大型空分裝置冷箱內鋁合金焊接施工技術探討

張巨業

摘要：本文介紹了鋁合金焊接技術的研究現狀;其次又結合當代的焊接工藝技術，對冷箱內的鋁合金焊接特點和主要難點進行詳細的分析;最后對分餾塔和鋁合金管道現場焊接施工工藝流程做出具體說明，希望通過以上的論述能夠幫助同行提高冷箱焊接技術的管理水平。

關鍵詞：空分裝置冷箱;鋁合金焊接;施工技術

引言

本文以我國某著名化工公司的空分裝置（100000m3/h）為主要研究對象，該種內部裝置結構運行效果良好，各系統的運行指標均能夠達到國家規定的技術要求標準。其中，此種空分裝置的冷箱主體為H63m*L19.5m*W16.5m的密封箱型內部結構，約長為6230m的鋁合金管道依附于冷箱架構之中[1]，經過焊接人員的實際測量，得出焊接總量大概是40000寸徑。通常情況下，當冷箱處于封閉狀態，其內部的整體溫度可以達到-199℃。為了防止冷箱運行時管道出現泄露的情況，設計人員應結合實際的鋁合金焊接工藝技術，所有管道均采用焊接串聯處理方式，進而延長焊接管道在冷箱內部的使用周期。

1.鋁合金焊接技術的研究現狀

1.1傳統焊接技術

TI G焊、MIG焊、等離子弧焊等是鋁合金傳統焊接技術的主要組成部分，在科學技術水平不斷提高的大時代背景下，這些焊接工藝流程經過工作人員的技術革新，已經構建了相對完善的焊接處理模式，在1998年，經過肯塔基大學的制造系統并聯合美國國家科技基金資助的建設安排，初步研制了雙焊槍TI G焊，該種焊接技術不用使用大量的焊絲，只需要簡單操作就可以增加熔深;在2001年，芬蘭內的某公司推出了一種新型的全數字化脈沖MIG焊接機，這種先進的焊接設備可以從一定程度上確保焊接過程中的送絲速度和脈沖頻率有機協調配合，使得焊接工藝效果的質量得到明顯提升。另外，美國航空航天管理部門深入分析了變極性，由此研制成功了以變極性為主要模式的等離子弧焊工藝處理技術和相關焊接處理設備，從而為厚板鋁合金重要零部件的焊接工藝處理創造了諸多有利條件。

1.2氬電聯焊

（1）焊接材料：采用廠家提供的SAIMg4Mn焊絲（相當于美國牌號ER5183），鎢極為鈰鎢極。

（2）氬氣的選擇：氬氣不純、雜質多，一方面增加了電弧氣氛中氫的含量，同時也降低了電弧的陰極霧化作用，影響焊接的正常進行，因此現場使用的氬氣一般為高純氬，純度均在99.999%以上。

（3）焊前應將坡口表面和兩側10mm范圍內的有害雜質清除干凈。且不得有裂紋、等缺陷;

（4）預制焊件放置穩固后，檢查焊接線是否接觸良好，并嚴禁有打弧現象，不能在焊道母材上引弧，引弧需在引弧板上;

（5）焊接前需預熱，壁厚>5mm的預熱到100-150℃;

（6）焊接坡口選擇的基本原則：便于焊透，以確保焊接質量;減少勞動強度及焊接工作量;提高勞動生產率，降低成本;工藝可行;便于實施必要的檢查、檢測。

（7）鋁制管道在焊接位置許可的條件下，應優先考慮采用雙人雙面同時立焊。

2.冷箱內的鋁合金焊接特點和主要難點分析

2.1冷箱內鋁合金焊接工作量大

上述石化公司所安設的大型空分冷箱（48000m3/h）中的工藝管道、基礎設備零件和其他工藝流程都相對復雜，在安裝過程中，對精確性要求較高。一般情況下，LF2、LF4是鋁合金管道的主要材質，由于焊接工作量相對較大，加之冷箱內依附的鋁合金管道長達6230m，最大管徑DN900mm，最小管徑為DN10mm，且現場焊接工作量可達40000寸徑，這里的大型冷箱高達63m，里面含有3臺鋁合金設備需要進行現場焊接組對處理，3段組焊現場組成了相應的冷箱分餾塔，焊接難度相對較大。

