1 鋁和鋁合金管焊接特點和方法

鋁合金由于重量輕、強度高、耐腐蝕性能好、無磁性、成形性好及低溫性能好等特點，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，同時還越來越多的應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)。濮陽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)于舊牌號中的LF2、LF4）。

但鋁及鋁合金在焊接過程中，易出現(xiàn)氧化、氣孔、熱裂紋、燒穿和塌陷等問題。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程中必須解決的問題。

2 鋁及鋁合金的理化性能及焊接特點

2.1 易氧化

鋁和氧的親和力很強，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，對自然防腐有利，但它給焊接帶來了困難，這是由于氧化鋁的熔點（2050℃）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋁的熔點（600℃左右），比重約為鋁的1.4倍。在焊接過程中，會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，焊接時會促使焊縫生成氣孔。

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，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氫氣孔。鋁在液態(tài)時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程中，氫的溶解度急劇下降，此時析出大量過飽和氣體，氫氣來不及析出在焊縫金屬中形成氣孔。因此，在焊接鋁材時，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，由于沒有明顯的顏色變化，所以，不易判斷熔池的溫度。焊接時，常因溫度過高不易被察覺而導(dǎo)致燒穿或嚴(yán)重塌陷。

3 焊前準(zhǔn)備

3.1 坡口加工采用機械加工法

加工后的坡口表面應(yīng)平整、無毛刺和飛邊。坡口的形式一般為V型，無鈍邊，坡口角度70°～75°為宜。不同壁厚的對接焊應(yīng)有14°的過渡段。

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，坡口易采用機械法，試管也采用化學(xué)法清除表面氧化膜。

機械方法，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?；蛴美渌疀_洗，再使其完全干燥。對已經(jīng)可靠表面處理、并未被氧化或受污染的焊絲，不再進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，若無有效的防護措施，應(yīng)在8小時內(nèi)施焊，否則應(yīng)重新進行清理。管道組對時，應(yīng)做到內(nèi)壁平齊，無毛刺、粒屑，其錯邊量應(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 焊機的注意事項及其它

焊機必須是交流TIG焊機，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，焊機上電流、電壓表應(yīng)經(jīng)計量部門鑒定合格。焊機在使用前，先檢查接地是否完好，冷卻水路和氣路是否暢通，其各項功能須確保能正常工作。焊接場所應(yīng)保持清潔，除應(yīng)有防風(fēng)、防雨雪設(shè)施外，還應(yīng)保證焊接時的相對濕度≤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Al-Cu系鋁合金則推薦用01201和01217。

4.2 組對與點固焊

由于鋁及鋁合金管導(dǎo)熱快、熔池結(jié)晶快，所以組對時不留間隙、鈍邊，應(yīng)避免強制進行，以減少焊接后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，定位焊縫長度10-15mm為宜。定位焊位置在管的7點、9點、12點處，定位焊焊縫常做為正式焊縫保留，因此發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。

焊前對定位焊表面黑粉、氧化膜進行清除，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)無氣孔后再進行正式焊接。采用高頻引弧，起弧點應(yīng)越過中心線20mm左右，并停留不動約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，焊絲端部不應(yīng)離開氬氣保護區(qū)。如離開氬氣保護區(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。

為增大氬氣保護區(qū)和增強保護效果，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，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，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程中以較快速度焊透焊縫，熔化金屬受熱時間短，吸收氣體的機會少。收弧時，注意填滿弧坑，縮小溶池，避免產(chǎn)生縮孔，終點的結(jié)合處應(yīng)焊過20~30mm。?；『螅舆t停氣6秒，可旋轉(zhuǎn)的鋁及鋁合金管對接平焊時，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，可不填加焊絲，但以后的焊層需加焊絲。

5 焊接檢驗

按HGJ222--92《鋁及鋁合金焊接技術(shù)規(guī)范》對所有焊縫進行表面和射線探傷檢查。

6 實施效果

采用上述焊接工藝，實際的焊接施工中氣孔和燒穿問題得到了有效的解決，焊接探傷合格率達到了97%。當(dāng)然還存在背面成型問題，這主要依靠操作者的感覺，對操作者的技術(shù)要求較高。