態時，液態鋁的流動性又非常強。 這3者并存決定了它必然要產生一定程度的內凹。管壁越厚，內凹越嚴重。所以，立焊時也極易下堵，成型過程中形成的焊瘤較多，嚴重時會燒穿管壁。
5、燒損
焊接速度過漫，熔池溫度過高，會造成鎂和鋅的燒損。焊接小管徑及薄壁管可
導致合金元素損傷，這種過燒會產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，焊接時無熔渣，不會產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。
根據鋁合金的特點以及現場焊接過程中可能遇到的情況，采取以下工藝措施防止各類缺陷的發生。
1、清理焊件和焊絲，保證其施焊表面無污物和氧化膜，焊絲必須按規定進行清洗和烘干。引弧時不允許鎢棒與工件接觸引弧，不得在母材或焊縫區直接進行，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％， 必要時應進行干燥處理。熄弧操作正確與否直接影響焊縫質量和成型美觀。因此，要求熄弧時應將弧坑填滿，縮小熔池，避免產生縮孔，終點的結合處應焊過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，焊接時連同墊圈一起焊接。
4、選擇稍大一點的焊接線能量，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，盡量縮短加熱時間和熔池停留時間。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。可采取自由伸縮或加固點焊，附加背板、引弧板、收弧板以及收弧時采用衰減電流填滿弧坑等方法，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作應配合好，焊口表面尚未達到熔化溫度時，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，處于流動狀時，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，則送絲速度要更快些，連續推送，否則易造成燒穿。
6、在定位焊和開始焊接時，必須保證不燒焦或燒熔不銹鋼墊環，否則X光檢查通不過。因此在引弧時不得直接指向墊環，應偏向一側或者對準放入焊縫間隙的焊絲。形成熔池后，就可避免墊環燒穿。
7、對于單面焊的第一遍焊道必須保證焊透，透過均勻。焊工操作可觀察熔池的大小和塌落情況來判斷是否焊透；并在適當時向熔池送入焊絲，然后慢慢移動焊槍，遇到有定位焊之處，可適當拉長電弧、放慢速度，以保證焊透。
8、鋁的特點導熱快，焊接時需要的熱量較大，一般固定焊口底部的起焊點易產生未焊透的現象。操作時稍拉長電弧做預熱動作，待熔池加熱到一定溫度后，再加焊絲，后半圈的起點應蓋過前半圈；起點20-30 毫米長的焊縫終點同樣焊過頭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及有關標準確的規定。
常用母材推薦采用的焊絲見表
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，應先進行焊縫質量的外觀檢查：焊縫應與母材表面圓滑過渡，其表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、氧化物、夾渣及過燒等缺陷；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
鋁及鋁合金的焊接與普通碳鋼和不銹鋼不同，實踐證明，文中提出的焊接工藝措施是切實可行的。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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