铝镁合金管焊接技术及缺陷防治措施

曾乐樵

(湖南省工业设备安装有限公司,湖南长沙 410008)

铝镁合金管焊接技术及缺陷防治措施

曾乐樵

(湖南省工业设备安装有限公司,湖南长沙 410008)

铝镁合金是当代工业化工程使用的新兴材料之一,其耐腐蚀、导热性能和强度均有突出的表现,能满足多种高度集成化、轻薄化、微型化等要求,同时也用于大型工程铝镁合金管道。由于铝镁合金多采用焊接工艺连接而成,在实际操作过程当中对焊接质量的要求颇为严格。本文就铝镁合金管焊接技术作出了相应的探讨,旨在抛砖引玉以求金言。

铝镁合金管 焊接技术 缺陷防治措施

随着国民经济和新材料科技的发展，各种新型材料广泛使用，其中铝镁合金因其独特的耐腐蚀、低温强度高、质轻、持久耐用等性能，受到了越来越多工业应用上的关注，尤其是在石油化工和低温工程的应用上备受青睐，广泛应用于管道制作和其他强度高、耐腐蚀工业制造的需要。但由于铝镁合金质坚量轻却壁薄，的特点，因而使得在其焊接时容易出现气孔，给工程质量带来一定的影响。如何在满足铝镁合金材料使用的前提下，消除焊缝中的气孔是铝镁合金焊接工艺质量前提保证，也是我们在日常工作中需要正视的问题。

1 气孔形成及其主要因素

1.1 气孔形成

气孔从本质上来说，是由于焊接时在熔池凝固形成过程当中，尚有部分未来得及逃逸的气体残留在焊接金属之中，在一般情况下，气体可能是空气、一氧化碳、氢气和氮气等等；铝镁合金主要成分是铝掺入少量的镁而制作出来的材料，加入镁是为了保证铝美合金的硬度，其中不含碳，因而没有一氧化碳的形成；同时氮气与铝及其合金不能相溶，故也没有氮气气孔形成的可能。我们常说的铝美合金焊缝的气体就是氢气孔。探究氢气孔的来源，我们可以发现大多数是水分解而来，其中空气中的水分、焊接材料以及母材表面氧化膜吸附的水分等，都是有可能造成氢气孔形成的原因，因而在实际过程当中水的因素可以间接的理解为气孔形成的因素。

1.2 影响气孔形成的主要因素

1.2.1 材料特性

从化学性能上分析，一方面氢在高温时能大量的溶解于液态铝之中，一旦温度下降溶解量减少，导致在铝镁合金焊接完成以后，有大量的氢气析出；由于熔池快速凝固，致使部分氢气或者其他混合气体来不及逃逸而形成了大量的气泡。另一方面铝镁合金散热性好、密度低对气体的析出产生制约；加上在焊接高温下，铝镁合金和空气发生化学反应，生成氧化镁和三氧化二铝覆盖于焊接体表面，其中氧化镁吸水性很强，这也是气泡产生的主要原因之一。即使用TIG焊也不能有效地去除其水分，因而使得铝镁合金焊接气孔在所难免，这在实际的操作当中，应该引起重视。

图1 V 型坡口焊接示意

图2 多层焊焊接示意

1.2.2 氩气的流量与纯度

从操作上看，氩气的流量是影响熔池保护效果的一个非常重要参数；如果氩气的流量较小，冲击焊接环境中空气较少，相对保护熔池能力较差；氩气的流量大，一方面造成生产成本加大，另一方面有可能使得强气流在熔池周围停留时间过短，造成大量空气的介入，造成保护区失去保护的意义，更易使得焊缝产生气孔。氩气的纯度也是主宰焊接质量的一个重要因素，纯度低，意味着杂质多，也就增加了弧柱气氛中氢的含量， 从而降低阴极雾化效果，这也是不利的因素。在实际焊接工艺当中，由于操作人员知识的有限，不懂得其实际性的理论和知识，对氩气流量与纯度的影响产生忽略，造成焊接质量的缺失，这是我们要防范的。

1.2.3 焊接工艺

焊接工艺讲究步骤和流程的合理性，其中包括坡口准备、组对方式等等，以及焊接工艺参数的正确性；如果坡口位置不对或是焊件组对存在缝隙，很容易造成空气的涌入。焊接参数要调整和变化，也对气体逸出和溶入熔池产生相当大的影响。焊接速度过慢，无疑使得氢气的容量较大，造成氢气气孔的产生。焊接速度过快，容易在工程质量上不能得到保证。在实际过程当中，操作人员应该通过不断的实践来摸索铝镁合金焊接经验，通常情况下我们可以发现，用较快的焊接速度加上较大的焊接电流可以有效的阻止气孔的产生。

