1 鋁和鋁合金管焊接特點(diǎn)和方法
鋁合金由于重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、無(wú)磁性、成形性好及低溫性能好等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，采用鋁合金代替鋼板材料焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。因此，鋁及鋁合金除廣泛地應(yīng)用于航空、航天和電工等領(lǐng)域外，同時(shí)還越來(lái)越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽(yáng)中原大化新建空分裝置就大量使用了鋁鎂合金（主要有：5083、5183、5A02相當(dāng)于舊牌號(hào)中的LF2、LF4）。
但鋁及鋁合金在焊接過(guò)程中，易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問(wèn)題。此類材質(zhì)是被公認(rèn)為是焊接難度較大的被焊接材料，特別是小徑薄壁管的焊接更難掌握。因此，解決鋁及鋁合金的這些焊接缺陷是施工過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。
2 鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點(diǎn)
2.1 易氧化
鋁和氧的親和力很強(qiáng)，在常溫下，鋁表面就能被氧化成厚度約0.1～0.2m致密的AL2O3薄膜。雖然這層氧化鋁薄膜比較致密，能防止金屬的繼續(xù)氧化，對(duì)自然防腐有利，但它給焊接帶來(lái)了困難，這是由于氧化鋁的熔點(diǎn)（2050℃）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鋁的熔點(diǎn)（600℃左右），比重約為鋁的1.4倍。在焊接過(guò)程中，會(huì)阻礙金屬之間的熔合，易形成夾渣，而且氧化鋁薄膜還吸附了較多的水份，焊接時(shí)會(huì)促使焊縫生成氣孔。
2.2 較大的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容
鋁的導(dǎo)熱系數(shù)約為鋼的四倍，因此，焊接鋁材管時(shí)，比鋼管焊接要消耗更多的熱量，為得到高質(zhì)量的焊接接頭，必需采用能量集中，功率大的熱源。
2.3 易形成氫氣孔
鋁及鋁合金的焊接氣孔主要?dú)錃饪住ｄX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，而在高溫凝固狀態(tài)下為0.00036ml/g，前后相差近20倍。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同的焊接工藝條件下，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(guò)程中，氫的溶解度急劇下降，此時(shí)析出大量過(guò)飽和氣體，氫氣來(lái)不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時(shí)，焊縫產(chǎn)生氣孔的傾向很大。
2.4 易形成熱裂紋
鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大約一倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和應(yīng)力，加上某些雜質(zhì)或合金元素的不利影響，在剛性較大的接頭中將導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。
2.5 燒穿和塌陷
鋁及鋁合金由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，由于沒(méi)有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時(shí)，常因溫度過(guò)高不易被察覺(jué)而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。
3 焊前準(zhǔn)備
3.1 坡口加工采用機(jī)械加工法
加工后的坡口表面應(yīng)平整、無(wú)毛刺和飛邊。坡口的形式一般為V型，無(wú)鈍邊，坡口角度70°～75°為宜。不同壁厚的對(duì)接焊應(yīng)有14°的過(guò)渡段。
3.2 焊前準(zhǔn)備
焊前將焊絲、焊管坡口及其坡口內(nèi)外各30～50mm范圍內(nèi)的油污和氧化膜清除掉，清除順序和方法如下：用丙酮或四氯化碳等有機(jī)溶劑去除表面油污，坡口內(nèi)外兩側(cè)清除范圍應(yīng)不小于50mm。清除油污后，焊絲采用化學(xué)法，坡口易采用機(jī)械法，試管也采用化學(xué)法清除表面氧化膜。
機(jī)械方法，是坡口及其附近表面可用銼削、刮削、銑削或用0.2mm左右的不銹鋼絲刷清除至露出金屬澤，兩側(cè)的清除范圍距坡口邊緣應(yīng)不小于30mm，使用的工具定期脫脂處理。
