空分鋁管道廠內(nèi)制作及缺陷應(yīng)對

張廣贊　孔汴麗　張洪昌　孫志云　石建民

（開封空分集團有限公司，河南　開封　475000）

空分鋁管道廠內(nèi)制作及缺陷應(yīng)對

張廣贊孔汴麗張洪昌孫志云石建民

（開封空分集團有限公司，河南開封475000）

為滿足鋁管道的特殊使用要求，確保管道的制造質(zhì)量。在制造過程中應(yīng)制定合理的工藝方案，減少并控制鋁管道制作的缺陷。基于此，闡述空分裝置中關(guān)鍵部件鋁合金制壓力管道的成形和焊接中的缺陷，簡述鋁合金管道制造中缺陷的有效應(yīng)對措施，保證焊縫質(zhì)量，提高焊接效率。

鋁合金管道；成形；焊接；缺陷

空分冷箱內(nèi)溫度最低可達-196℃，大部分設(shè)備為鋁制容器，這些鋁制容器采用鋁管道連接。鋁合金管道為承壓部件，需注意柔性和保冷，避免振動、低溫工況狀態(tài)下應(yīng)力較大等情況。為滿足鋁管道的特殊使用要求，確保管道的制造質(zhì)量。在制造過程中，應(yīng)制定合理的工藝方案，減少并控制鋁管道制作的缺陷。

1　鋁合金化學(xué)成分組成及材料特性

鋁鎂合金不僅兼具鋁極易氧化、較大的比熱容、較大的電導(dǎo)率、較大的熱導(dǎo)率、較大的線膨脹系數(shù)和無色澤變化等特點，而且還具備自己的良好特點，如良好的延性、焊接性和耐蝕性等。鋁制壓力管道常用材料為5052-H112、5083-H112，其化學(xué)成分見表1［1］。

2　鋁合金制壓力管道的成形及缺陷應(yīng)對

2.1坯料的確定

管道的彎轉(zhuǎn)過程是板材的彎曲塑性變形過程。在卷板過程中，板材產(chǎn)生的塑性變形沿板材厚度方向是變化的。其外圓周伸長，內(nèi)圓周縮短，中間層保持不變。所以，根據(jù)這一理論和大量實際經(jīng)驗，確定板材展開周長的計算公式：L展開長=∏×d中（∏取3.149 3，d為管道中徑）。以該坯料展開尺寸為管道的理論尺寸，并根據(jù)制造工藝確定合理的加工裕量，以確保管道成形后，管道的內(nèi)外徑直徑符合設(shè)計圖紙的要求［2］。寬度下料尺寸均為1 500mm。

2.2坡口及成形

廠內(nèi)制作的卷制鋁管道一般在DN200以上，坯料厚度δ為4、6、8、10mm。根據(jù)公司設(shè)備的特點，鋁合金材料的坡口加工采用機械方法。

根據(jù)卷板機的能力、板材的強度、板材的厚度及筒節(jié)直徑的大小，通常加工鋁合金管道選擇冷卷。冷卷具有形狀與尺寸準(zhǔn)確、操作方便、成本低，以及鋼板卷制時其表面質(zhì)量不受損傷等多方面優(yōu)點。

表1　鋁制壓力管道常用材料的化學(xué)成分

表2　鋁制縱焊縫焊接接頭對口錯邊量　mm

2.3成形中的缺陷及應(yīng)對

管道成形中易產(chǎn)生問題的情況有對縱焊縫焊接接頭的對口錯邊量、環(huán)向棱角。

2.3.1管道縱焊縫焊接接頭的對口錯邊。管道縱焊縫焊接接頭的對口錯邊，主要為接頭兩側(cè)的板材未能對齊，這屬于局部的外形突變會引起附加彎矩。卷圓質(zhì)量不高是產(chǎn)生錯邊的主要原因。在進行管道縱焊縫焊縫對接時，可以在管道上焊Г形鐵或門形鐵，打入斜鍥強迫坡口對齊后點焊固定。鋁制縱焊縫焊接接頭對口錯邊量見表2。

2.3.2環(huán)向棱角。因冷卻過程中焊縫金屬收縮不均勻而造成的局部形狀變化，形成的外凸或者內(nèi)凹，從而產(chǎn)生附加彎矩，出現(xiàn)圓筒體局部應(yīng)力。焊接棱角值不應(yīng)大于（δ/10+2）且不大于5mm（δ為板材厚度）。焊接接頭環(huán)向形成的棱角，可以對接頭進行焊后校圓，校圓在卷板機上進行，反復(fù)彎曲變形，以達到盡量減少棱角的效果。

3　鋁合金管道的焊接及缺陷應(yīng)對

焊接方法應(yīng)采用鎢極氬弧焊以及通過試驗可保證焊接質(zhì)量的其他焊接方法。雙面立焊提高了焊縫質(zhì)量，增加了工作效率。

3.1焊前準(zhǔn)備

待加工板材焊接坡口及其兩側(cè)各50mm處和焊絲應(yīng)用丙酮等有機溶劑去除油污及對焊接質(zhì)量有害的物質(zhì)，并用化學(xué)方法或機械方法去除表面氧化膜，避免強制組焊，以免焊接產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。

