大型空分裝置冷箱內(nèi)鋁合金焊接施工技術(shù)探討

張巨業(yè)

摘要：本文介紹了鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀;其次又結(jié)合當(dāng)代的焊接工藝技術(shù)，對(duì)冷箱內(nèi)的鋁合金焊接特點(diǎn)和主要難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析;最后對(duì)分餾塔和鋁合金管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工工藝流程做出具體說明，希望通過以上的論述能夠幫助同行提高冷箱焊接技術(shù)的管理水平。

關(guān)鍵詞：空分裝置冷箱;鋁合金焊接;施工技術(shù)

引言

本文以我國(guó)某著名化工公司的空分裝置（100000m3/h）為主要研究對(duì)象，該種內(nèi)部裝置結(jié)構(gòu)運(yùn)行效果良好，各系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)均能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。其中，此種空分裝置的冷箱主體為H63m*L19.5m*W16.5m的密封箱型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，約長(zhǎng)為6230m的鋁合金管道依附于冷箱架構(gòu)之中[1]，經(jīng)過焊接人員的實(shí)際測(cè)量，得出焊接總量大概是40000寸徑。通常情況下，當(dāng)冷箱處于封閉狀態(tài)，其內(nèi)部的整體溫度可以達(dá)到-199℃。為了防止冷箱運(yùn)行時(shí)管道出現(xiàn)泄露的情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的鋁合金焊接工藝技術(shù)，所有管道均采用焊接串聯(lián)處理方式，進(jìn)而延長(zhǎng)焊接管道在冷箱內(nèi)部的使用周期。

1.鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1傳統(tǒng)焊接技術(shù)

TI G焊、MIG焊、等離子弧焊等是鋁合金傳統(tǒng)焊接技術(shù)的主要組成部分，在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的大時(shí)代背景下，這些焊接工藝流程經(jīng)過工作人員的技術(shù)革新，已經(jīng)構(gòu)建了相對(duì)完善的焊接處理模式，在1998年，經(jīng)過肯塔基大學(xué)的制造系統(tǒng)并聯(lián)合美國(guó)國(guó)家科技基金資助的建設(shè)安排，初步研制了雙焊槍TI G焊，該種焊接技術(shù)不用使用大量的焊絲，只需要簡(jiǎn)單操作就可以增加熔深;在2001年，芬蘭內(nèi)的某公司推出了一種新型的全數(shù)字化脈沖MIG焊接機(jī)，這種先進(jìn)的焊接設(shè)備可以從一定程度上確保焊接過程中的送絲速度和脈沖頻率有機(jī)協(xié)調(diào)配合，使得焊接工藝效果的質(zhì)量得到明顯提升。另外，美國(guó)航空航天管理部門深入分析了變極性，由此研制成功了以變極性為主要模式的等離子弧焊工藝處理技術(shù)和相關(guān)焊接處理設(shè)備，從而為厚板鋁合金重要零部件的焊接工藝處理創(chuàng)造了諸多有利條件。

1.2氬電聯(lián)焊

（1）焊接材料：采用廠家提供的SAIMg4Mn焊絲（相當(dāng)于美國(guó)牌號(hào)ER5183），鎢極為鈰鎢極。

（2）氬氣的選擇：氬氣不純、雜質(zhì)多，一方面增加了電弧氣氛中氫的含量，同時(shí)也降低了電弧的陰極霧化作用，影響焊接的正常進(jìn)行，因此現(xiàn)場(chǎng)使用的氬氣一般為高純氬，純度均在99.999%以上。

（3）焊前應(yīng)將坡口表面和兩側(cè)10mm范圍內(nèi)的有害雜質(zhì)清除干凈。且不得有裂紋、等缺陷;

（4）預(yù)制焊件放置穩(wěn)固后，檢查焊接線是否接觸良好，并嚴(yán)禁有打弧現(xiàn)象，不能在焊道母材上引弧，引弧需在引弧板上;

（5）焊接前需預(yù)熱，壁厚>5mm的預(yù)熱到100-150℃;

（6）焊接坡口選擇的基本原則：便于焊透，以確保焊接質(zhì)量;減少勞動(dòng)強(qiáng)度及焊接工作量;提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本;工藝可行;便于實(shí)施必要的檢查、檢測(cè)。

（7）鋁制管道在焊接位置許可的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用雙人雙面同時(shí)立焊。

2.冷箱內(nèi)的鋁合金焊接特點(diǎn)和主要難點(diǎn)分析

2.1冷箱內(nèi)鋁合金焊接工作量大

上述石化公司所安設(shè)的大型空分冷箱（48000m3/h）中的工藝管道、基礎(chǔ)設(shè)備零件和其他工藝流程都相對(duì)復(fù)雜，在安裝過程中，對(duì)精確性要求較高。一般情況下，LF2、LF4是鋁合金管道的主要材質(zhì)，由于焊接工作量相對(duì)較大，加之冷箱內(nèi)依附的鋁合金管道長(zhǎng)達(dá)6230m，最大管徑DN900mm，最小管徑為DN10mm，且現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量可達(dá)40000寸徑，這里的大型冷箱高達(dá)63m，里面含有3臺(tái)鋁合金設(shè)備需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接組對(duì)處理，3段組焊現(xiàn)場(chǎng)組成了相應(yīng)的冷箱分餾塔，焊接難度相對(duì)較大。