化學(xué)法，是用約70℃ 5～10%的NaOH溶液浸泡30～60秒后，或用常溫5～10%的NaOH溶液浸泡3分鐘。接著用約15%的HNO3（常溫）浸泡2分鐘左右后用溫水清洗。或用冷水沖洗，再使其完全干燥。對(duì)已經(jīng)可靠表面處理、并未被氧化或受污染的焊絲，不再進(jìn)行上述處理可直接使用。
清理好的坡口及焊絲，在焊前不應(yīng)再被玷污，若無(wú)有效的防護(hù)措施，應(yīng)在8小時(shí)內(nèi)施焊，否則應(yīng)重新進(jìn)行清理。管道組對(duì)時(shí)，應(yīng)做到內(nèi)壁平齊，無(wú)毛刺、粒屑，其錯(cuò)邊量應(yīng)符合b≤0.5mm。內(nèi)部不加襯圈焊口，要求間隙盡可能等于零，特別是仰焊部位，管內(nèi)壁應(yīng)倒1～1.5mm的圓角。
3.3 焊機(jī)的注意事項(xiàng)及其它
焊機(jī)必須是交流TIG焊機(jī)，具有陡降的外特性和足夠的電容量，并且有參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活和安全可靠的使用性能，還應(yīng)具有引弧、穩(wěn)弧和消除直流分量裝置，焊機(jī)上電流、電壓表應(yīng)經(jīng)計(jì)量部門鑒定合格。焊機(jī)在使用前，先檢查接地是否完好，冷卻水路和氣路是否暢通，其各項(xiàng)功能須確保能正常工作。焊接場(chǎng)所應(yīng)保持清潔，除應(yīng)有防風(fēng)、防雨雪設(shè)施外，還應(yīng)保證焊接時(shí)的相對(duì)濕度≤80%，環(huán)境溫＞5℃。
4 焊接工藝
4.1 焊接材料的選擇
焊絲原則上選擇與母材成分相同的鋁及鋁合金焊絲或板條，氬氣純度＞99.95%，盡量選用大直徑焊絲。在Al-Mg系鋁合金的弧焊中，通常都是推薦使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB-AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊條，對(duì)Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。
4.2 組對(duì)與點(diǎn)固焊
由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快，所以組對(duì)時(shí)不留間隙、鈍邊，應(yīng)避免強(qiáng)制進(jìn)行，以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，定位焊縫長(zhǎng)度10-15mm為宜。定位焊位置在管的7點(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)處，定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。
焊前對(duì)定位焊表面黑粉、氧化膜進(jìn)行清除，并將兩端修成緩坡型，焊件不需要預(yù)熱，焊前在試板上試焊，當(dāng)確認(rèn)無(wú)氣孔后再進(jìn)行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點(diǎn)應(yīng)越過(guò)中心線20mm左右，并停留不動(dòng)約2-3秒，然后在保證焊透的情況下，采用大電流、快速焊，焊絲不擺動(dòng)，焊絲端部不應(yīng)離開(kāi)氬氣保護(hù)區(qū)。如離開(kāi)氬氣保護(hù)區(qū)，焊絲端部應(yīng)剪掉，焊絲與焊縫表面的夾角宜在15°左右，焊槍與焊縫表面的夾角宜保持在80°～90°之間。
為增大氬氣保護(hù)區(qū)和增強(qiáng)保護(hù)效果，可采用大直徑焊槍瓷嘴，加大焊槍氬氣流量。當(dāng)噴嘴上有明顯阻礙氬氣氣流流通的飛濺物附著時(shí)，必須將飛濺物清除或更換噴嘴。當(dāng)鎢極端部出現(xiàn)污染，形狀不規(guī)則等現(xiàn)象時(shí)，必須修整或更換。鎢極不宜伸出噴嘴外，焊接溫度的控制主要是焊接速度和焊接電流大小的控制。
試驗(yàn)結(jié)果表明，大電流、快速焊能有效防止氣孔的產(chǎn)生，這主要是由于在焊接過(guò)程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時(shí)間短，吸收氣體的機(jī)會(huì)少。收弧時(shí)，注意填滿弧坑，縮小溶池，避免產(chǎn)生縮孔，終點(diǎn)的結(jié)合處應(yīng)焊過(guò)20~30mm。停弧后，要延遲停氣6秒，可旋轉(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對(duì)接平焊時(shí)，焊炬應(yīng)處于稍帶上坡焊位置，這樣有利于焊透。厚壁管子底層焊時(shí)，可不填加焊絲，但以后的焊層需加焊絲。
5 焊接檢驗(yàn)
按HGJ222--92《鋁及鋁合金焊接技術(shù)規(guī)范》對(duì)所有焊縫進(jìn)行表面和射線探傷檢查。
6 實(shí)施效果
采用上述焊接工藝，實(shí)際的焊接施工中氣孔和燒穿問(wèn)題得到了有效的解決，焊接探傷合格率達(dá)到了97%。當(dāng)然還存在背面成型問(wèn)題，這主要依靠操作者的感覺(jué)，對(duì)操作者的技術(shù)要求較高。
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