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1、LF2 铝镁合金料仓半自动熔化极氩弧焊焊接工法 LF2 铝镁合金料仓半自动熔化极氩弧焊焊接工法1 前言22特点23适用范围24工艺原理25 LF2铝镁合金的焊接特点26 材料37焊接施工38质量标准、质量保证和质量检验79劳动组织及主要施工机具810安全措施811.工程实例效益分析81 前言 LF2铝镁合金料仓是石油化工装置中常见的设计气密压力小于0.1MPa,设计温度低于150,贮存粉状、颗粒状、片状物料的容器,由于料仓几何尺寸庞大只能在现场预制、组装、焊接及检测试验。由于现场的施工条件比工厂车间的条件差,因而料仓的现场预制组焊质量保证需要更复杂的工艺技术和更严格的科学管理。因此决定厚度大于
2、或等于8mm的焊件,全部采用半自动熔化极氩弧焊。半自动熔化极氩弧焊与手工钨极氩弧焊相比,具有喷射过渡、熔深大、阴极雾化作用和“自发调节”作用等特性;有功率大,热量集中,焊接速度快,热影响区小,生产效率高和操作方便等优点,因此半自动熔化极氩弧焊是现场组装焊接铝镁合金料仓获得高质量焊接接头的经济实用的一种焊接方法。通过对14台料仓现场预制,组焊实践的总结和提炼,形成了既符合国内安装施工现状又有我公司自己特色的铝镁合金料仓半自动熔化极氩弧焊焊接工法。2特点 本工法的特点是通过对LF2铝镁合金焊接特性的分析,给出了采用半自动熔化极氩弧焊方法时,防止焊缝产生气孔和焊接热裂纹的先进焊接工艺,严格执行本焊接
3、工艺的各项要求可提高焊缝一次合格率,获得满足设计要求的优质焊接接头,从而顺利地进行焊接施工。3适用范围 本工法阐述了LF2铝镁合金半自动化熔化极氩弧焊的特点、材料与设备、工艺、质量检验和经济效果分析等,适用于大中型乙烯工程铝镁合金的半自动熔化极氩弧焊。对其它行业的纯铝及铝镁合金(防锈铝)容器、储罐和结构的半自动熔化极氩弧焊也可参考使用。4工艺原理 半自动熔化极氩弧焊的工艺原理是:采用可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属,并向焊接区输送惰性气体氩(Ar),使电弧、熔滴、熔池及附近的母材金属免受周围空气的有害作用。通过手动连续送进的焊丝金属不断熔化并过渡到熔池,与熔化的母材
4、金属融合形成焊缝金属,从而使工件相互连接起来。由于氩气不与液态金属发生冶金反应,只起严密包围焊接区,使之与空气隔离的作用,因此电弧燃烧稳定、熔滴过渡平稳、安定,无激烈飞溅。还由于对焊接区的保护简单、方便,焊接区便于观察。焊枪操作方便,生产效率高,易进行全位置焊,因此在实际生产中,日益广泛地被采用。5 LF2铝镁合金的焊接特点 铝镁合金与黑色金属相比,具有独特的物理、化学性能,给焊接工作带来一定困难。施工中应针对焊接特性,采取相应的工艺措施,预防各种焊接缺陷的产生。 5.l强的氧化能力 铝镁合金与氧的亲和力很大,在空气中极易与氧结合生成致密的Al2O3 氧化膜。氧化膜的熔点高达2050,远远超过
