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1、LF2 鋁鎂合金料倉半自動熔化極氬弧焊焊接工法 LF2 鋁鎂合金料倉半自動熔化極 氬弧焊焊接工法1 前言 2 2特點 2 3適用范圍 2 4工藝原理 2 5 LF2鋁鎂合金的焊接特點 2 6 材料 3 7焊接施工 3 8質量標準、質量保證和質量檢驗 7 9勞動組織及主要施工機具 8 10安全措施 8 11.工程實例效益分析 8 1 前言 LF2鋁鎂合金料倉是石油化工裝置中常見的設計氣密壓力小于0.1MPa,設計溫度低于150℃,貯存粉狀、顆粒狀、片狀物料的容器,由于料倉幾何尺寸龐大只能在現場預制、組裝、焊接及檢

2、測試驗。由于現場的施工條件比工廠車間的條件差,因而料倉的現場預制組焊質量保證需要更復雜的工藝技術和更嚴格的科學管理。因此決定厚度大于或等于8mm的焊件,全部采用半自動熔化極氬弧焊。半自動熔化極氬弧焊與手工鎢極氬弧焊相比,具有噴射過渡、熔深大、陰極霧化作用和“自發(fā)調節(jié)”作用等特性;有功率大,熱量集中,焊接速度快,熱影響區(qū)小,生產效率高和操作方便等優(yōu)點,因此半自動熔化極氬弧焊是現場組裝焊接鋁鎂合金料倉獲得高質量焊接接頭的經濟實用的一種焊接方法。通過對14臺料倉現場預制,組焊實踐的總結和提煉,形成了既符合國內安裝施工現狀又有我公司自己特色的鋁鎂合金料倉半自動熔化極氬弧焊焊接工法。 2特點 本工法

3、的特點是通過對LF2鋁鎂合金焊接特性的分析,給出了采用半自動熔化極氬弧焊方法時,防止焊縫產生氣孔和焊接熱裂紋的先進焊接工藝,嚴格執(zhí)行本焊接工藝的各項要求可提高焊縫一次合格率,獲得滿足設計要求的優(yōu)質焊接接頭,從而順利地進行焊接施工。 3適用范圍 本工法闡述了LF2鋁鎂合金半自動化熔化極氬弧焊的特點、材料與設備、工藝、質量檢驗和經濟效果分析等,適用于大中型乙烯工程鋁鎂合金的半自動熔化極氬弧焊。對其它行業(yè)的純鋁及鋁鎂合金(防銹鋁)容器、儲罐和結構的半自動熔化極氬弧焊也可參考使用。 4工藝原理 半自動熔化極氬弧焊的工藝原理是:采用可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲與母材

4、金屬,并向焊接區(qū)輸送惰性氣體氬(Ar),使電弧、熔滴、熔池及附近的母材金屬免受周圍空氣的有害作用。通過手動連續(xù)送進的焊絲金屬不斷熔化并過渡到熔池,與熔化的母材金屬融合形成焊縫金屬,從而使工件相互連接起來。由于氬氣不與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應,只起嚴密包圍焊接區(qū),使之與空氣隔離的作用,因此電弧燃燒穩(wěn)定、熔滴過渡平穩(wěn)、安定,無激烈飛濺。還由于對焊接區(qū)的保護簡單、方便,焊接區(qū)便于觀察。焊槍操作方便,生產效率高,易進行全位置焊,因此在實際生產中,日益廣泛地被采用。 5 LF2鋁鎂合金的焊接特點 鋁鎂合金與黑色金屬相比,具有獨特的物理、化學性能,給焊接工作帶來一定困難。施工中應針對焊接特性,采取相應

5、的工藝措施,預防各種焊接缺陷的產生。 5.l強的氧化能力 鋁鎂合金與氧的親和力很大,在空氣中極易與氧結合生成致密的Al2O3 氧化膜。氧化膜的熔點高達2050℃,遠遠超過鋁合金的熔點,而且密度大約為鋁的1.4倍,因此在焊接過程中,氧化膜會阻礙金屬之間的良好結合,并易造成夾渣。還由于Al2O3 氧化膜(特別是有MgO存在不很致密的氧化膜)可以吸收較多水份,而常常成為焊縫氣孔的主要原因。 5.2較大的導熱系數和比熱容 鋁鎂合金的導熱系數,比熱容等都很大,約比鋼大一倍多,在焊接過程中大量的熱能被迅速傳導到基本金屬內部,因此焊接鋁鎂合金比鋼要消耗更多的熱量,為獲得高質量的焊接接