1.2.4 焊接操作技术

焊接操作技术无疑也是保证铝镁合金焊接质量的保证之一；由于现代工程具有较为复杂的操作环境，因此对焊接操作人员提出了较高的要求，焊接操作技术与理论知识和实际操作经验密切相关，这是内在的要求；而外部空间的局限有可能会造成实施焊接操作时不当或者难度加大，焊接枪口与工作表面不能保持正确的角度，角度大小的变化有可能使得氩气挺度不足，造成缺陷。钨极伸出长度过长、电弧过长或不稳等，都有可能使得焊缝产生气孔，造成焊缝质量得不到有效的保障。这就需要焊接操作者需要运用理论知识和经验来进行分析和探讨；一般来说在约束环境下，水平管仰焊接头部位可采用交叉接头法，有利于焊缝质量的保证，避免气孔的产生。

1.2.5 其它影响因素

焊缝质量受到众多因素的影响，除我们阐述的材料特性、氩气的流量与纯度、焊接工艺、焊接操作技术原因之外，还有环境温差、湿度的变化以及工具保养、焊丝产品质量都是影响操作质量结果的重要方面，在实际操作之前或之中，要保持常态戒备状态、加强质量保证意识，维护铝镁合金焊接的工程的完美质量结果。

2 铝镁合金管焊接技术例举

工程：10000Nm3/h制氧工程冷箱内铝镁合金管道；材质：AlMg4.5Mn；材质规格：a616mm×8mm～a150mm×4mm等；焊接数据：管壁厚6mm，间隙：4～6mm；焊接层数：2层3道。

2.1 焊前准备

2.1.1 坡口加工及焊件清理

如图1所示：坡口采用机械加工而成，为了方便焊接一般采用V形坡口，。焊件坡口周围需要进行清洗工作，在焊接操作范围内一般采用钢丝刷焊件表面的污垢和氧化膜，必要的时候采用丙酮清洗，直至污垢和氧化膜消除，为焊接创造良好的外部环境。焊丝通常采用丙酮预先清洁，后用氢氧化钠溶液进行清洗，再用清水漂洗；工序完成后再用硝酸(浓度为25%～30%)进行钝化处理，最后用热水清洗干燥后放入烘箱。

2.1.2 焊接组对与定位焊

焊接组对看似简单学问很深；组对时可参照焊接工艺参数：操作：手工钨极氩弧焊方法；钨极直径：3.0～4.0mm；钨极伸出长度：3.0～4.0mm；焊丝直径：3～4mm；喷嘴直径：14mm；氩气流量10～12L/min来进行。组对时先将衬环与左端管段的内外壁进行定位点固焊，然后将右端管子套入衬环点固焊。

2.1.3 焊接预热

焊接预热是正式施焊前必须要准备的工作之一；一般方式采用气焊枪加热，火焰温度不宜太高。

2.2 焊接工艺规范

在实际操作当中，我们发现选用较大的焊接电流和较高的焊接速度能有效的保证铝镁合金焊接的工艺性，实际操作采用电弧电压在22～28V，焊接电流控制在210～240/A；多层焊采用循序渐进的方法逐层填充，而不是一次性填满。具体操作可采用先焊管的一端，而后再焊另一端的角焊缝，最后采用中间填充。应当注意的是焊层间需要及时的清扫，防止残渣的余留。（如图2）。

2.2.1 操作要点

操作要求一是要有进行堆焊试验，条件具备时在正式开始；二是引弧操作需要先进行稳定前的尝试引弧操作；三是焊丝送进时角度的选择，一般与焊缝表面的夹角为15度左右，使焊丝端部始终处于氩气保护中；四是针对钨极触及焊丝或熔池的现象，应该操作停止，进行清理后再次实施。

2.2.2 其他相关要求

一是环境相对湿度要控制在80%左右，若是在恶劣天气下或者大风天气，应该注意氩气的保护；二是氩气纯度要保证，注意气瓶内压的高低，若太低应停止使用。

3 结语

手工钨极氩弧焊焊接铝镁合金管道，气孔的形成与多种因素有关，需要及时在工作中查漏补缺，从焊接工艺、操作、内外部环境上进行分析和探讨，找到影响气孔形成的原因，并对症下药。对施工操作人员应该加强理论知识和实践经验的双重结合，提高安全生产意识和保证焊接施工质量。

[1]秦志锋.铝镁合金焊接缺陷的分析探究[J].宁夏机械,2008(04).

[2]沈晓来.铝镁合金管道现场焊接气孔产生原因及防止措施[J].水利电力机械,2002(06).