5、铝合金的熔点,而且密度大约为铝的1.4倍,因此在焊接过程中,氧化膜会阻碍金属之间的良好结合,并易造成夹渣。还由于Al2O3 氧化膜(特别是有MgO存在不很致密的氧化膜)可以吸收较多水份,而常常成为焊缝气孔的主要原因。 5.2较大的导热系数和比热容 铝镁合金的导热系数,比热容等都很大,约比钢大一倍多,在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基本金属内部,因此焊接铝镁合金比钢要消耗更多的热量,为获得高质量的焊接接头,必须用能量集中、功率大的热源,有时需采用预热等工艺措施。 5.3易产生变形 铝镁合金的线胀系数约为钢的两倍,凝固时的体积收缩率达6.5%左右,因此焊接时容易产生变形。 5.4容易形成气孔 焊
6、接接头中的气孔是铝镁合金焊接时易产生的一个常见缺陷,氢是熔焊时产生气孔的主要原因。铝镁合金的液体熔池很容易吸收气体,高温下溶入的大量气体,在焊后冷却凝固过程中来不及析出,而聚集在焊缝中形成气孔。弧柱气氛中的水份,焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水份都是焊缝气体的主要来源。 5.5无色泽变化 铝镁合金高温下的强度和塑性低,熔化时不呈现任何色泽变化,易造成塌陷,给焊接操作带来困难。6 材料 6.1.1 凡施行半自动熔化极氩弧焊的铝镁合金(LF2)母材,应具备出厂质量合格证书,各项性能指标应符合GB3193铝及铝镁合金热轧板、GB3880铝及铝合金板材和GB6893工业用铝及铝合金拉(轧)制管的规定。
7、 6.1.2为防止焊缝金属的结晶裂纹,母材焊接应选用含镁量等于或略高于母材的焊丝,焊丝应符合GB10858铝及铝合金焊丝的规定。本工法选用的焊丝为SAIMg?5(含量Mg量4.70%- 5.70%)。6.1.3氩气应符合GB4842氩气的规定,氩气纯度达99.99%。7焊接施工 7.l料仓焊接施工工序流程图(见图7.1下页)7.2一般规定 7.2.l施工单位必须具备健全的焊接施工质量管理和质量保证体系。 7.2.2焊接施工前应拟订焊接工艺评定指导书,按HGJ222-92铝及铝合金焊接技术规程第五章规定进行焊接工艺评定。 7.2.3在焊接施工前应根据焊接工艺评定报告,编制焊接工艺规程(也可称为焊
8、接工艺指导书)。 7.2.4根据焊接工艺规程,按HGJ222-92铝及铝合金焊接技术规程第六章的规定进行焊工考试。 7.2.5焊接施工环境条件 7.2.5.l环境温度不低于5; 7.2.5.2相对湿度在80%以下; 7.2.5.3焊接场所应保持清洁,并应设置适当的防护设施,使其不受风、雨、雪的侵袭。 7.3焊前准备 7.3.l图纸无特殊要求时,按SHJ513?90不锈钢、铝制料仓施工及验收规范附表2.3要求加工坡口。在确保焊透的条件下,在焊接工艺规程允许的范围内,尽量增大坡口钝边厚度,减小坡口角度、缩小组对间隙,以达减少参与焊缝的填充焊丝比例,有利于减少气孔倾向的目的。 图7.1 7.3.2零
9、件直线形坡口用刨边机加工,刨削坡口时,吃刀量及切削速度要适中,以防坡口表面产生撕裂的沟纹及明显刀痕。 7.3.3曲线形坡口用空气等离子切割机切割,必须将影响焊接质量的切割表面层清理干净,打磨平整。 7.3.4为严格限制氧化膜质点进入焊接区,必须严格清除焊丝表面,坡口表面及其两侧附近表面的油污和氧化膜。 7.3.4.1焊丝采用化学清洗(浸洗法)生产效率高,质量稳定,清洁工艺见7.3.4.l但对已经可靠表面处理并未被氧化或受污染的焊丝,不需要再进行清洗,可直接使用。化学清洗工艺表7.3.4.l工序除油洗碱冲洗中和光化冲洗干燥溶液温度()时间(min)溶液温度()时间(min)焊丝丙酮四氯化碳6-1
