空分冷箱中鋁合金管道的焊接及無損檢測

   時間:2014-03-11 13:28:54
空分冷箱中鋁合金管道的焊接及無損檢測簡介
    【關鍵詞】空分冷箱,鋁合金管道,焊接及無損檢測 【論文摘要】文中根據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……
空分冷箱中鋁合金管道的焊接及無損檢測正文
  

【關鍵詞】空分冷箱,鋁合金管道,焊接及無損檢測

【論文摘要】文中根據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問題, 討論了鋁合金焊接過程中焊接缺陷的產生和防止,繪出了X射線無損檢測的技術參數。

化肥廠空分裝置大小冷箱的配管材料均採用鋁鎂合金,主要為LF2、LF4及LF21。對接接頭的焊接質量決定了空分設備的安全運行周期。鋁及其合金在焊接過程中易產生較多的焊接缺陷,常見的有氣孔、根部本焊透、內凹以及焊接熱裂紋。其焊接接頭X射線無損檢測的參數與普通碳鋼相比也有不同。 文中根據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問題, 討論了鋁合金焊接過程中焊接缺陷的產生和防止,繪出了X射線無損檢測的技術參數。
1 焊接缺陷
鋁及鋁鎂合金的焊接氣孔主要是氫氣孔。鋁在液態時能大量吸收和溶解氫,在熔融狀態下溶解度為0.0069ml/g, 而高溫凝固狀態下為0.00036ml/g,前後相差近20倍。鋁的導熱係數很大,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,氫氣來不及選出在焊縫金屬中形成氣孔①。焊件組對質量和施焊位置對鋁鎂合金管件的焊接質量尤為重要。組對間隙過小、鈍邊過大、坡口角度太小及錯邊量超標等,極易在立焊和仰焊位置產生根部未熄透。空分管道多數是彎頭,其厚度多大於直管段厚度,雖然經厚度過渡,但兩邊單位體積不同,導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量的1個因素, 焊件表面氧化膜清除不徹底、存有油污等雜質,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, 其抗拉強度會越來越低,在400℃時,它的抗拉強度僅為 9.8N/mm2。當溫度升到熔化溫度時,抗拉強度幾乎為0,已不能支撐自身的質量。接近熔化溫度時,鋁本身幾乎沒有塑性。達到熔化狀態時,液態鋁的流動性又非常強。 這3者並存決定了它必然要產生一定程度的內凹。管壁越厚,內凹越嚴重。所以,立焊時也極易下堵,成型過程中形成的焊瘤較多,嚴重時會燒穿管壁。
鋁合金的導熱係數大,冷卻速度快,熔池的一次結晶速度也快。其線膨脹係數是鋼的2倍, 凝固時的體積收縮率為6.5%左右。所以鋁焊縫的內應力及焊接接頭剛性拘束力都較大,若組對應力過大,複雜的受力狀態會使焊縫產生熱裂紋。氧化膜和其它夾渣物的存在,可使其焊縫強度降低。
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致合金元素燒損,這種過燒會產生結晶組織氧化和疏鬆。
2 焊接工藝
根據鋁鎂合金的特點以及現場焊接過程中可能遇到的情況,採取以下工藝措施防止各類缺陷的發生。①清理焊件和焊絲,保證其施焊表面無污物和氧化膜,焊絲必須按規定進行清洗和烘乾。②盡量選用大直徑焊絲,氮氣的純度在99.99%以上,其水分的含量小於0.08%, 必要時應進行乾燥處理。③確保焊縫的組對間隙和錯邊量均符合要求。 厚度較大的焊件採用U形坡回,以縮短加熱時間,更厚一些就增加組對間隙到5~8mm。也可採用鋁襯墊,焊接時連同墊圈一起焊接。④選擇稍大一點的焊接線能量,控制好焊接速度與送絲的位置、深度、角度和方式。施焊前應適當預熱,盡量縮短加熱時間和熔池停留時間。根據工件的厚度和形狀尺寸選擇適當的預熱溫度,以減緩冷卻速度,降低接頭的內應力。可採取自由伸縮或加固點焊,附加背板、引弧板、收弧板以及收弧時採用衰減電流填滿弧坑等方法,也可採用合適的焊接順序和方法,如跳焊和倒退焊等。⑤焊完前半圈進行散熱,冷卻到一定溫度后,再焊後半圈。半圈和收尾處不得溫度過高。焊接之前對焊件進行脫脂處理。
按上述方法制訂的焊接工藝參數見表1。
表1 焊接工藝參數
工件厚 焊絲直 焊接電 焊絲直 噴嘴內 氬氣流量 焊接速度 預熱溫
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
註:板厚1-1.5mm時不加填充焊絲,電流可減少10%~25%。
3 X射線檢測
由於鋁和鋁合金原子較輕,進行X射線透照時與碳鋼不同,應依據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縫無損檢測的規定執行, 並參照該標準評級。在寧夏石化分公司的空分裝置中採用X射線透照的工藝參數見表2。
表2 X射線透照參數
設備 射線能量/kV 透照方式 象質計 透照時間/s 底片型號理學2505 110 雙壁單影 鋁 6~18 天津V型
焊接及無損檢測的結果表明,採用以上規範,鋁鎂合金焊接的缺陷得到了有效控制。
4 結語
鋁及鋁鎂合金的焊接和探傷都與普通碳鋼和不鏽鋼不同,實踐證明,文中提出的探傷規範是切實可行的。

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