6、頭,必須用能量集中、功率大的熱源,有時需采用預熱等工藝措施。 5.3易產生變形 鋁鎂合金的線脹系數約為鋼的兩倍,凝固時的體積收縮率達6.5%左右,因此焊接時容易產生變形。 5.4容易形成氣孔 焊接接頭中的氣孔是鋁鎂合金焊接時易產生的一個常見缺陷,氫是熔焊時產生氣孔的主要原因。鋁鎂合金的液體熔池很容易吸收氣體,高溫下溶入的大量氣體,在焊后冷卻凝固過程中來不及析出,而聚集在焊縫中形成氣孔。弧柱氣氛中的水份,焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水份都是焊縫氣體的主要來源。 5.5無色澤變化 鋁鎂合金高溫下的強度和塑性低,熔化時不呈現任何色澤變化,易造成塌陷,給焊接操作帶

7、來困難。 6 材料 6.1.1 凡施行半自動熔化極氬弧焊的鋁鎂合金(LF2)母材,應具備出廠質量合格證書,各項性能指標應符合GB3193《鋁及鋁鎂合金熱軋板》、GB3880〈鋁及鋁合金板材〉和GB6893〈工業(yè)用鋁及鋁合金拉(軋)制管〉的規(guī)定。 6.1.2為防止焊縫金屬的結晶裂紋,母材焊接應選用含鎂量等于或略高于母材的焊絲,焊絲應符合GB10858〈鋁及鋁合金焊絲》的規(guī)定。本工法選用的焊絲為SAIMg?5(含量Mg量4.70%- 5.70%)。 6.1.3氬氣應符合GB4842〈氬氣》的規(guī)定,氬氣純度達99.99%。 7焊接施工 7.l料倉焊接施工工序流程圖(見圖7.

8、1下頁) 7.2一般規(guī)定 7.2.l施工單位必須具備健全的焊接施工質量管理和質量保證體系。 7.2.2焊接施工前應擬訂焊接工藝評定指導書,按HGJ222-92《鋁及鋁合金焊接技術規(guī)程》第五章規(guī)定進行焊接工藝評定。 7.2.3在焊接施工前應根據焊接工藝評定報告,編制焊接工藝規(guī)程(也可稱為焊接工藝指導書)。 7.2.4根據焊接工藝規(guī)程,按HGJ222-92《鋁及鋁合金焊接技術規(guī)程》第六章的規(guī)定進行焊工考試。 7.2.5焊接施工環(huán)境條件 7.2.5.l環(huán)境溫度不低于5℃; 7.2.5.2相對濕度在80%以下; 7.2.5.3焊接場所應保持清潔,并應設

9、置適當的防護設施,使其不受風、雨、雪的侵襲。 7.3焊前準備 7.3.l圖紙無特殊要求時,按SHJ513?90《不銹鋼、鋁制料倉施工及驗收規(guī)范》附表2.3要求加工坡口。在確保焊透的條件下,在焊接工藝規(guī)程允許的范圍內,盡量增大坡口鈍邊厚度,減小坡口角度、縮小組對間隙,以達減少參與焊縫的填充焊絲比例,有利于減少氣孔傾向的目的。 圖7.1 7.3.2零件直線形坡口用刨邊機加工,刨削坡口時,吃刀量及切削速度要適中,以防坡口表面產生撕裂的溝紋及明顯刀痕。 7.3.3曲線形坡口用空氣等離子切割機切割,必須將影響焊接質量的切割表面層清理干凈,打磨平整。 7.3.4

10、為嚴格限制氧化膜質點進入焊接區(qū),必須嚴格清除焊絲表面,坡口表面及其兩側附近表面的油污和氧化膜。 7.3.4.1焊絲采用化學清洗(浸洗法)生產效率高,質量穩(wěn)定,清潔工藝見7.3.4.l但對已經可靠表面處理并未被氧化或受污染的焊絲,不需要再進行清洗,可直接使用。 化學清洗工藝表7.3.4.l 工序 除油 洗堿 沖洗 中和光化 沖洗 干燥 溶液 溫度(℃) 時間(min)溶液 溫度 (℃) 時間 (min) 焊絲 丙酮四 氯化碳 6-10%NaOH 40--60 ≤7 流動 清水 30%HNO3 室溫 1--3 流動 清水 風干 7.3.4.2由于料倉工件尺寸較大,生產