2.2對(duì)焊接變形控制嚴(yán)格

碳素鋼和低合金的膨脹系數(shù)僅僅為鋁及鋁合金膨脹系數(shù)的一半，由此可以得出，鋁合金等材料在凝固后體積收縮率相對(duì)較大，當(dāng)進(jìn)行鋁合金焊縫接熔過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較高的內(nèi)應(yīng)力、熱裂紋以及鎖孔現(xiàn)象，此時(shí)就需要采用獨(dú)特的預(yù)防焊接變形制度進(jìn)行綜合處理。首先，要保證冷箱內(nèi)管道安裝和內(nèi)分餾設(shè)備的垂直度要相對(duì)較高，可以通過雙面焊接的方式來降低對(duì)分餾塔的實(shí)際影響，進(jìn)而符合整體的焊接技術(shù)要求。

3.分餾塔和鋁合金管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工

3.1分餾塔組對(duì)的現(xiàn)場(chǎng)焊接控制

在冷箱內(nèi)部含有3臺(tái)鋁制處理設(shè)備需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)處理。其中，現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)道口是在分餾塔內(nèi)進(jìn)行的，根據(jù)焊接技術(shù)要求和鋁合金材料的使用特性，在所有現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)的四道焊口中只有分餾塔和上塔下段的焊口應(yīng)采用射線探傷檢測(cè)技術(shù)，設(shè)定合格等級(jí)為III級(jí)，其余焊口采用PT檢測(cè)即可。

針對(duì)分餾塔和上塔下段的主冷卻器部分，首先焊接人員可以使用刀片式的收割機(jī)去除盲板，采用機(jī)械處理技術(shù)來清除焊接口的雜物，并進(jìn)行打坡口處理，與此同時(shí)，進(jìn)行組對(duì)定位焊接操作，在焊接定位操作時(shí)應(yīng)確保板邊錯(cuò)邊且塔體呈現(xiàn)垂直特點(diǎn)。值得注意的是，在雨雪等惡劣天氣環(huán)境下及濕度為82%的施工環(huán)境下不能進(jìn)行焊接處理;其次，焊接過程中應(yīng)保持冷箱溫度在6℃左右，在采用定位焊處理以及預(yù)熱操作后，根據(jù)焊接變形的程度來調(diào)整垂直效果以及相應(yīng)的水平度。

3.2鋁合金管道的焊接施工

首先，針對(duì)鋁合金管道的組對(duì)處理，應(yīng)確?？辗盅b置內(nèi)的管道空間緊密結(jié)合，在管道施工處理階段，應(yīng)將采購(gòu)好的管道在冷箱內(nèi)依次組裝。另外，在施工設(shè)計(jì)之前，應(yīng)制定完整的管道平、里面單線繪制圖，還可以通過建立模型的方式來改善管道預(yù)制的深度、質(zhì)量和速度;其次，由于鋁合金的材質(zhì)相對(duì)較軟，應(yīng)將電位標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定在1.67v左右，并鋪設(shè)一層4.2mm的橡膠墊，有效避免電位腐蝕現(xiàn)象的的發(fā)生;最后，將碳鋼、不銹鋼應(yīng)和鋁合金管道相隔離，安裝人員應(yīng)堅(jiān)持“先大管，后小管;先下部，后上部;先主管，后輔管;先預(yù)制，后配置”的原則妥善進(jìn)行處理，在保證加熱管與低溫管、液體容器壁面距離不小于303 mm的同時(shí)，利用不銹鋼絲刷、鋁制水平尺、木榔頭、尼龍繩等材料輔以鋁合金管道制作和安裝。當(dāng)進(jìn)行管道吊裝時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)的防護(hù)手段來保護(hù)管道表面受損[2]，例如可以用索具外套橡皮管、索具間用支撐撐開等方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)支護(hù)。還要重點(diǎn)提出的是，鋁合金管坡口加工應(yīng)使用機(jī)械加工處理方法，對(duì)于那些厚壁不同的管道應(yīng)有140的過渡段。

結(jié)束語：

總而言之，大型空分裝置冷箱內(nèi)鋁合金焊接施工技術(shù)還存在許多設(shè)計(jì)和施工漏洞，相關(guān)制造企業(yè)的管理人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的焊接處理技術(shù)，在應(yīng)用和實(shí)踐中不斷拓展焊接操作途徑，進(jìn)而提升大型空分裝置冷箱的整體質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]林閩南，侯斌強(qiáng). 探討空分裝置主冷箱整體吊裝技術(shù)[J]. 工程機(jī)械與維修， 2020， No.295（S1）：139-143.

[2]鋁合金焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 裝備維修技術(shù)， 2020， No.175（01）：138-139.

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