铝镁合金材料的焊接技术.docVIP

制作：大船重工科技部情报室 日期：2004年12月15日 资料来源：《造船技术》2002.5. 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(FON500／2500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(3.85g／cm3)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SYNCROWAVE—350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GB50236—98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