11、周期較長并且是多層焊,因此不適合化學清洗應采用機械清理。清理前先用丙酮或四氯化碳將坡口表面及其兩側各50mm范圍內的油污擦拭干凈,隨后直接用電動的φ≤0.2mm的不銹鋼絲輪將坡回表面及其兩側各20mm范圍內打磨露出金屬光澤為止。使用的不銹鋼絲輪應每天進行脫脂處理。 7.3.5工件、焊絲清理后至焊接前的存放時間應盡量縮短,在氣候潮濕的情況下,一般應在清理后4小時內施焊,在氣候干燥的情況下也不準超過8小時,否則還需要重新處理。 7.3.5.l組對前應嚴格檢查坡口,對影響焊接質量的局部凹凸不平進行修理,發(fā)現夾層等缺陷立即報告技術部門處理。 7.3.5.2由于料倉主體壁厚不一致,從上

12、而下壁厚逐節(jié)增加,因此組對時應做到內壁平齊,當料倉內部焊縫要求磨平拋光時其錯邊量(b)應符合下列規(guī)定: 縱焊縫:當壁厚δ8mm時,b≤0.5mm 當壁厚δ10-16mm時,b≤0.1δ,且b≤1.5mm 環(huán)焊縫:b0.15δ,且 b≤3mm 當料倉內部焊縫不要求磨平拋光時,倉體組對時也應做到內部齊平,其錯邊量(b)應符合下列規(guī)定: 縱焊縫:當壁厚δ8mm時,b≤0.7mm 當壁厚δ10-16mm時,b≤0.1δ,且b≤2mm 環(huán)焊縫: b=0.2δ,且b≤3.5mm 7.3.6為防止引弧處和收弧處的焊接缺陷,要求料倉主體縱焊縫的兩端必須點焊與母材

13、同材質、同厚度、同坡口尺寸,100l00mm的引弧板和引出板。 7.4焊接工藝 7.4.1采用直流電源反接(焊絲接正極)以獲得穩(wěn)定的射流過渡及良好的氧化膜破碎效果。 7.4.2點焊焊縫應設在坡口反面,點固焊縫的長度為40-60mm,間距100-150mm。 7.4.3無特殊要求時焊前不進行預熱。但實踐證明在半自動熔化極氬弧焊條下,接頭冷卻條件對焊縫的氣體含量有比較明顯的影響,因此當厚度≥8mm時,為延緩接頭冷卻速度,以利氣體溢出,減少焊縫氣孔生成傾向,進行100-300℃預熱是完全必要的。 7.4.4為減少焊接變形,焊接順序為先焊縱縫,后焊環(huán)縫,先焊外側后焊內側,

14、內側焊前清根。每節(jié)料倉的縱縫都分成300-400mm幾個小段采用退焊法,每條環(huán)縫都分成八等分由2-4名焊工對稱首尾追逐焊法施焊。 7.4.5正式焊接前,應在試板上調整好各項工藝參數,并確認無氣孔后再進行正式焊接。 7.4.6在半自動熔化極氬弧焊條件下,為有效的防止焊絲氧化膜分解出來的氫向熔池侵入,應盡量采用大電流(超過臨界電流值)以便獲得穩(wěn)定噴射過渡電弧過程,并增大熔池存在時間以利氣泡溢出。但焊接電流必須小于能使焊縫起皺的臨界電流,以保證穩(wěn)定的焊接過程和焊接質量。 7.4.7焊接電流一定時,電弧電壓應與焊接電流相匹配,以避免氣孔、飛濺和咬邊等缺陷。(當選用瑞典伊薩A10-50

15、0焊機時,該機具有一元化調節(jié)功能,只需調整電弧電壓,將自動選擇合格的焊接電流,也就是說電弧電壓與焊接電流始終相匹配)。 7.4.8焊絲伸出長度視焊絲直徑而定,當焊絲d=1.6mm時伸出長度為12-14mm,當焊絲d=2-4mm時,伸出長度為16-2Omm可得到穩(wěn)定的噴射過渡。焊絲伸出過長會導致電弧電壓下降,熔敷金屬過多,焊縫成型不良,熔深減小,電弧不穩(wěn)定,焊絲長度伸出過短,電弧易燒導電咀,且金屬飛濺易堵塞噴咀。 7.4.9氬氣流量過大或過小皆會造成紊流。由于半自動熔化極氬弧焊對熔池保護要求較高,又處于現場施焊的條件下,因此噴咀孔徑和氬氣流量均要相應增大(見工參數表7.4.14)。

