河北石家庄RZC-2铸铁焊丝

铝及铝合金的理化性能及焊接特点
1 易氧化
铝和氧的亲和力很强。在常温下，铝表面就能被氧化成厚度约0.1～0.2 m致密的AL2O3薄膜。虽然这层氧化铝薄膜比较致密，能防止金属的继续氧化，对自然防腐有利，但它给焊接带来了困难，这是由于氧化铝的熔点(2050℃)远远超过了铝的熔点(600℃左右)，比重约为铝的1.4倍。在焊接过程中，会阻碍金属之间的熔合，易形成夹渣，而且氧化铝薄膜还吸附了较多的水份，焊接时会促使焊缝生成气孔。
2 较大的导热系数和比热容
铝的导热系数约为钢的四倍，因此，焊接铝材管时，比钢管焊接要消耗更多的热量，为得到的焊接接头，必需采用能量集中，功率大的热源。
3 易形成氢气孔
铝及铝合金的焊接气孔主要氢气孔。铝在液态时能大量吸收和溶解氢，在熔融状态下溶解度为0.0069ml/g，而在高温凝固状态下为0.00036 ml/g，前后相差近20倍。铝的导热系数很大，在相同的焊接工艺条件下，其冷却速度为钢的4～7倍，使金属结晶加快，焊接熔池在快速冷却过程中，氢的溶解度急剧下降，此时析出大量过饱和气体，氢气来不及析出在焊缝金属中形成气孔。因此，在焊接铝材时，焊缝产生气孔的倾向很大。

5A02 飞机油箱与导管，焊丝，铆钉，船舶结构件。
5A03 中等强度焊接结构，冷冲压零件，焊接容器，焊丝，可用来代替5A02合金。
5A05 焊接结构件，飞机蒙皮骨架。
5A06 焊接结构，冷模锻零件，焊拉容器受力零件，飞机蒙皮骨部件。
5A12 焊接结构件，甲板。

焊接工艺
1焊接材料的选择
焊丝原则上选择与母材成分相同的铝及铝合金焊丝或板条。氩气纯度＞99.95%，尽量选用大直径焊丝。在Al-Mg系铝合金的弧焊中，通常都是推荐使用CB-AMr2、CB-AMr3、CB-AMr6、CB- AMr61、CB-AMr63、1557、1577焊条，对Al-Cu系铝合金则推荐用01201和01217。
2 组对与点固焊
由于铝及铝合金管导热快、熔池结晶快，所以.组对时不留间隙、钝边，应避免强制进行，以减少焊接后产生较大的残余应力，定位焊缝长度10-15mm为易。定位焊位置在管的7点、9点、12点处。定位焊焊缝常做为正式焊缝保留，因此发现问题应及时处理。焊前对定位焊表面黑粉、氧化膜进行清除，并将两端修成缓坡型。焊件不需要预热.焊前在试板上试焊，当确认无气孔后再进行正式焊接。采用高频引弧，起弧点应越过中心线20mm左右，并停留不动约2-3秒。然后在焊透的情况下，采用大电流、快速焊。焊丝不摆动，焊丝端部不应离开氩气保护区。如离开氩气保护区.焊丝端部应剪掉。焊丝与焊缝表面的夹角宜在15O右。焊枪与焊缝表面的夹角宜保持在80O～90O之间。为氩气保护区和增强保护效果，可采用大直径焊枪瓷嘴，加大焊枪氩气流量。当喷嘴上有明显阻碍氩气气流流通的飞溅物附着时。将飞溅物清除或更换喷嘴。当钨极端部出现污染，形状不规则等现象时.修整或更换。钨极不宜伸出喷嘴外。焊接温度的控制主要是焊接速度和焊接电流大小的控制。试验结果表明，大电流、快速焊能有效防止气孔的产生。这主要是由于在焊接过程中以较快速度焊透焊缝，熔化金属受热时间短，吸收气体的机会少。收弧时，注意填满弧坑,缩小溶池,避免产生缩孔,终点的结合处应焊过20~30mm。停弧后，要延迟停气6秒。可旋转的铝及铝合金管对接平焊时.焊炬应处于稍带上坡焊位置。这样有利于焊透。厚壁管子底层焊时。可不填加焊丝。但以后的焊层需加焊丝。

容器规范采用的铝及铝合金 要求制造容器的材料具有良好的成形性和焊接性，JB/T4734-2002《铝制焊接容器》中采用的铝及铝合金有：
产业纯铝 1A85、1050A、1060和1200。
Al-Cu合金 2014。
Al-Mn合金 3003和3004。
Al-Mg合金 5A02、5A03、5A05、5052、5052、5058和5086。
Al-Mg-Si合金 6A02、6061和6063。
典型牌号铝及铝合金化学成分和力学性能，可查阅相关标准。
铝及铝合金的焊接工艺
铝及铝合金的焊接特点
(1) 铝在空气中及焊接时极易氧化，天生的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易往除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易天生夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，往除氧化膜。气焊时，采用往除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
（2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为明显，为了获得的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
（3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时轻易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性答应的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，活动性明显进步，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5％～6％时可不产生热裂，因而采用SAlSi条(硅含量4．5％～6％)焊丝会有更好的抗裂性。
（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的光彩变化，焊接操纵时判定难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，轻易焊穿。
（5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。
（6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。
（7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。
（8） 铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。

