大型空分装置冷箱内铝合金焊接施工技术探讨

张巨业

摘要：本文介绍了铝合金焊接技術的研究现状;其次又结合当代的焊接工艺技术，对冷箱内的铝合金焊接特点和主要难点进行详细的分析;最后对分馏塔和铝合金管道现场焊接施工工艺流程做出具体说明，希望通过以上的论述能够帮助同行提高冷箱焊接技术的管理水平。

关键词：空分装置冷箱;铝合金焊接;施工技术

引言

本文以我国某著名化工公司的空分装置（100000m3/h）为主要研究对象，该种内部装置结构运行效果良好，各系统的运行指标均能够达到国家规定的技术要求标准。其中，此种空分装置的冷箱主体为H63m*L19.5m*W16.5m的密封箱型内部结构，约长为6230m的铝合金管道依附于冷箱架构之中[1]，经过焊接人员的实际测量，得出焊接总量大概是40000寸径。通常情况下，当冷箱处于封闭状态，其内部的整体温度可以达到-199℃。为了防止冷箱运行时管道出现泄露的情况，设计人员应结合实际的铝合金焊接工艺技术，所有管道均采用焊接串联处理方式，进而延长焊接管道在冷箱内部的使用周期。

1.铝合金焊接技术的研究现状

1.1传统焊接技术

TI G焊、MIG焊、等离子弧焊等是铝合金传统焊接技术的主要组成部分，在科学技术水平不断提高的大时代背景下，这些焊接工艺流程经过工作人员的技术革新，已经构建了相对完善的焊接处理模式，在1998年，经过肯塔基大学的制造系统并联合美国国家科技基金资助的建设安排，初步研制了双焊枪TI G焊，该种焊接技术不用使用大量的焊丝，只需要简单操作就可以增加熔深;在2001年，芬兰内的某公司推出了一种新型的全数字化脉冲MIG焊接机，这种先进的焊接设备可以从一定程度上确保焊接过程中的送丝速度和脉冲频率有机协调配合，使得焊接工艺效果的质量得到明显提升。另外，美国航空航天管理部门深入分析了变极性，由此研制成功了以变极性为主要模式的等离子弧焊工艺处理技术和相关焊接处理设备，从而为厚板铝合金重要零部件的焊接工艺处理创造了诸多有利条件。

1.2氩电联焊

（1）焊接材料：采用厂家提供的SAIMg4Mn焊丝（相当于美国牌号ER5183），钨极为铈钨极。

（2）氩气的选择：氩气不纯、杂质多，一方面增加了电弧气氛中氢的含量，同时也降低了电弧的阴极雾化作用，影响焊接的正常进行，因此现场使用的氩气一般为高纯氩，纯度均在99.999%以上。

（3）焊前应将坡口表面和两侧10mm范围内的有害杂质清除干净。且不得有裂纹、等缺陷;

（4）预制焊件放置稳固后，检查焊接线是否接触良好，并严禁有打弧现象，不能在焊道母材上引弧，引弧需在引弧板上;

（5）焊接前需预热，壁厚>5mm的预热到100-150℃;

（6）焊接坡口选择的基本原则：便于焊透，以确保焊接质量;减少劳动强度及焊接工作量;提高劳动生产率，降低成本;工艺可行;便于实施必要的检查、检测。

（7）铝制管道在焊接位置许可的条件下，应优先考虑采用双人双面同时立焊。

2.冷箱内的铝合金焊接特点和主要难点分析

2.1冷箱内铝合金焊接工作量大

上述石化公司所安设的大型空分冷箱（48000m3/h）中的工艺管道、基础设备零件和其他工艺流程都相对复杂，在安装过程中，对精确性要求较高。一般情况下，LF2、LF4是铝合金管道的主要材质，由于焊接工作量相对较大，加之冷箱内依附的铝合金管道长达6230m，最大管径DN900mm，最小管径为DN10mm，且现场焊接工作量可达40000寸径，这里的大型冷箱高达63m，里面含有3台铝合金设备需要进行现场焊接组对处理，3段组焊现场组成了相应的冷箱分馏塔，焊接难度相对较大。

2.2对焊接变形控制严格

碳素钢和低合金的膨胀系数仅仅为铝及铝合金膨胀系数的一半，由此可以得出，铝合金等材料在凝固后体积收缩率相对较大，当进行铝合金焊缝接熔过程中经常会出现较高的内应力、热裂纹以及锁孔现象，此时就需要采用独特的预防焊接变形制度进行综合处理。首先，要保证冷箱内管道安装和内分馏设备的垂直度要相对较高，可以通过双面焊接的方式来降低对分馏塔的实际影响，进而符合整体的焊接技术要求。

3.分馏塔和铝合金管道现场焊接施工

3.1分馏塔组对的现场焊接控制

在冷箱内部含有3台铝制处理设备需要进行现场组对处理。其中，现场组对道口是在分馏塔内进行的，根据焊接技术要求和铝合金材料的使用特性，在所有现场组对的四道焊口中只有分馏塔和上塔下段的焊口应采用射线探伤检测技术，设定合格等级为III级，其余焊口采用PT检测即可。

针对分馏塔和上塔下段的主冷却器部分，首先焊接人员可以使用刀片式的收割机去除盲板，采用机械处理技术来清除焊接口的杂物，并进行打坡口处理，与此同时，进行组对定位焊接操作，在焊接定位操作时应确保板边错边且塔体呈现垂直特点。值得注意的是，在雨雪等恶劣天气环境下及湿度为82%的施工环境下不能进行焊接处理;其次，焊接过程中应保持冷箱温度在6℃左右，在采用定位焊处理以及预热操作后，根据焊接变形的程度来调整垂直效果以及相应的水平度。

3.2铝合金管道的焊接施工

首先，针对铝合金管道的组对处理，应确保空分装置内的管道空间紧密结合，在管道施工处理阶段，应将采购好的管道在冷箱内依次组装。另外，在施工设计之前，应制定完整的管道平、里面单线绘制图，还可以通过建立模型的方式来改善管道预制的深度、质量和速度;其次，由于铝合金的材质相对较软，应将电位标准值设定在1.67v左右，并铺设一层4.2mm的橡胶垫，有效避免电位腐蚀现象的的发生;最后，将碳钢、不锈钢应和铝合金管道相隔离，安装人员应坚持“先大管，后小管;先下部，后上部;先主管，后辅管;先预制，后配置”的原则妥善进行处理，在保证加热管与低温管、液体容器壁面距离不小于303 mm的同时，利用不锈钢丝刷、铝制水平尺、木榔头、尼龙绳等材料辅以铝合金管道制作和安装。当进行管道吊装时，应采用相应的防护手段来保护管道表面受损[2]，例如可以用索具外套橡皮管、索具间用支撑撑开等方法进行结构支护。还要重点提出的是，铝合金管坡口加工应使用机械加工处理方法，对于那些厚壁不同的管道应有140的过渡段。

结束语：

总而言之，大型空分装置冷箱内铝合金焊接施工技术还存在许多设计和施工漏洞，相关制造企业的管理人员应积极学习国内外先进的焊接处理技术，在应用和实践中不断拓展焊接操作途径，进而提升大型空分装置冷箱的整体质量，促进社会的可持续发展。

参考文献：

[1]林闽南，侯斌强. 探讨空分装置主冷箱整体吊装技术[J]. 工程机械与维修， 2020， No.295（S1）：139-143.

[2]铝合金焊接技术研究现状及进展[J]. 装备维修技术， 2020， No.175（01）：138-139.

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