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空分冷箱中鋁合金管道的焊接及無損檢測
查看：926 　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(shè)備的安全運(yùn)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(shù)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(shù)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(shí)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(dǎo)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(jié)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(shí)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(cuò)邊量超標(biāo)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(dǎo)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(gè)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(qiáng)度會越來越低，在400℃時(shí)，它的抗拉強(qiáng)度僅為 9．8N／mm2。當(dāng)溫度升到熔化溫度時(shí)，抗拉強(qiáng)度幾乎為0，已不能支撐自身的質(zhì)量。接近熔化溫度時(shí)，鋁本身幾乎沒有塑性。達(dá)到熔化狀態(tài)時(shí)，液態(tài)鋁的流動性又非常強(qiáng)。 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(yán)重。所以，立焊時(shí)也極易下堵，成型過程中形成的焊瘤較多，嚴(yán)重時(shí)會燒穿管壁。
鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)大，冷卻速度快，熔池的一次結(jié)晶速度也快。其線膨脹系數(shù)是鋼的2倍， 凝固時(shí)的體積收縮率為6．5％左右。所以鋁焊縫的內(nèi)應(yīng)力及焊接接頭剛性拘束力都較大，若組對應(yīng)力過大，復(fù)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(qiáng)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(dǎo)致合金元素?zé)龘p，這種過燒會產(chǎn)生結(jié)晶組織氧化和疏松。
2 焊接工藝
根據(jù)鋁鎂合金的特點(diǎn)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(jìn)行清洗和烘干。②盡量選用大直徑焊絲，氮?dú)獾募兌仍?9．99％以上，其水分的含量小于0．08％， 必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行干燥處理。③確保焊縫的組對間隙和錯(cuò)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(shí)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(shí)連同墊圈一起焊接。④選擇稍大一點(diǎn)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(yīng)適當(dāng)預(yù)熱，盡量縮短加熱時(shí)間和熔池停留時(shí)間。根據(jù)工件的厚度和形狀尺寸選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度，以減緩冷卻速度，降低接頭的內(nèi)應(yīng)力。可采取自由伸縮或加固點(diǎn)焊，附加背板、引弧板、收弧板以及收弧時(shí)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(jìn)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(jìn)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(yù)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(shí)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(jìn)行X射線透照時(shí)與碳鋼不同，應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備 射線能量／kV 透照方式 象質(zhì)計(jì) 透照時(shí)間／s 底片型號理學(xué)2505 110 雙壁單影 鋁 6～18 天津V型
焊接及無損檢測的結(jié)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(jié)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(shí)踐證明，文中提出的探傷規(guī)范是切實(shí)可行的
 
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