空分冷箱内塔容器为铝制容器，容器运输尺寸超长，为运输方便，通常分成上下两段运输，安装时需在现场组对焊接,但现场的焊接环境、焊接设备都不如在制造厂，因此我们从各方面采取措施，焊接质量。对焊接操作人员和检验人员提出了严格的要求：1）担任本设备焊接的焊工持有经国家技术质量监督局考核认证的操作证；2）焊接质检人员、无损探伤人员持有国家相关部门考试认证的操作证书；3）其他组对人员应熟知操作步骤、施工技术要求，配合焊工焊接质量。



1、焊接材料及相关设施的要求
1）焊接材料的要求：所用的焊接材料有质量书或合格书，质量不得低于国家现行标准的规定。材料使用前，应按国家现行标准的有关规定进行检查和验收；
2）焊丝根据母材材质选用牌号：铝镁合金焊丝ER5183；
3）采用4台工艺、性能稳定、灵敏度高的大功率WSME—500氩弧焊机进行焊接；
4）选用具有能满足安装需要的射线无损探伤检测设备；
5）现场要设有焊材室及烘干、去污设施，由专人负责焊材的保管、发放及回收工作。
2、施焊环境的要求
1）搭建密封的临时焊接小棚可以挡风、防雨。冬季施工时，在焊前进行适当的加温处理，环境温度低于5℃时，不应施焊；
2）氩弧焊焊接时的风速不应超过2m/s；
3）铝及铝合金焊接时，应选择晴朗天气，周围环境湿度在80%以下；
4）焊工施焊所用的脚手架要便于焊工操作，并要坚固、平整、无大间隙、不摆动。
3、焊接技术
1）施工顺序。塔上、下段对接坡口加工— 塔下段吊装就位—塔上段吊装—组对—焊缝焊接—射线探伤—不合格焊缝返修—射线探伤—验收；
2）塔坡口加工形式。坡口要在地面加工好，用法兰箍调整，消除焊口的椭圆度，并焊好衬圈，清除铝屑。起吊时，焊口要用塑料布封闭。焊口内壁应对齐，当壁厚δ≤5mm时，内壁错边量不应大于0.5mm；当壁厚δ>5mm时，内壁错边量不应大于0.1δ，且不应大于2mm。具体坡口形式，见图1塔破口加工形式；


3）焊前准备。（1）气焊工具二套，作焊前预热用；（2）氩气纯度应大于99.99%；（3）清理工具：电动圆盘锯，锉刀，钢丝刷（轮），电动铣刀、刮刀等；（4）楔板修正焊缝错口用；（5）焊件组对前，用三氯乙烯等除去表面油污，两侧坡口的清理范围不应小于50mm；清除油污后，坡口及其附近的表面可用锉刀、刮削、铣削或用钢丝刷清理至露出金属光泽，注意塔体壁厚减薄不能大于0.5mm；使用的钢丝刷应定期进行脱脂处理；（6）焊丝去除油污后，应用化学方法去除氧化膜，可用5~10%的NaOH溶液，在温度为70℃下浸泡30~60s，然后水洗，再用15%左右的HNO3在常温下浸泡2min，然后用温水洗净、晾干并保持干净清洁；（7）焊件和焊丝清理后在24h内使用，如超过24h，要重新清洗。（8）正式焊前应，用试板做好各项工艺参数的模拟试验，其母材材质、工艺条件、焊工、保护气均要和正式焊接时相同;试板长度不得小于500mm，试板焊接接头要射线检测，应符合JB/T 4730.2—2005—Ⅱ级，焊接试板不合格不得正式焊接。
4）焊接工艺。（1）焊接前，坡口、焊丝及不小于坡口两侧各50mm范围内的表面，用脱脂剂擦洗干净，用不锈钢丝刷清除氧化膜；清理下坡口时应向外刷，清理上坡口时，下部容器开口应用塑料布封好，防止铝屑进入容器内；（2）焊缝采用手工钨极氩弧焊双人单面焊，焊接时应注意A 、B 焊工要配合默契，同向、等速，焊接过程中随时检查垂直度，并利用焊接反变形方法及时调整，焊缝应不间断一次性焊完；（3）一周点固焊完毕，间隙会产生收缩，但起码要保持3~5mm的间隙。定位焊长度为40mm左右，每隔500mm左右作一定位焊；（4）当环境温度小于5 ℃，壁厚大于8mm时焊前应用H01-20焊炬在焊缝坡口二侧均匀加温到100~200 ℃；因焊件厚度较大，应采用多层多道焊；（5）实际焊接时的焊接工艺参数应与试板模拟试验基本保持一致，对于不同的壁厚推荐表1焊接工艺参数；（6）多层多道焊时，每焊完一遍应用机械方法清理氧化膜，为焊接质量，层间温度不得超过65 ℃；（7）焊接过程中，如点固焊开裂，造成错口，应停止焊接，经修复后方可继续焊接；（8）当钨极出现触钨现象时，停止焊接，将钨极、焊丝、溶池处理干净后，方可继续；（9）总的施焊原则是：大电流、快速焊；（10）焊缝除未焊透，有裂纹外，应尽量减少返修；多次返修会引起设备变形和影响焊接接头的质量（很容易产生裂纹），因此力求一次焊接成功。如有非危害性缺陷（圆形气孔）超标，应由设计、和监理单位协商处理，尽量不要返修；（11）焊接返修时，应用机械方法，将缺陷处铲除，并按焊接工艺评定参数进行焊接；同一部位的返修不得超过两次，否则要制定措施并经技术总负责人批准；（12）在焊接过程中应随时测量塔的垂直度、水平度，吊具待全部焊接完毕并经探伤检查合格后方可拆除；（13）焊接完毕，表面美观、平整，鳞纹均匀，没有表面气孔、裂纹等缺陷；然后RT检查，RT应不低于JB 4730—94—Ⅱ级片，PT为Ⅰ级。