10、0%NaOH40-607流动清水30%HNO3室温1-3流动清水风干 7.3.4.2由于料仓工件尺寸较大,生产周期较长并且是多层焊,因此不适合化学清洗应采用机械清理。清理前先用丙酮或四氯化碳将坡口表面及其两侧各50mm范围内的油污擦拭干净,随后直接用电动的0.2mm的不锈钢丝轮将坡回表面及其两侧各20mm范围内打磨露出金属光泽为止。使用的不锈钢丝轮应每天进行脱脂处理。 7.3.5工件、焊丝清理后至焊接前的存放时间应尽量缩短,在气候潮湿的情况下,一般应在清理后4小时内施焊,在气候干燥的情况下也不准超过8小时,否则还需要重新处理。 7.3.5.l组对前应严格检查坡口,对影响焊接质量的局部凹凸不平进
11、行修理,发现夹层等缺陷立即报告技术部门处理。 7.3.5.2由于料仓主体壁厚不一致,从上而下壁厚逐节增加,因此组对时应做到内壁平齐,当料仓内部焊缝要求磨平抛光时其错边量(b)应符合下列规定: 纵焊缝:当壁厚8mm时,b0.5mm 当壁厚10-16mm时,b0.1,且b1.5mm 环焊缝:b0.15,且 b3mm 当料仓内部焊缝不要求磨平抛光时,仓体组对时也应做到内部齐平,其错边量(b)应符合下列规定: 纵焊缝:当壁厚8mm时,b0.7mm 当壁厚10-16mm时,b0.1,且b2mm 环焊缝: b=0.2,且b3.5mm 7.3.6为防止引弧处和收弧处的焊接缺陷,要求料仓主体纵焊缝的两端必须点
12、焊与母材同材质、同厚度、同坡口尺寸,100l00mm的引弧板和引出板。 7.4焊接工艺 7.4.1采用直流电源反接(焊丝接正极)以获得稳定的射流过渡及良好的氧化膜破碎效果。 7.4.2点焊焊缝应设在坡口反面,点固焊缝的长度为40-60mm,间距100-150mm。 7.4.3无特殊要求时焊前不进行预热。但实践证明在半自动熔化极氩弧焊条下,接头冷却条件对焊缝的气体含量有比较明显的影响,因此当厚度8mm时,为延缓接头冷却速度,以利气体溢出,减少焊缝气孔生成倾向,进行100-300预热是完全必要的。 7.4.4为减少焊接变形,焊接顺序为先焊纵缝,后焊环缝,先焊外侧后焊内侧,内侧焊前清根。每节料仓的纵
13、缝都分成300-400mm几个小段采用退焊法,每条环缝都分成八等分由2-4名焊工对称首尾追逐焊法施焊。 7.4.5正式焊接前,应在试板上调整好各项工艺参数,并确认无气孔后再进行正式焊接。 7.4.6在半自动熔化极氩弧焊条件下,为有效的防止焊丝氧化膜分解出来的氢向熔池侵入,应尽量采用大电流(超过临界电流值)以便获得稳定喷射过渡电弧过程,并增大熔池存在时间以利气泡溢出。但焊接电流必须小于能使焊缝起皱的临界电流,以保证稳定的焊接过程和焊接质量。 7.4.7焊接电流一定时,电弧电压应与焊接电流相匹配,以避免气孔、飞溅和咬边等缺陷。(当选用瑞典伊萨A10-500焊机时,该机具有一元化调节功能,只需调整电
14、弧电压,将自动选择合格的焊接电流,也就是说电弧电压与焊接电流始终相匹配)。 7.4.8焊丝伸出长度视焊丝直径而定,当焊丝d=1.6mm时伸出长度为12-14mm,当焊丝d=2-4mm时,伸出长度为16-2Omm可得到稳定的喷射过渡。焊丝伸出过长会导致电弧电压下降,熔敷金属过多,焊缝成型不良,熔深减小,电弧不稳定,焊丝长度伸出过短,电弧易烧导电咀,且金属飞溅易堵塞喷咀。 7.4.9氩气流量过大或过小皆会造成紊流。由于半自动熔化极氩弧焊对熔池保护要求较高,又处于现场施焊的条件下,因此喷咀孔径和氩气流量均要相应增大(见工参数表7.4.14)。 7.4.10操作方法采用右向焊法。从提高操作者的可见度考