16、 7.4.10操作方法采用右向焊法。從提高操作者的可見度考慮,半自動氬弧焊焊槍的握持角度呈15-20度前傾斜角,如圖7.4.10所示。 7.4.11多層焊時,為防止焊縫產生微裂紋傾向層間溫度應不高于100℃,并應將坡口表面和層間的氧化膜清理干凈,對影響下層焊接質量的過高焊肉和弧坑缺陷都要用角向磨光機除去。 7.4.12為防止環(huán)焊縫起弧處的焊接缺陷,起孤處的焊縫可重疊堆高,但應將過高部分磨去修整圓滑。 7.4.13對需要清根的雙面焊縫應用電動角向磨光機清理焊根,清理焊根的深度hl/3δ2(圖7.4.13),清根坡口應為光滑圓弧,并用電動不銹鋼絲輪除去殘留的金剛砂微粒。

17、 7.4.14半自動熔化極氬弧焊工藝參數見表7.4.14。 7.5焊接返修 7.5.l對焊縫內部缺陷超過標準規(guī)定的焊縫必須進行焊接返修,返修工藝如下: 7.5.1.l以X射線底片為缺陷定位依據。 7.5. 1.2用電動角向磨光機清除缺陷,磨削長度應比缺陷兩端各長20mm以上; 磨削深度應比缺陷深度增加l-2mm。 7.5.1.3焊接工藝基本同原焊接工藝,只是焊接電流要比原焊接電流大5--10%,焊后按要求進行探傷檢驗。 7.5.2同一部位的返修次數一般不應超過二次,對經二次返修仍不合格的焊縫,需要再進行返修,需經公司總工程師批準,應將返修次數、部位和無損探傷結

18、果進入交工資料。 7.6焊接施工管理 7.6.l氣象與焊接作業(yè)環(huán)境管理,無論氣象條件如何,具體焊接作業(yè)環(huán)境必須符合施工規(guī)范有關規(guī)定。 7.6.2焊絲的除油、化學清洗、領發(fā)及回收等均按技術規(guī)定執(zhí)行,專人負責并有詳細記錄。 7.6.3隨時進行焊接工藝參數測定與記錄,發(fā)現有不符合要求的要立即調整和糾正。 7.6.4工藝紀律監(jiān)督管理,設工藝紀律監(jiān)督員,負責從焊絲除油、化學清洗、點固、焊縫層數、焊接電流、焊接速度、層間溫度、焊縫成型、焊接檢驗及焊縫返修等的監(jiān)督管理,以保證工藝文件及技術要求的貫徹執(zhí)行。 7.6.5焊接技術人員施工前根據焊接工藝評定結果編制焊接工藝規(guī)程,根據工程技術

19、要求制定焊工培訓考試計劃及機具,材料需用量計劃,并負責解決施工中出現的焊接技術和質量問題收集、整理焊接施工技術資料。 8質量標準、質量保證和質量檢驗 8.l質量標準除本工法已有明確要求者外,應遵守SHJ513?90不銹鋼、鋁制料倉施工 及驗收規(guī)范》和HGJ222-92《鋁及鋁合金焊接技術規(guī)程》的有關規(guī)定。 8.2質量保證 8.2.l鋁鎂合金料倉現場預制組焊依據目標管理和系統控制的原則建立質量保證體系,把影響產品質量的諸因素組成一個有機的整體,將施工驗收規(guī)范技術規(guī)程和設計要求融會于質量的全部控制活動中,在施工全過程始終圍繞產品質量目標開展工作,使料倉的質量,在施工的全過程始終處

20、于受控狀態(tài),從而生產出高質量的產品。 8.2.2將鋁鎂合金料倉焊接施工的全過程按其內在聯系分為焊接工藝評定和焊接工藝規(guī)程編制、焊前準備、施工和交工驗收四個環(huán)節(jié);分材料、設備、工藝、焊接、外觀檢驗、無損檢測6個系統;設6個停檢點,10 重要檢查點,共16個控制點。 8.2.3對料倉現場制造質量保證體系的各機構、各系統、各控制點的負責人員的職、責、權及工作依據、工作程序、工作見證、信息反饋等各項控制活動,均有相應的管理制度。 8.3焊接檢驗 8.3.l焊縫外觀檢查,焊縫表面應成型良好,不允許存在裂紋、氣孔、未熔合、過燒及熔合性飛濺等缺陷,焊縫余高、咬邊、凹陷及錯邊量應控制在施工及驗收規(guī)

