铝-铝合金管道无垫板（衬环）焊接工艺方法

田玉华 液化空气（杭州）有限公司，杭州 310012

在空气液化分离深冷技术中，铝合金设备及管道大量在冷箱内使用，由于铝（镁）合金金属焊接在高温下低强度和塑性特征，熔池易塌焰与焊穿，普遍采用背部垫板（即衬环）焊，见下图，作为管道安装焊接方法，由于管道内加衬环，对于输送富氧介质，存在有如下不可接受的风险：

（1）管道与衬环间形成气室空间，存在垃圾堆积风险；

（2）在疲劳工况下，衬环存在脱落的风险。

以上，是氧工况管道不可接受的潜在的安全风险。

在目前气体公司中，液化空气公司已严格禁止在富氧介质管道内留置有永久衬环，以避免潜在风险。为方便焊接工作、增加焊接质量，临时加设的衬环，要求焊缝合格后必须取出，由于管道尺寸、焊接位置、焊接成形不同，拆除衬环是一件废工废时、非常不容易的事情，当采用强力拆除时，易损伤管道内壁，对一些特别位置固定口来说，甚至无法拆除。鉴于此，我们对铝-铝合金管道焊接方法进行改进，即采用无衬环对焊接法，原则如下：

（1）对于管道直径大于DN550，在施工人员方便进入管道内部时，可采用单面焊双面成形，能较好地保证管道内壁成形质量，对口质量及焊接方法参考。当采用单位单面焊双面时，当人员进入管道内部，应服从安全管理要求，遵循受限空间安全管理规则；

（2）对于管道直径小于DN550 时，采取单面坡口对焊法。根据现场大量实践数据得出其完全可行，即能保证焊缝质量，同时满足焊接合格率要求，成为最具有典型性的焊接方法。

其技术措施及操作要点如下：

1 焊前准备

（1）无衬环焊是个熟练过程，必须充分练习、反复锻炼，熟悉操作要求，掌握方法后方可实施；

（2）选择性能较好的交流焊机，焊机运转可靠，电流电压表灵敏准确，检查焊枪冷却水流通状况，使用洁净的冷却水源，确保焊枪正常工作；

（3）选用高纯度氩气，以保证焊接质量；

（4）铝管的切割采用电动圆盘锯，用风动铣刀及合金钢磨片加工、打磨坡口，严格控制齐边、坡口质量；

（5）坡口钝边1±0.5mm，当采用单面焊双面成形时，可控件在1～3mm；

（6）坡口角度为60～65 度。

2 焊接工艺参数

（1）焊接电流：焊接电流在80～280A，根据焊接母材壁厚进行调整；

（2）氩气纯度：要求保证在99.99%；

（3）氩气流速：约在4～20L/min，根据焊接母材壁厚进行调整；

（4）焊丝直径：2～4mm；

以上参数可根据个人喜好及成形情况，焊接过程可适当进行调整。

（5）焊接时环境风速低于2M/S，相对湿度小于80%。

3 对口要求

（1）对口间隙小于1～2mm，要求间隙均匀，保证根部焊成形；

（2）焊口及附近的表面，须用机械工具清理至露出金属光泽；

（3）坡口清洁符合要求，焊缝两侧清理范围不应小于50mm，并脱酯合格，清理后宜在8 小时内完成焊接工作；

（4）对口点焊焊接参数选用与正式施工要求相同，并由合格的焊工担任；

（5）安装卡具以控制焊接变形，卡具的安装当考虑在拆除时不应损伤母材。

4 施焊

（1）焊接前焊件表面要求保持干燥洁净；施焊过程防止二次污染的发生；

（2）焊接前确保焊枪、充氩管内的空气已排净，氩气流速正常；

（3）焊前加装引、灭弧板，引弧、熄弧应在引弧板与熄弧板上进行；

（4）焊前应在试板上试焊，当确认各种参数调节符合焊接要求后方可正式焊接；

（5）焊枪喷嘴与工件之间距离6～10mm，焊嘴、焊丝间夹角为90°角，焊嘴、工作、焊丝三者的空间关系，推荐角度如下，焊接焊枪应保持平稳向前移动，弧长应恒定；

（6）焊接过程，施工严格控制焊接电流、焊接电压、氩气流速、电流大小；

（7）焊丝和喷嘴的运动要求协调配合，送丝速度要求均匀，送丝速度以焊丝形成熔滴与母材；充分熔合，观察间隙后是否充分熔透，达到最佳的迷透状况为宜；

（8）焊接过程观察、控制根部焊反面成形状况，适应调整焊接参数，避免背面焊道出面焊瘤；

（9）多层焊接时，层间温度适宜控制在小于100 摄氏度，但不应低于预热湿度，并尽量减少焊接层数；

（10）施焊过程（双面成形焊），清根彻底；

（11）其它：当焊件厚度大于10mm 时，应进行焊前预热到100 摄氏度；当环境温度低于5 度时，无预热要求的管件，应在始焊处100mm 范围内，应预热到15 摄氏度起焊；有预热要求的管件，应在坡口两侧各100mm 范围内，预热至100～150 摄氏度。

铝-铝合金焊接角度

5 焊后处理

（1）充分冷却管道；

（2）拆除防变卡具，严禁损伤母材，并打磨平滑；

（3）对焊缝表观进行，其要求：

①内壁焊缝内角不容许大于30°角，余度不宜超过1mm；

②内壁焊缝不容许存在有飞溅及可视的深度氧化情况；

③内壁焊缝不容许存在有焊瘤现象；

④焊缝表面不容许有裂纹、气孔、夹渣、表面凹陷的存在；

⑤焊缝咬边深度不容许大于0.5S，两侧咬边的总长度不应超过该焊缝全长的10%，并不大于100mm。

（4）检测焊缝表观质量；

（5）按设计要求实施无损检测；

（6）当焊缝存在返修情况时，同一部位返修次数不应超过二次；

（7）焊缝仅在探伤合格后进行表面打磨处理；不容许打磨的焊缝不得进行打磨处理；

（8）做好相关焊接记录工作。