1 铝和铝合金管焊接特点和方法

铝合金由于重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点，被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。因此，铝及铝合金除广泛地应用于航空、航天和电工等领域外，同时还越来越多的应用于石油化学工业。濮阳中原大化新建空分装置就大量使用了铝镁合金（主要有：5083、5183、5A02相当于旧牌号中的LF2、LF4）。

但铝及铝合金在焊接过程中，易出现氧化、气孔、热裂纹、烧穿和塌陷等问题。此类材质是被公认为是焊接难度较大的被焊接材料，特别是小径薄壁管的焊接更难掌握。因此，解决铝及铝合金的这些焊接缺陷是施工过程中必须解决的问题。

2 铝及铝合金的理化性能及焊接特点

2.1 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0.1～0.2m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。

2.2 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，为得到高质量的焊接接头，必需采用能量集中，功率大的热源。

2.3 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0.00036ml/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。

2.4 易形成热裂纹

铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大约一倍，易产生较大的焊接变形和应力，加上某些杂质或合金元素的不利影响，在刚性较大的接头中将导致产生裂纹。

2.5 烧穿和塌陷

铝及铝合金由固态转变为液态时，由于没有明显的颜色变化，所以，不易判断熔池的温度。焊接时，常因温度过高不易被察觉而导致烧穿或严重塌陷。

3 焊前准备

3.1 坡口加工采用机械加工法

加工后的坡口表面应平整、无毛刺和飞边。坡口的形式一般为V型，无钝边，坡口角度70°～75°为宜。不同壁厚的对接焊应有14°的过渡段。

3.2 焊前准备

焊前将焊丝、焊管坡口及其坡口内外各30～50mm范围内的油污和氧化膜清除掉，清除顺序和方法如下：用丙酮或四氯化碳等有机溶剂去除表面油污，坡口内外两侧清除范围应不小于50mm。清除油污后，焊丝采用化学法，坡口易采用机械法，试管也采用化学法清除表面氧化膜。

机械方法，是坡口及其附近表面可用锉削、刮削、铣削或用0.2mm左右的不锈钢丝刷清除至露出金属泽，两侧的清除范围距坡口边缘应不小于30mm，使用的工具定期脱脂处理。

化学法，是用约70℃ 5～10%的NaOH溶液浸泡30～60秒后，或用常温5～10%的NaOH溶液浸泡3分钟。接着用约15%的HNO3（常温）浸泡2分钟左右后用温水清洗。或用冷水冲洗，再使其完全干燥。对已经可靠表面处理、并未被氧化或受污染的焊丝，不再进行上述处理可直接使用。

清理好的坡口及焊丝，在焊前不应再被玷污，若无有效的防护措施，应在8小时内施焊，否则应重新进行清理。管道组对时，应做到内壁平齐，无毛刺、粒屑，其错边量应符合b≤0.5mm。内部不加衬圈焊口，要求间隙尽可能等于零，特别是仰焊部位，管内壁应倒1～1.5mm的圆角。

3.3 焊机的注意事项及其它

焊机必须是交流TIG焊机，具有陡降的外特性和足够的电容量，并且有参数稳定、调节灵活和安全可靠的使用性能，还应具有引弧、稳弧和消除直流分量装置，焊机上电流、电压表应经计量部门鉴定合格。焊机在使用前，先检查接地是否完好，冷却水路和气路是否畅通，其各项功能须确保能正常工作。焊接场所应保持清洁，除应有防风、防雨雪设施外，还应保证焊接时的相对湿度≤80%，环境温＞5℃。

4 焊接工艺

4.1 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。

4.2 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为宜。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，然后在保证焊透的情况下，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15°左右，焊枪与焊缝表面的夹角宜保持在80°～90°之间。

为增大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，必须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，必须修整或更换。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。

5 焊接检验

按HGJ222--92《铝及铝合金焊接技术规范》对所有焊缝进行表面和射线探伤检查。

6 实施效果

采用上述焊接工艺，实际的焊接施工中气孔和烧穿问题得到了有效的解决，焊接探伤合格率达到了97%。当然还存在背面成型问题，这主要依靠操作者的感觉，对操作者的技术要求较高。