LG5高純鋁管焊接

張勝男，盧仲海，劉建國

（1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，甘肅蘭州730060；2.中石油第二建設(shè)有限公司，甘肅蘭州730060）

某公司硝酸裝置的一臺(tái)濃硝酸冷凝器，采用工業(yè)高純鋁管LG5（1A99）作為冷凝管，管內(nèi)介質(zhì)為高濃度的濃硝酸。由于濃硝酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性，要求該設(shè)備的焊接接頭不僅要有良好的力學(xué)性能，還要具有良好的耐濃硝酸腐蝕性能，加之高純鋁的焊接性較差，因此，如何保證其焊接質(zhì)量成為生產(chǎn)制造的難點(diǎn)。

1 焊接性分析

1.1 易產(chǎn)生氣孔、夾雜、未熔合等缺陷

高純鋁LG5 的化學(xué)性質(zhì)活潑，表面極易生成致密的氧化膜，這層氧化膜不僅會(huì)吸附空氣中的水份，且難熔于金屬，妨礙被熔融填充金屬的潤濕，加之鋁的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，如果焊前清理不到位或者預(yù)熱溫度不夠，焊縫中極易產(chǎn)生氣孔、夾雜、未熔合等缺陷。這些缺陷一旦產(chǎn)生，就會(huì)形成腐蝕通道，顯著降低高純鋁的耐腐蝕性。在濃硝酸、酸霧及應(yīng)力的共同作用下，腐蝕介質(zhì)很快貫穿焊縫，造成濃硝酸儲(chǔ)罐的泄漏。因此，高純鋁焊接的主要問題就是防止氣孔、夾雜、未熔合等缺陷的產(chǎn)生。

1.2 易產(chǎn)生未焊透缺陷

高純鋁LG5 比熱容大，導(dǎo)熱性強(qiáng)，與鋼材的焊接比較，焊接同等厚度的鋁要消耗更多的能量。在焊接時(shí)，鋁管熱量極易擴(kuò)散，造成鋁管未焊透的缺陷。

1.3 易產(chǎn)生焊瘤缺陷

高純鋁LG5 熔點(diǎn)低，線膨脹系數(shù)大，這樣在焊接過程中，溫度過高時(shí)，高純鋁就會(huì)融化，在焊縫內(nèi)側(cè)形成焊瘤，影響焊接質(zhì)量。

基于以上三點(diǎn)，經(jīng)過研究，決定采用高純氬氣保護(hù)與高純鋁管內(nèi)壁加襯環(huán)的焊接方法進(jìn)行焊接。

2 焊接過程

2.焊前準(zhǔn)備

2.1.1 焊前清理

由于高純鋁管LG5 及其焊絲高純鋁絲都極易氧化，所以在焊前要用刮刀去除表面氧化膜，將焊絲表面的油污清理干凈，然后用丙酮溶液去除表面油污。

2.1.2 預(yù)熱

由于高純鋁管LG5 導(dǎo)熱性極好，所以在焊前要對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度要達(dá)到150-200℃。

2.1.3 襯環(huán)坡口組對

焊前要把襯環(huán)組對合適，坡口件留4-5 mm間隙，組對情況如圖1所示。

2.2 焊接

圖1 襯環(huán)坡口組對

2.2.1 焊接材料

(1)母材

母材為工業(yè)高純鋁LG5，其化學(xué)成分如表1所示

表1 母材化學(xué)成分

(2)焊絲

焊絲采用材質(zhì)為1A99 的精鋁絲，焊絲規(guī)格為φ3.8 mm 和φ5.8 mm，其化學(xué)成分如表2所示。

表2 焊絲化學(xué)成分

2.2.2 焊接參數(shù)

高純鋁管LG5 焊接采用手工鎢極氬弧焊，參數(shù)如表3所示。

表3 焊接參數(shù)

在焊接過程中，采用高純氬氣保護(hù)，氬氣的純度要達(dá)到99.999%。

2.2.3 焊接注意事項(xiàng)

(一)焊工選擇

從事壓力容器焊接的焊工必須具備質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的鍋爐壓力容器焊工考試合格證，且施焊的鋼材種類、焊接方法、焊接位置等要求與施焊焊件相符。

焊工在施焊前應(yīng)了解LG5 鋁管的特性，對氬弧焊操作熟練，熟悉焊接過程中各種因素包括坡口形式、焊接方法、焊材牌號(hào)、焊接電流、電壓、層間溫度、焊接線能量、預(yù)熱要求等對焊接質(zhì)量的影響。

(二)焊接環(huán)境要求

要盡量保證在廠房內(nèi)焊接，防止刮風(fēng)、下雨等天氣因素對焊接質(zhì)量的影響。由于本設(shè)備體積較大，組裝完成后無法進(jìn)出廠房，在露天環(huán)境中施工，要做好防風(fēng)、防雨措施。

要保證LG5 鋁管焊接環(huán)境的干燥，潮濕的環(huán)境容易使鋁管氧化，造成焊縫缺陷的增加。

(三)焊接操作要求

（1）施焊前應(yīng)再次對焊接坡口進(jìn)行檢查，確認(rèn)其坡口角度、對口間隙、錯(cuò)邊量等均符合要求，同時(shí)坡口表面不得有裂紋、劃痕等缺陷。

（2）焊接過程中要采用多層多道焊，每道焊縫焊接完成后，檢查是否有裂紋產(chǎn)生，如有裂紋要及時(shí)處理，確認(rèn)無裂紋后再進(jìn)行下道焊接。

（3）焊接過程中氬弧焊槍冷卻水要及時(shí)更換，并且最好使用純凈水冷卻，避免焊接過程中由于焊槍溫度過高而中途停焊。

（4）焊接中采用的保護(hù)氣體為高純氬氣，氬氣純度為99.999%，在焊接過程中鋁管內(nèi)也要?dú)鍤獗Ｗo(hù)，提高焊接質(zhì)量。

3 焊接質(zhì)量

3.1 焊縫力學(xué)性能

在焊接完成后，取試件對焊縫的力學(xué)性能進(jìn)行測試，其結(jié)果見表4。

表4 焊縫力學(xué)性能

3.2 RT 檢測

在整個(gè)LG5 高純鋁管設(shè)備焊接完成后，對所有焊縫進(jìn)行射線檢測，檢測結(jié)果如表5所示。

表5 RT 檢測結(jié)果

3.3 PT 檢測

射線檢測合格后，對焊縫外表面進(jìn)行滲透檢測，其結(jié)果如表6所示。

表6 PT 檢測結(jié)果

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，加襯環(huán)和高純氬氣保護(hù)，能有效地提高高純鋁管的焊接質(zhì)量。

4 結(jié)論

（1）為了保證焊接質(zhì)量，必須做好高純鋁管焊前的準(zhǔn)備工作。

（2）在高純鋁管焊接時(shí)，應(yīng)做好鋁管的預(yù)熱工作，調(diào)整好焊接電流，把握好焊接速度，以免造成管內(nèi)襯環(huán)的燒穿，給后續(xù)射線探傷造成不便。

（3）通過管內(nèi)加襯環(huán)、用高純氬氣保護(hù)等方法焊接高純鋁管，可以顯著提高其焊接質(zhì)量，實(shí)際應(yīng)用效果明顯。