4、塔焊缝返修
塔上下段焊缝射线探伤局部不合格时，进行塔焊缝的局部返修。返修前，用倒链吊挂上塔在冷箱骨架上，避免返修焊缝受重力影响。返修焊缝确定缺陷位置后，磨除缺陷，进行补焊，直至焊缝质量达到设计要求，焊口返修次数不准超过两次。
5、技术安全措施
1）严格执行单项工程安全技术措施中规定的各项规章制度。2）高空作业一定要系好安全带。3）焊接过程中，注意保护容器，避免损伤容器表面。4）引弧宜在引弧板上进行，引弧板和熄弧板的材料应与母材相同；5）焊接完毕，用记号笔在焊缝附近写上焊工号为探伤做好准备。6）电焊机、氩弧焊机等焊接设备的机壳都可靠接地。焊接设备的安装、修理和检查须由电工进行，焊工不要私自拆修设备。7）电焊机要设单的开关，开关应放在防雨的闸箱内，拉合时应戴手套侧向操作。8）更换场地移动把线时，应切断电源，并不得手持把线爬梯登高。9）焊工应正确穿戴劳动防护用品，磨削钨棒时，应戴口罩、手套，磨完后须洗手。敲铲焊渣和清除铁锈时，应戴好手套和防护眼镜。在潮湿地点工作，应站在绝缘胶板或木板上。10）焊接场所有防火设备，易燃易爆物品距焊接场所至少10m；11）焊工在高空作业时，应严格采取预防措施，防止液态金属的飞溅，防止火灾的发生或灼伤下面的操作工人；12）氧气瓶和乙炔瓶应小心轻放，安全运输，分开放置，并相距5m以上；夏季作业时氧气瓶和乙炔瓶放在凉棚内，以防受到烈日曝晒，引起气体膨胀而发生爆炸事故；雷雨时，应停止露天焊接作业。13）焊接区域应放置安全，以免闲人进入。14）严格按各工种安全操作规程施工，严禁作业。
6、结束语
塔上下段的组对焊接是空分焊接施工中的重要焊缝之一，此焊接位置为横焊，要求焊工既要有过硬的焊接技术，又要熟知焊接变形知识，才能塔体在焊接过程中的质量，同时也要求每一个施工人员熟知操作步骤、遵守安全规程，才能圆满完成塔容器的组对焊接工作。

