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空分冷箱中鋁合金管道的焊接及無損檢測

查看：1702 　發(fā)稿日期：2016-01-13 19:33:14

化肥廠空分裝置大小冷箱的配管材料均采用鋁鎂合金，主要為LF2、LF4及LF21。對接接頭的焊接質(zhì)量決定了空分設備的安全運行周期。鋁及其合金在焊接過程中易產(chǎn)生較多的焊接缺陷，常見的有氣孔、根部本焊透、內(nèi)凹以及焊接熱裂紋。其焊接接頭X射線無損檢測的參數(shù)與普通碳鋼相比也有不同。文中根據(jù)中石油寧夏石化分公司空分裝置大小冷箱改造中，鋁鎂合金管道對接焊縫的焊接及其X射線無損檢測中的技術問題，討論了鋁合金焊接過程中焊接缺陷的產(chǎn)生和防止，繪出了X射線無損檢測的技術參數(shù)。
1 焊接缺陷
鋁及鋁鎂合金的焊接氣孔主要是氫氣孔。鋁在液態(tài)時能大量吸收和溶解氫，在熔融狀態(tài)下溶解度為0．0069ml／g，而高溫凝固狀態(tài)下為0．00036ml／g，前后相差近20倍。鋁的導熱系數(shù)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①。焊件組對質(zhì)量和施焊位置對鋁鎂合金管件的焊接質(zhì)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(chǎn)生根部未熄透�？辗止艿蓝鄶�(shù)是彎頭，其厚度多大于直管段厚度，雖然經(jīng)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(diào)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(zhì)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(zhì)，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本焊透。鋁及鋁鎂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(zhì)量。接近熔化溫度時，鋁本身幾乎沒有塑性。達到熔化狀態(tài)時，液態(tài)鋁的流動性又非常強。這3者并存決定了它必然要產(chǎn)生一定程度的內(nèi)凹。管壁越厚，內(nèi)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。
鋁合金的導熱系數(shù)大，冷卻速度快，熔池的一次結晶速度也快。其線膨脹系數(shù)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(nèi)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(tài)會使焊縫產(chǎn)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。
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燒損，這種過燒會產(chǎn)生結晶組織氧化和疏松。
2 焊接工藝
根據(jù)鋁鎂合金的特點以及現(xiàn)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(fā)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(guī)定進行清洗和烘干。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。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(jù)工件的厚度和形狀尺寸選擇適當?shù)念A熱溫度，以減緩冷卻速度，降低接頭的內(nèi)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，如跳焊和倒退焊等。⑤焊完前半圈進行散熱，冷卻到一定溫度后，再焊后半圈。半圈和收尾處不得溫度過高。焊接之前對焊件進行脫脂處理。
按上述方法制訂的焊接工藝參數(shù)見表1。
表1 焊接工藝參數(shù)
工件厚焊絲直焊接電焊絲直噴嘴內(nèi) 氬氣流量焊接速度預熱溫
度／mm 徑／mm 流／A 徑／mm 徑／mm ／L·min-1 /mm·min－1 度／℃
1．0 2 60～80 2 8 4～5 250
1．5～2．0 2～3 80～140 2～3 8～10 6～8 300
3．0～6．0 3～4 120～200 4～6 10～12 10～12 250
6. 0～8．0 4～5 150～230 5～6 12～14 12～14 250 50～100
8．0～10．0 5～6 280～300 6～8 12～14 250 80～100
注：板厚1－1．5mm時不加填充焊絲，電流可減少10％～25％。
3 X射線檢測
由于鋁和鋁合金原子較輕，進行X射線透照時與碳鋼不同，應依據(jù)JB 4730－94《壓力容器無損檢測》第5．1條鋁及鋁合金制壓力容器焊縫及鋼管對接環(huán)縫無損檢測的規(guī)定執(zhí)行，并參照該標準評級。在寧夏石化分公司的空分裝置中采用X射線透照的工藝參數(shù)見表2。
表2 X射線透照參數(shù)
設備射線能量／kV 透照方式象質(zhì)計透照時間／s 底片型號理學2505 110 雙壁單影鋁 6～18 天津V型
焊接及無損檢測的結果表明，采用以上規(guī)范，鋁鎂合金焊接的缺陷得到了有效控制。
4 結語
鋁及鋁鎂合金的焊接和探傷都與普通碳鋼和不銹鋼不同，實踐證明，文中提出的探傷規(guī)范是切實可行的

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