3.2焊接示意及特點

鋁制壓力管道的焊接采用手工雙人雙面鎢極氬弧焊，2臺焊機（性能相近，最好同型號，必須同相位）、2個焊工采用相近的焊接規(guī)范，在立焊位置，同時同步向上進行焊接。一般采用一個人加焊絲，一個人不加焊絲的方法（見圖1）。

為了保證同步，焊工必須彼此看清對方的電弧移動。另外，為了加強電弧的清潔作用和加強氣泡與氧化鋁的上浮逸出，往往采用比較大的間隙，一般大于4mm。

圖1　同時同步向上焊接法

由于正面加焊絲的原因，正面采用的焊接電流略大于背面的焊接電流，不同規(guī)格的鋁合金管道焊接規(guī)范詳見表3［3］。

雙人雙面立焊優(yōu)點：①生產(chǎn)率高，板厚≤12mm的不開坡口、不清焊根，一次焊成；②對稱焊接，工件變形小，焊縫質(zhì)量較好，成形較好；③熔池表面積大，有利于氣泡的逸出、氧化物夾雜等的上浮；④熱利用率高，焊接熱輸入少；⑤電弧清潔作用加強。

3.3鋁制壓力管道焊縫常見缺陷及防止方法

鋁制壓力管道焊縫常出現(xiàn)氣孔、未焊透、裂紋、夾鎢等焊接缺陷。

3.3.1氣孔。氣孔是最常見的缺陷。其產(chǎn)生原因是多方面的，如氬氣不純、母材與焊絲清除不徹底，焊接時氬氣保護層被破壞等。防止措施可選擇較純的氬氣，焊前仔細清理管道表面的油污、氧化膜等；焊接時選擇適當(dāng)?shù)碾娀￠L度，調(diào)整好焊速。

3.3.2未焊透。在焊縫中常出現(xiàn)未焊透缺陷，在底片上多位于焊縫中心，主要是由于焊接電流小，焊接速度快，焊槍角度不正確，接頭清理不良，兩焊工配合不佳、不同步，或不加焊絲，焊工向上移動太快。防止措施可采用合適的焊接規(guī)范及正確的操作方法，焊工培訓(xùn)練習(xí)，使其配合默契。

表3　雙人雙面立焊焊接規(guī)范

圖2　橫向裂紋

3.3.3裂紋。裂紋的形成有縱向和橫向，還有根部裂紋、弧坑裂紋等（見圖2）。在焊縫中橫向裂紋較多，對照實物可發(fā)現(xiàn)其多數(shù)為表面裂紋，且位于焊縫背面。產(chǎn)生原因是焊接時在此處停留時間過長，導(dǎo)致背面焊縫金屬在凝固收縮時被拉裂。這種缺陷有時在焊縫中心，有時也出現(xiàn)在熱影響區(qū)。在收弧處常常會呈現(xiàn)放射狀分布的弧坑裂紋，主要是由于焊接結(jié)束或中斷時收弧不當(dāng)所致。防止措施為減小焊接電流或適當(dāng)增加焊接速度；收弧操作技術(shù)要正確，加引出板或采用電流衰減裝置，填滿弧坑。

3.3.4夾鎢。夾鎢是由于鎢極強烈發(fā)熱，端部熔化、蒸發(fā)，或鎢極與工件、焊絲接觸碰撞，使鎢極微粒混入焊縫中的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因多為焊接參數(shù)選擇不合理，使端頭燒損、填充絲與鎢極發(fā)生接觸，鎢極伸出長度過長等。防止措施為操作時選用合適的焊接電流，勿使填充焊絲與鎢極接觸。

4　結(jié)語

通過制定采用較合理的制造工藝以及焊接方法和措施，從而控制成形及焊接中所產(chǎn)生的缺陷，控制缺陷的概率，有效地降低缺陷存在概率，提高管道的質(zhì)量，提高管道制造的效率，減輕勞動量。

［1］李世玉.壓力容器設(shè)計工程師培訓(xùn)教程［M］.北京：新華出版社，2005.

［2］GB 3190-2008.變形鋁及鋁合金化學(xué)成分［S］.

［3］JB/T4734-2002.鋁制焊接容器［S］.

Production and Defects of Air Separation Aluminum Pipe

Zhang GuangzanKong BianLiZhang HongchangSun ZhiyunShi Jianmin
（Kaifeng Air Separation Group Co.Ltd.，Kaifeng Henan 475000）

In order to meet the special requirements of the aluminum pipe，and ensure the quality of pipe manufacturing，we should make reasonable process plan to reduce and control the production of aluminum pipe defects in the manufacturing process.Based on this，this paper described the forming and welding defects of aluminum alloy pressure pipe of the key parts in the air separation plant，the effective measures for the defects in the manufacture of aluminum alloy pipes were described，to ensure weld quality and improve the welding efficiency.

aluminum alloy pipe；forming；welding；defect

TG441.7

A

1003-5168（2016）05-0077-03

2016-04-16

張廣贊（1987-），男，本科，助理工程師，研究方向：化工、空分設(shè)備的工藝研發(fā)。