气孔产生原因：铝焊接气孔主要是氢进入焊接熔池而形成的。氢来源有：材料、焊丝、保护气体、送丝机构、焊工的手套和环境湿度太高等，如焊丝被污染、材料及焊丝本身的氧化膜、送丝机构上有油污或汗渍等。预防措施：
6.1.1材料及焊丝内的含氢量≤0.4mL /100g；
6.1.2 被焊件表面应去除油污及氧化膜，存放时间不超过4h。表面清理后应用干燥、洁净、不起毛的物件覆盖坡口及两侧；
6.1.3 焊丝尽量使用抛光焊丝，不然处理方法同上；
6.1.4 保护气体内杂质含量：H2≤0.001%；O2≤0.02%；N2≤0.1%；H2O≤0.02%；
6.1.5保护气体管路：一般采用不锈钢管或铜管，软管采用塑料管而不能用橡胶等易吸水的软管；焊前应检查冷却水管道，确保不会漏水；当环境湿度很大时，应对保护气体进行加热对管路进行吹扫；
6.1.6 送丝机构：不得有油污，送丝管采用聚四氟乙烯管或尼龙，并焊前清理管内污染和冷凝水；
6.1.7现场环境：温度不宜超过25℃，相对湿度不超过50%，保持环境清洁；
6.1.8焊工：工作服装尽量是白色的，以便能及时发现和清理污染。焊时注意汗水和油渍不要再次污染焊件；
6.1.9 在焊前都应在试板上试焊，以便检查保护气体和管路是否合格。
6.1.10 焊接工艺上预防措施：用双面焊代替单面焊；每道焊缝薄时比厚时有利于气孔逸出；大直径焊丝有利于减少气孔；焊前预热、焊后缓冷；降低电弧电压、电流、降低焊接速度，有利于减少气孔。
6.2 裂纹产生原因：材料焊接性较差；选择焊丝时没考虑抗裂性；结构的拘束度过大。预防措施：
6.2.1 对焊接性较差的铝材在焊接前应考虑其抗裂性而不能只考虑强度；必要时可考虑对焊件进行退火后焊接，焊后再淬火时效。
6.2.2 选择抗裂纹性好的焊丝，如含Si等低熔点元素的焊丝。
6.2.3 尽量减少焊接接头的拘束度，合理安排焊接顺序，让焊缝能够有横向收缩余量，以减小焊接应力。没有必要定位焊的就不要焊定位焊，能双面定位焊的就不要单面定位焊。
6.2.4 尽量面焊为双面焊。
探伤要求：
1.封头拼缝焊后应进行RT，成形后再按规定RT或PT。
2.A、B类焊缝一般进行RT。
3.容器上的C、D类焊接接头进行PT。
4.铝材表面补焊焊缝进行PT。
5.铝卡具和拉筋的临时固定连接焊缝拆除后的焊痕等进行PT。
6.其他图样要求探伤的部位。

铝及铝合金焊接规程详解
本规程规定了铝及铝合金焊接的基本要求，适用于铝及的手工钨极氩弧焊或气焊或熔化极氩弧焊等焊接的铝及铝合金制单层容器、衬铝容器的铝焊接工艺。
一、焊接用材料：
1.焊接用氩气纯度≥99.99%，≤-55℃，并应符合GB/T4842或GB10624的规定。当瓶装氩气的压力≤0.5Mpa时不宜使用。（氩气内含氮量≥0.04%，否则焊缝表面上会产生淡或草绿色的氮化镁及气孔；含氧量≥0.03%，否则熔池表面上可发现密集的黑点、电弧不稳和飞溅较大；含水量≥0.07%，熔池将沸腾并焊缝内产生气孔）。
2.手工钨极氩弧焊电极采用铈钨电极。电极直径应根据焊接电流大小来选择（使用时一般比焊接电流所要求的规格大一号的钨极），电极端部应为半球形（制作半球形方法：用比焊接电流所要求的规格大一号的钨极，将端部磨成锥形，垂直夹持电极，用比所用钨极要求的电流大20~30A的电流在试板上起弧并维持几秒钟，钨极端头即呈半球形。如果钨极被铝污染，则重新打磨或更换钨极；轻微污染时，可电流使电弧在试板燃烧一会，即能烧掉污染物）：铈钨电极直径mm
2
2.5
3.2
4.0
5.0
（正接时）焊接电流A
100~200
170~250
200~300
350~480
500~675

（反接时）焊接电流A
15~25
17~30
20~35
35~50
50~70

（交流时）焊接电流A
85~160
120~210
150~250
240~350
330~460
3.用MIG焊铝合金时，由于铝焊丝比较软，为避免咬伤焊丝，送丝轮不允许用带齿轮的送丝轮，不宜用推丝式；送丝软管不准用弹簧管而是用聚四氟乙烯或尼龙制品，不然由于磨削而污染或堵塞软管。MIG通常用直流反极性。
4.焊剂主要作用是去除氧化膜和其它一些杂质，使用时可用无水酒精调成糊状或直接将焊剂粉放在坡口和两侧。当焊接角焊缝时应选用那些焊后容易清除熔渣的焊剂；铝镁合金用焊剂不宜含有钠的组成物。
5.不同牌号的铝材相焊时，当图纸和工艺都没有规定时，按耐腐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料。在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时，宜采用含镁量或含锰时与母材相近或比母材稍高的焊丝。焊丝可从GB/T10585《铝及铝合金焊丝》选取，也可从GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》和GB/T3197《焊条用铝及铝合金线材》中选取。焊丝选用时可参考下面几个表（表3和表4摘自《焊接手册》）：