铝镁合金材料的焊接技术.doc

铝镁合金材料的焊接技术 提 要 本文从分析LF2铝镁合金的可焊性出发，分别对LF2铝合金管材和板材的焊接接头进行了工艺评定试验，摸索了LF2材料焊接工艺参数，找到了焊接质量控制要点。1 前言 我公司在氮气站改建工程中，新增了一台分馏塔(FON5002500型)。由于该分馏塔工艺管线为铝镁合金(LF2牌)，我公司以前没有焊接过这种材料，因而将痰项目委外加工。但外单位在该分馏塔施工中，所焊铝镁合金导压管(914×2.5)，气密试验漏点较多，虽然多次返修，也没有达到满意的效果。为了解决LF2铝镁合金的焊接技术问题，我们从分析LF2铝镁合金的可焊性出发，对其管材进行了焊接工艺评定试验，并在反复试焊的基础上，摸索了LF2管材的焊接工艺参数，且找出了焊接质量控制要点。2 LF2焊接性分析LF2材料的化学成分、力学性能、物理性能分别见表l、表2和表3。 从表1、表2、表3所列数据可以看出，LF2铝合金材料在焊接过程中会产生一系列的困难和特点，具体表现如下。 (1)强的氧化能力。铝和镁与氧的化学亲和力很强，工件和焊丝表面易生成薄薄的一层致密氧化膜A12O3。由于A12O3膜的电导率极小而影响电弧燃烧。当氧化膜较厚时，严重阻碍铝的熔合。另外，因为A12O3的熔点高达2 050，远远超过LF2铝合金的熔点，而其密度(3.85gcm3)比LF2的密度大得多，在焊接过程中氧化膜会阻碍金属之间的结合，往往造成未熔合和夹杂。此外，氧化膜中含有一定数量的结晶水和吸附水，这又是气孔产生的根源。因此，为保证焊接质量，焊前必须严格清理工件和焊丝表面的氧化物，并防止在焊接过程中再氧化。对熔化金属和处于高温下的金属进行有效的保护，这是LF2材料焊接的一个重要特点。 (2)较大的热导系数和比热容。LF2铝合金的热导系数、比热容等都很大，使得施焊时尽管其熔点比钢低得多，但仍需使用大功率的电源，施焊的线能量也比焊钢要大，有时焊前还需预热。 (3)热裂纹倾向大。LF2铝合金的热膨胀系数比钢约大一倍，焊接产生的热应力较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。 (4)容易产生气孔。铝及铝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。弧柱气氛中的水分，焊丝和工件表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝气孔中氢的主要来源。因此，焊接前必须严格清理，并合理选择焊接工艺，以防止氢气孔的产生。 (5)无色泽变化。LF2材料从固态变成液态时，无明显的颜色变化，因此在焊接过程中给操笋者带来不少困难。3 焊接工艺3.1 焊接方法及设备选择 (1)焊接方法。LF2材料的焊接，为了保证施工质量，并结合本单位实际情况，选择手工钨极氩弧焊。主要是因为氩是惰性气体，它不溶于铝又不受大气污染，因此焊接质量较高。另外，氩弧焊焊铝有一种阴极净化作用，它能有效地清除铝材表面的氧化膜。 (2)焊接电源。为了发挥钨极氩弧焊焊LF2材料的阴极净化作用，电源一般不用直流，因为用直流只有反接(即工件为阴极)，这样大部分的热量集中在钨极上，易造成钨极端部熔化，使施焊难于进行。用交流电源，极性交替变化，从而具有了直流正、反接的两个特点，因此选用交流电源。 (3)焊接设备。从焊接方法、焊接电源及工件厚度等方面考虑，设备选用SYNCROWAVE350型手工钨极氩弧焊机。 3.2 焊接材料 (1)焊丝。根据工件的化学成分、力学性能及使用条件，同时考虑到施焊过程中合金元素镁的烧损，故选用含镁量比母材高的丝33l(SAlMg5)焊丝，其化学成分见表4。 (2)保护气体。为了尽可能减少气孔的产生，氩气纯度不得低于99.96。 (3)钨极。为了减少钨极烧损和焊缝夹钨，选用铈钨极。3.3 坡口型式 由于工件较薄，采用T形坡口。4 焊接工艺评定试验 根据GB5023698中“焊接工艺评定”的要求，对管状试件(?55X 2。5)进行了焊接工艺评定试验和焊缝返修性能试验。4.1 管状试件焊接工艺评定试验(1)焊接工艺参数见表5。(2)试件质量检验结果见表6。 (3)试验结果分析。从表6可以看出，两组试件按上述焊接工艺施焊后，其焊接接头经检验评定均合格，这说明LF2材料可焊性较好。4.2 管状试件焊缝返修性能试验 考虑到铝镁合金焊接返修的问题，为了检验焊缝返修对焊接接头的性能有何影响，分别对3组(每组2件)试件，进行了返修一次、二次、三次的焊接性能试验。 (1)焊接工艺参数与表5相同。 (2)试验结果见表7。由表7可见，由于受焊接热循环的影响，铝镁合金焊接接头分为过热区和再结晶区，过热区晶粒粗大从而使焊接接头塑性下降，再结晶区由于发生了两次结晶而使焊接接头强度下降。 从表6、表7试验结果可以看出，焊缝未经返修，焊接接头强度的平均值为212MPa，弯曲试验均合格，而焊缝经过一次、二次、三次返修后，焊接接头强度的平均值分别为192MPa、190MPa、167MP，并且弯曲试验均有一个试样不合格。这说明，多次焊接热循环即焊缝返修，对焊接接头的强度、塑性有不同程度的降低，使焊接接头的强度明显降低。5 焊接质量控制措施 在正式焊接工艺评定试验前，通过大量试焊、外检、拍片检查，发现焊接LF2材料最易产生气孔、未熔合和夹钨缺陷，为了避免这些缺陷的产生，应采取以下焊接质量控制措施。 (1)焊前氧化铝薄膜的清除工作应特别仔细，即使是当天化学清洗过的工件或焊丝，在施焊前也必须用不锈钢钢丝刷或锉刀；重新对坡口表面及焊丝表面清理一遍，否则易产生未熔合或气孔。 (2)焊接使用的铈钨棒，其顶端宜磨成如图l那样的形状，而不宜磨成像图2那样的形状，并且在正式施焊前，必须在工件以外，远离焊接坡口处引弧，待钨棒灼红后，再在工件上正式引弧焊接，即采用热电极引弧，否则易造成焊缝夹钨。 (3)在施焊过程中，焊丝移出熔池时不可脱离气体保护区，送入时不可接触钨极或直接触及熔池，否则易产生夹杂、夹钨缺陷。 (4)焊接接头处，除采用热电极引弧外，正式引弧点应重合原焊道1015mm，否则易在接头处产生未熔合。 (5)在保证焊缝熔透和熔合良好的情况下，尽量采用大电流，快速施焊，否则易产生氢气孔。6 结论 (1)采用交流钨极氩弧焊方法焊接LF2铝合金材料，选用合适的焊接工艺，其焊接接头完全能满足有关标准规范的要求。 (2)虽然铝镁合金焊接操作难度较大，但是通过采取一些行之有效的焊接质量控制措施后，可有效地防止气孔、未熔合等缺陷的产生，从而大大提高焊缝质量。 (3)焊缝返修，焊接接头的强度、塑性均有不同程度的降低，多次返修使焊接接头的强度明显降低。因此，在实际施焊中，应尽量避免多次返修。