鋁鎂合金管焊接技術(shù)及缺陷防治措施

曾樂樵

(湖南省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司,湖南長沙 410008)

鋁鎂合金管焊接技術(shù)及缺陷防治措施

曾樂樵

(湖南省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司,湖南長沙 410008)

鋁鎂合金是當(dāng)代工業(yè)化工程使用的新興材料之一,其耐腐蝕、導(dǎo)熱性能和強(qiáng)度均有突出的表現(xiàn),能滿足多種高度集成化、輕薄化、微型化等要求,同時也用于大型工程鋁鎂合金管道。由于鋁鎂合金多采用焊接工藝連接而成,在實際操作過程當(dāng)中對焊接質(zhì)量的要求頗為嚴(yán)格。本文就鋁鎂合金管焊接技術(shù)作出了相應(yīng)的探討,旨在拋磚引玉以求金言。

鋁鎂合金管 焊接技術(shù) 缺陷防治措施

隨著國民經(jīng)濟(jì)和新材料科技的發(fā)展，各種新型材料廣泛使用，其中鋁鎂合金因其獨(dú)特的耐腐蝕、低溫強(qiáng)度高、質(zhì)輕、持久耐用等性能，受到了越來越多工業(yè)應(yīng)用上的關(guān)注，尤其是在石油化工和低溫工程的應(yīng)用上備受青睞，廣泛應(yīng)用于管道制作和其他強(qiáng)度高、耐腐蝕工業(yè)制造的需要。但由于鋁鎂合金質(zhì)堅量輕卻壁薄，的特點，因而使得在其焊接時容易出現(xiàn)氣孔，給工程質(zhì)量帶來一定的影響。如何在滿足鋁鎂合金材料使用的前提下，消除焊縫中的氣孔是鋁鎂合金焊接工藝質(zhì)量前提保證，也是我們在日常工作中需要正視的問題。

1 氣孔形成及其主要因素

1.1 氣孔形成

氣孔從本質(zhì)上來說，是由于焊接時在熔池凝固形成過程當(dāng)中，尚有部分未來得及逃逸的氣體殘留在焊接金屬之中，在一般情況下，氣體可能是空氣、一氧化碳、氫氣和氮?dú)獾鹊龋讳X鎂合金主要成分是鋁摻入少量的鎂而制作出來的材料，加入鎂是為了保證鋁美合金的硬度，其中不含碳，因而沒有一氧化碳的形成；同時氮?dú)馀c鋁及其合金不能相溶，故也沒有氮?dú)鈿饪仔纬傻目赡堋Ｎ覀兂Ｕf的鋁美合金焊縫的氣體就是氫氣孔。探究氫氣孔的來源，我們可以發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是水分解而來，其中空氣中的水分、焊接材料以及母材表面氧化膜吸附的水分等，都是有可能造成氫氣孔形成的原因，因而在實際過程當(dāng)中水的因素可以間接的理解為氣孔形成的因素。

1.2 影響氣孔形成的主要因素

1.2.1 材料特性

從化學(xué)性能上分析，一方面氫在高溫時能大量的溶解于液態(tài)鋁之中，一旦溫度下降溶解量減少，導(dǎo)致在鋁鎂合金焊接完成以后，有大量的氫氣析出；由于熔池快速凝固，致使部分氫氣或者其他混合氣體來不及逃逸而形成了大量的氣泡。另一方面鋁鎂合金散熱性好、密度低對氣體的析出產(chǎn)生制約；加上在焊接高溫下，鋁鎂合金和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鎂和三氧化二鋁覆蓋于焊接體表面，其中氧化鎂吸水性很強(qiáng)，這也是氣泡產(chǎn)生的主要原因之一。即使用TIG焊也不能有效地去除其水分，因而使得鋁鎂合金焊接氣孔在所難免，這在實際的操作當(dāng)中，應(yīng)該引起重視。