15、虑,半自动氩弧焊焊枪的握持角度呈15-20度前倾斜角,如图7.4.10所示。 7.4.11多层焊时,为防止焊缝产生微裂纹倾向层间温度应不高于100,并应将坡口表面和层间的氧化膜清理干净,对影响下层焊接质量的过高焊肉和弧坑缺陷都要用角向磨光机除去。 7.4.12为防止环焊缝起弧处的焊接缺陷,起孤处的焊缝可重叠堆高,但应将过高部分磨去修整圆滑。 7.4.13对需要清根的双面焊缝应用电动角向磨光机清理焊根,清理焊根的深度hl/32(图7.4.13),清根坡口应为光滑圆弧,并用电动不锈钢丝轮除去残留的金刚砂微粒。 7.4.14半自动熔化极氩弧焊工艺参数见表7.4.14。 7.5焊接返修 7.5.l对焊
16、缝内部缺陷超过标准规定的焊缝必须进行焊接返修,返修工艺如下: 7.5.1.l以X射线底片为缺陷定位依据。7.5. 1.2用电动角向磨光机清除缺陷,磨削长度应比缺陷两端各长20mm以上;磨削深度应比缺陷深度增加l-2mm。 7.5.1.3焊接工艺基本同原焊接工艺,只是焊接电流要比原焊接电流大5-10%,焊后按要求进行探伤检验。 7.5.2同一部位的返修次数一般不应超过二次,对经二次返修仍不合格的焊缝,需要再进行返修,需经公司总工程师批准,应将返修次数、部位和无损探伤结果进入交工资料。 7.6焊接施工管理 7.6.l气象与焊接作业环境管理,无论气象条件如何,具体焊接作业环境必须符合施工规范有关规定
17、。 7.6.2焊丝的除油、化学清洗、领发及回收等均按技术规定执行,专人负责并有详细记录。 7.6.3随时进行焊接工艺参数测定与记录,发现有不符合要求的要立即调整和纠正。 7.6.4工艺纪律监督管理,设工艺纪律监督员,负责从焊丝除油、化学清洗、点固、焊缝层数、焊接电流、焊接速度、层间温度、焊缝成型、焊接检验及焊缝返修等的监督管理,以保证工艺文件及技术要求的贯彻执行。 7.6.5焊接技术人员施工前根据焊接工艺评定结果编制焊接工艺规程,根据工程技术要求制定焊工培训考试计划及机具,材料需用量计划,并负责解决施工中出现的焊接技术和质量问题收集、整理焊接施工技术资料。8质量标准、质量保证和质量检验 8.l
18、质量标准除本工法已有明确要求者外,应遵守SHJ513?90不锈钢、铝制料仓施工及验收规范和HGJ222-92铝及铝合金焊接技术规程的有关规定。 8.2质量保证 8.2.l铝镁合金料仓现场预制组焊依据目标管理和系统控制的原则建立质量保证体系,把影响产品质量的诸因素组成一个有机的整体,将施工验收规范技术规程和设计要求融会于质量的全部控制活动中,在施工全过程始终围绕产品质量目标开展工作,使料仓的质量,在施工的全过程始终处于受控状态,从而生产出高质量的产品。 8.2.2将铝镁合金料仓焊接施工的全过程按其内在联系分为焊接工艺评定和焊接工艺规程编制、焊前准备、施工和交工验收四个环节;分材料、设备、工艺、焊