21、范、焊接規(guī)程所允許的范圍內。 8.3、2 X射線探傷 8.3.2.l射線探傷在外觀質量檢查合格后進行。 8.3.2.2射線探傷數量及部位按設計要求進行。 8.3.2.3射線照相底片的質量、底片評定順序、缺陷點數和長度的計算及焊縫質量的等級評定應符合HGJ222-92《鋁及鋁合金焊接技術規(guī)程》7.3的規(guī)定。 9勞動組織及主要施工機具 由于料倉規(guī)格、數量、工程量、工期的不同,配備的勞動力和施工機具設備的數量也有所不同?，F將14臺料倉(φ55002300mm8臺、φ500018600mm2臺、φ400013000mml臺、φ28505700mm3臺)總重155t,工期 6個月

22、的勞動力配備及主要機具設備分別列入表 9.l、9.2 勞動力配備表9.1 工種 人數 鉚工 24 起重工 2 氬弧焊工 10 等離子切割工 1 打磨工 4 機械工 2 探傷工 2 電工 4 吊車司機 2 氣焊 1 車工 1 合計人數 53 10安全措施 料倉焊接除應嚴格執(zhí)行《煉油化工施工安全規(guī)程》(SHJ505?87)和注意防止一般事故(如觸電、燙傷、高空墜落、火災等)外,還應注意以下安全事項: 10.l鋁鎂合金焊接時能量較高,焊接過程中會產生大量的紫外線,因此焊工要穿白色帆布工作服,防止紫外線照射和飛濺燒傷,配合電焊工施工的鉚工需要配戴深

23、色目鏡保護眼睛。 10.2為防止在料倉內施焊時產生的臭氧和氮化物對人體的傷害,在料倉人孔部位安裝通風機以排除有害氣體。 10.3暑期施工對氬弧焊工實行防署降溫保健,并定期檢查身體。 10.4在料倉內作業(yè)要按特殊作業(yè)環(huán)境進行保護,必須保證倉內外信息聯絡暢通。 11.工程實例效益分析 1993年7-12月完成了北京燕化30萬噸/年乙烯工程14臺鋁鎂合金料倉的制作任務,其規(guī)格、數量如下:φ55002300mm8臺、φ500018600mm2臺、φ400013000mml臺、φ28505700mm3臺。料倉所用板材厚度由 5- 16mm,法蘭盤厚度 40-60mm,材質為LF2鋁鎂合

24、金,總重155t,其中推廣應用半自動熔化極氬弧焊的材料達135t。半自動熔化極氬弧焊采用了本工法。直接創(chuàng)造產值600萬元,同手工鎢極氬弧焊相比提高工效3倍,降低成本20%左右,施工周期比合同期提前30天。焊接一次合格率平均為95%,Ⅰ、Ⅱ級焊縫占83%,創(chuàng)同類產品焊接質量最好水平。本工程半自動熔化極氬弧焊施工工藝榮獲1993年局和中建總公司新技術推廣獎。 鋁鎂合金料倉施工主要機具一覽表 序號 機具名稱 規(guī)格型號 單位 數量 主要用途 1 熔化極半自動氬弧焊機 A10?500 臺 6 料倉焊接使用φ1.5?2.4焊絲 2 空氣等離子切割機 LGK?60 臺 1 切割δ16mm以下鋁鎂合金

25、板 3 空氣等離子切割機 LGK?100 臺 1 切割δ60mm法蘭 4 電動角向磨光機 φ100 臺 15 除氧化膜,清理焊道 5 剪板機 δ19 臺 1 剪料 6 滾板機 δ19 臺 1 滾圓 7 油壓機 325t 臺 1 冷壓槽型及角型鋁材 8 烘干箱 RDL4?40 臺 1 烘干焊絲 9 塔吊 8t 臺 1 現場預制 10 履帶式起重機 20t 臺 1 現場組裝 11 汽車吊 8t 臺 1 現場組裝 12 X光探傷機臺 1 焊縫探傷 13 空氣壓縮機 0.7m3/min 臺 1 供等離子切割機用 14 刨邊機 L8M 臺 1 加工坡口 15 型鋼調直機 50t 臺 1 調直各種鋁型材 16 電動焊接轉胎 20t 臺 1 焊接料倉環(huán)縫用 17 電動焊接轉胎 10t 臺 4 焊接料倉環(huán)縫用