圖1 V 型坡口焊接示意

圖2 多層焊焊接示意

1.2.2 氬氣的流量與純度

從操作上看，氬氣的流量是影響熔池保護(hù)效果的一個非常重要參數(shù)；如果氬氣的流量較小，沖擊焊接環(huán)境中空氣較少，相對保護(hù)熔池能力較差；氬氣的流量大，一方面造成生產(chǎn)成本加大，另一方面有可能使得強(qiáng)氣流在熔池周圍停留時間過短，造成大量空氣的介入，造成保護(hù)區(qū)失去保護(hù)的意義，更易使得焊縫產(chǎn)生氣孔。氬氣的純度也是主宰焊接質(zhì)量的一個重要因素，純度低，意味著雜質(zhì)多，也就增加了弧柱氣氛中氫的含量， 從而降低陰極霧化效果，這也是不利的因素。在實際焊接工藝當(dāng)中，由于操作人員知識的有限，不懂得其實際性的理論和知識，對氬氣流量與純度的影響產(chǎn)生忽略，造成焊接質(zhì)量的缺失，這是我們要防范的。

1.2.3 焊接工藝

焊接工藝講究步驟和流程的合理性，其中包括坡口準(zhǔn)備、組對方式等等，以及焊接工藝參數(shù)的正確性；如果坡口位置不對或是焊件組對存在縫隙，很容易造成空氣的涌入。焊接參數(shù)要調(diào)整和變化，也對氣體逸出和溶入熔池產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。焊接速度過慢，無疑使得氫氣的容量較大，造成氫氣氣孔的產(chǎn)生。焊接速度過快，容易在工程質(zhì)量上不能得到保證。在實際過程當(dāng)中，操作人員應(yīng)該通過不斷的實踐來摸索鋁鎂合金焊接經(jīng)驗，通常情況下我們可以發(fā)現(xiàn)，用較快的焊接速度加上較大的焊接電流可以有效的阻止氣孔的產(chǎn)生。

1.2.4 焊接操作技術(shù)

焊接操作技術(shù)無疑也是保證鋁鎂合金焊接質(zhì)量的保證之一；由于現(xiàn)代工程具有較為復(fù)雜的操作環(huán)境，因此對焊接操作人員提出了較高的要求，焊接操作技術(shù)與理論知識和實際操作經(jīng)驗密切相關(guān)，這是內(nèi)在的要求；而外部空間的局限有可能會造成實施焊接操作時不當(dāng)或者難度加大，焊接槍口與工作表面不能保持正確的角度，角度大小的變化有可能使得氬氣挺度不足，造成缺陷。鎢極伸出長度過長、電弧過長或不穩(wěn)等，都有可能使得焊縫產(chǎn)生氣孔，造成焊縫質(zhì)量得不到有效的保障。這就需要焊接操作者需要運(yùn)用理論知識和經(jīng)驗來進(jìn)行分析和探討；一般來說在約束環(huán)境下，水平管仰焊接頭部位可采用交叉接頭法，有利于焊縫質(zhì)量的保證，避免氣孔的產(chǎn)生。

1.2.5 其它影響因素

焊縫質(zhì)量受到眾多因素的影響，除我們闡述的材料特性、氬氣的流量與純度、焊接工藝、焊接操作技術(shù)原因之外，還有環(huán)境溫差、濕度的變化以及工具保養(yǎng)、焊絲產(chǎn)品質(zhì)量都是影響操作質(zhì)量結(jié)果的重要方面，在實際操作之前或之中，要保持常態(tài)戒備狀態(tài)、加強(qiáng)質(zhì)量保證意識，維護(hù)鋁鎂合金焊接的工程的完美質(zhì)量結(jié)果。

2 鋁鎂合金管焊接技術(shù)例舉

工程：10000Nm3/h制氧工程冷箱內(nèi)鋁鎂合金管道；材質(zhì)：AlMg4.5Mn；材質(zhì)規(guī)格：a616mm×8mm～a150mm×4mm等；焊接數(shù)據(jù)：管壁厚6mm，間隙：4～6mm；焊接層數(shù)：2層3道。