19、接、外观检验、无损检测6个系统;设6个停检点,10 重要检查点,共16个控制点。 8.2.3对料仓现场制造质量保证体系的各机构、各系统、各控制点的负责人员的职、责、权及工作依据、工作程序、工作见证、信息反馈等各项控制活动,均有相应的管理制度。 8.3焊接检验 8.3.l焊缝外观检查,焊缝表面应成型良好,不允许存在裂纹、气孔、未熔合、过烧及熔合性飞溅等缺陷,焊缝余高、咬边、凹陷及错边量应控制在施工及验收规范、焊接规程所允许的范围内。8.3、2 X射线探伤8.3.2.l射线探伤在外观质量检查合格后进行。8.3.2.2射线探伤数量及部位按设计要求进行。 8.3.2.3射线照相底片的质量、底片评定顺序
20、、缺陷点数和长度的计算及焊缝质量的等级评定应符合HGJ222-92铝及铝合金焊接技术规程7.3的规定。9劳动组织及主要施工机具 由于料仓规格、数量、工程量、工期的不同,配备的劳动力和施工机具设备的数量也有所不同。现将14台料仓(55002300mm8台、500018600mm2台、400013000mml台、28505700mm3台)总重155t,工期 6个月的劳动力配备及主要机具设备分别列入表 9.l、9.2 劳动力配备表9.1工种人数铆工24起重工2氩弧焊工10等离子切割工1打磨工4机械工2探伤工2电工4吊车司机2气焊1车工1合计人数5310安全措施 料仓焊接除应严格执行炼油化工施工安全规
21、程(SHJ505?87)和注意防止一般事故(如触电、烫伤、高空坠落、火灾等)外,还应注意以下安全事项: 10.l铝镁合金焊接时能量较高,焊接过程中会产生大量的紫外线,因此焊工要穿白色帆布工作服,防止紫外线照射和飞溅烧伤,配合电焊工施工的铆工需要配戴深色目镜保护眼睛。 10.2为防止在料仓内施焊时产生的臭氧和氮化物对人体的伤害,在料仓人孔部位安装通风机以排除有害气体。10.3暑期施工对氩弧焊工实行防署降温保健,并定期检查身体。10.4在料仓内作业要按特殊作业环境进行保护,必须保证仓内外信息联络畅通。11.工程实例效益分析 1993年7-12月完成了北京燕化30万吨/年乙烯工程14台铝镁合金料仓的
22、制作任务,其规格、数量如下:55002300mm8台、500018600mm2台、400013000mml台、28505700mm3台。料仓所用板材厚度由 5- 16mm,法兰盘厚度 40-60mm,材质为LF2铝镁合金,总重155t,其中推广应用半自动熔化极氩弧焊的材料达135t。半自动熔化极氩弧焊采用了本工法。直接创造产值600万元,同手工钨极氩弧焊相比提高工效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为95%,、级焊缝占83%,创同类产品焊接质量最好水平。本工程半自动熔化极氩弧焊施工工艺荣获1993年局和中建总公司新技术推广奖。铝镁合金料仓施工主要机具一览表
23、序号机具名称规格型号单位数量主要用途1熔化极半自动氩弧焊机A10?500台6料仓焊接使用1.5?2.4焊丝2空气等离子切割机LGK?60台1切割16mm以下铝镁合金板3空气等离子切割机LGK?100台1切割60mm法兰4电动角向磨光机100 台15除氧化膜,清理焊道5剪板机19台1剪料6滚板机19台1滚圆7油压机325t台1冷压槽型及角型铝材8烘干箱RDL4?40台1烘干焊丝9塔吊8t台1现场预制10履带式起重机20t台1现场组装11汽车吊8t台1现场组装12X光探伤机台1焊缝探伤13空气压缩机0.7m3/min台1供等离子切割机用14刨边机L8M台1加工坡口15型钢调直机50t台1调直各种铝型材16电动焊接转胎20t台1焊接料仓环缝用17电动焊接转胎10t台4焊接料仓环缝用