2.2對焊接變形控制嚴格

碳素鋼和低合金的膨脹系數僅僅為鋁及鋁合金膨脹系數的一半，由此可以得出，鋁合金等材料在凝固后體積收縮率相對較大，當進行鋁合金焊縫接熔過程中經常會出現較高的內應力、熱裂紋以及鎖孔現象，此時就需要采用獨特的預防焊接變形制度進行綜合處理。首先，要保證冷箱內管道安裝和內分餾設備的垂直度要相對較高，可以通過雙面焊接的方式來降低對分餾塔的實際影響，進而符合整體的焊接技術要求。

3.分餾塔和鋁合金管道現場焊接施工

3.1分餾塔組對的現場焊接控制

在冷箱內部含有3臺鋁制處理設備需要進行現場組對處理。其中，現場組對道口是在分餾塔內進行的，根據焊接技術要求和鋁合金材料的使用特性，在所有現場組對的四道焊口中只有分餾塔和上塔下段的焊口應采用射線探傷檢測技術，設定合格等級為III級，其余焊口采用PT檢測即可。

針對分餾塔和上塔下段的主冷卻器部分，首先焊接人員可以使用刀片式的收割機去除盲板，采用機械處理技術來清除焊接口的雜物，并進行打坡口處理，與此同時，進行組對定位焊接操作，在焊接定位操作時應確保板邊錯邊且塔體呈現垂直特點。值得注意的是，在雨雪等惡劣天氣環境下及濕度為82%的施工環境下不能進行焊接處理;其次，焊接過程中應保持冷箱溫度在6℃左右，在采用定位焊處理以及預熱操作后，根據焊接變形的程度來調整垂直效果以及相應的水平度。

3.2鋁合金管道的焊接施工

首先，針對鋁合金管道的組對處理，應確?？辗盅b置內的管道空間緊密結合，在管道施工處理階段，應將采購好的管道在冷箱內依次組裝。另外，在施工設計之前，應制定完整的管道平、里面單線繪制圖，還可以通過建立模型的方式來改善管道預制的深度、質量和速度;其次，由于鋁合金的材質相對較軟，應將電位標準值設定在1.67v左右，并鋪設一層4.2mm的橡膠墊，有效避免電位腐蝕現象的的發生;最后，將碳鋼、不銹鋼應和鋁合金管道相隔離，安裝人員應堅持“先大管，后小管;先下部，后上部;先主管，后輔管;先預制，后配置”的原則妥善進行處理，在保證加熱管與低溫管、液體容器壁面距離不小于303 mm的同時，利用不銹鋼絲刷、鋁制水平尺、木榔頭、尼龍繩等材料輔以鋁合金管道制作和安裝。當進行管道吊裝時，應采用相應的防護手段來保護管道表面受損[2]，例如可以用索具外套橡皮管、索具間用支撐撐開等方法進行結構支護。還要重點提出的是，鋁合金管坡口加工應使用機械加工處理方法，對于那些厚壁不同的管道應有140的過渡段。

結束語：

總而言之，大型空分裝置冷箱內鋁合金焊接施工技術還存在許多設計和施工漏洞，相關制造企業的管理人員應積極學習國內外先進的焊接處理技術，在應用和實踐中不斷拓展焊接操作途徑，進而提升大型空分裝置冷箱的整體質量，促進社會的可持續發展。

參考文獻：

[1]林閩南，侯斌強. 探討空分裝置主冷箱整體吊裝技術[J]. 工程機械與維修， 2020， No.295（S1）：139-143.

[2]鋁合金焊接技術研究現狀及進展[J]. 裝備維修技術， 2020， No.175（01）：138-139.

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