2.1 焊前準(zhǔn)備

2.1.1 坡口加工及焊件清理

如圖1所示：坡口采用機(jī)械加工而成，為了方便焊接一般采用V形坡口，。焊件坡口周圍需要進(jìn)行清洗工作，在焊接操作范圍內(nèi)一般采用鋼絲刷焊件表面的污垢和氧化膜，必要的時候采用丙酮清洗，直至污垢和氧化膜消除，為焊接創(chuàng)造良好的外部環(huán)境。焊絲通常采用丙酮預(yù)先清潔，后用氫氧化鈉溶液進(jìn)行清洗，再用清水漂洗；工序完成后再用硝酸(濃度為25%～30%)進(jìn)行鈍化處理，最后用熱水清洗干燥后放入烘箱。

2.1.2 焊接組對與定位焊

焊接組對看似簡單學(xué)問很深；組對時可參照焊接工藝參數(shù)：操作：手工鎢極氬弧焊方法；鎢極直徑：3.0～4.0mm；鎢極伸出長度：3.0～4.0mm；焊絲直徑：3～4mm；噴嘴直徑：14mm；氬氣流量10～12L/min來進(jìn)行。組對時先將襯環(huán)與左端管段的內(nèi)外壁進(jìn)行定位點固焊，然后將右端管子套入襯環(huán)點固焊。

2.1.3 焊接預(yù)熱

焊接預(yù)熱是正式施焊前必須要準(zhǔn)備的工作之一；一般方式采用氣焊槍加熱，火焰溫度不宜太高。

2.2 焊接工藝規(guī)范

在實際操作當(dāng)中，我們發(fā)現(xiàn)選用較大的焊接電流和較高的焊接速度能有效的保證鋁鎂合金焊接的工藝性，實際操作采用電弧電壓在22～28V，焊接電流控制在210～240/A；多層焊采用循序漸進(jìn)的方法逐層填充，而不是一次性填滿。具體操作可采用先焊管的一端，而后再焊另一端的角焊縫，最后采用中間填充。應(yīng)當(dāng)注意的是焊層間需要及時的清掃，防止殘渣的余留。（如圖2）。

2.2.1 操作要點

操作要求一是要有進(jìn)行堆焊試驗，條件具備時在正式開始；二是引弧操作需要先進(jìn)行穩(wěn)定前的嘗試引弧操作；三是焊絲送進(jìn)時角度的選擇，一般與焊縫表面的夾角為15度左右，使焊絲端部始終處于氬氣保護(hù)中；四是針對鎢極觸及焊絲或熔池的現(xiàn)象，應(yīng)該操作停止，進(jìn)行清理后再次實施。

2.2.2 其他相關(guān)要求

一是環(huán)境相對濕度要控制在80%左右，若是在惡劣天氣下或者大風(fēng)天氣，應(yīng)該注意氬氣的保護(hù)；二是氬氣純度要保證，注意氣瓶內(nèi)壓的高低，若太低應(yīng)停止使用。

3 結(jié)語

手工鎢極氬弧焊焊接鋁鎂合金管道，氣孔的形成與多種因素有關(guān)，需要及時在工作中查漏補(bǔ)缺，從焊接工藝、操作、內(nèi)外部環(huán)境上進(jìn)行分析和探討，找到影響氣孔形成的原因，并對癥下藥。對施工操作人員應(yīng)該加強(qiáng)理論知識和實踐經(jīng)驗的雙重結(jié)合，提高安全生產(chǎn)意識和保證焊接施工質(zhì)量。

[1]秦志鋒.鋁鎂合金焊接缺陷的分析探究[J].寧夏機(jī)械,2008(04).

[2]沈曉來.鋁鎂合金管道現(xiàn)場焊接氣孔產(chǎn)生原因及防止措施[J].水利電力機(jī)械,2002(06).