張巨業(yè)

摘要：本文介紹了鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀;其次又結(jié)合當(dāng)代的焊接工藝技術(shù)，對冷箱內(nèi)的鋁合金焊接特點和主要難點進行詳細(xì)的分析;最后對分餾塔和鋁合金管道現(xiàn)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(shù)的管理水平。

關(guān)鍵詞：空分裝置冷箱;鋁合金焊接;施工技術(shù)

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(nèi)部裝置結(jié)構(gòu)運行效果良好，各系統(tǒng)的運行指標(biāo)均能夠達到國家規(guī)定的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。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(nèi)部結(jié)構(gòu)，約長為6230m的鋁合金管道依附于冷箱架構(gòu)之中[1]，經(jīng)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(dāng)冷箱處于封閉狀態(tài)，其內(nèi)部的整體溫度可以達到-199℃。為了防止冷箱運行時管道出現(xiàn)泄露的情況，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合實際的鋁合金焊接工藝技術(shù)，所有管道均采用焊接串聯(lián)處理方式，進而延長焊接管道在冷箱內(nèi)部的使用周期。

1.鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1傳統(tǒng)焊接技術(shù)

TI G焊、MIG焊、等離子弧焊等是鋁合金傳統(tǒng)焊接技術(shù)的主要組成部分，在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的大時代背景下，這些焊接工藝流程經(jīng)過工作人員的技術(shù)革新，已經(jīng)構(gòu)建了相對完善的焊接處理模式，在1998年，經(jīng)過肯塔基大學(xué)的制造系統(tǒng)并聯(lián)合美國國家科技基金資助的建設(shè)安排，初步研制了雙焊槍TI G焊，該種焊接技術(shù)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(nèi)的某公司推出了一種新型的全數(shù)字化脈沖MIG焊接機，這種先進的焊接設(shè)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(xié)調(diào)配合，使得焊接工藝效果的質(zhì)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(shù)和相關(guān)焊接處理設(shè)備，從而為厚板鋁合金重要零部件的焊接工藝處理創(chuàng)造了諸多有利條件。

1.2氬電聯(lián)焊

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

（2）氬氣的選擇：氬氣不純、雜質(zhì)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(xiàn)場使用的氬氣一般為高純氬，純度均在99.999%以上。

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

（4）預(yù)制焊件放置穩(wěn)固后，檢查焊接線是否接觸良好，并嚴(yán)禁有打弧現(xiàn)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(yù)熱，壁厚>5mm的預(yù)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(zhì)量;減少勞動強度及焊接工作量;提高勞動生產(chǎn)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(yīng)優(yōu)先考慮采用雙人雙面同時立焊。

2.冷箱內(nèi)的鋁合金焊接特點和主要難點分析

2.1冷箱內(nèi)鋁合金焊接工作量大

上述石化公司所安設(shè)的大型空分冷箱（48000m3/h）中的工藝管道、基礎(chǔ)設(shè)備零件和其他工藝流程都相對復(fù)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(zhì)，由于焊接工作量相對較大，加之冷箱內(nèi)依附的鋁合金管道長達6230m，最大管徑DN900mm，最小管徑為DN10mm，且現(xiàn)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(shè)備需要進行現(xiàn)場焊接組對處理，3段組焊現(xiàn)場組成了相應(yīng)的冷箱分餾塔，焊接難度相對較大。

2.2對焊接變形控制嚴(yán)格

碳素鋼和低合金的膨脹系數(shù)僅僅為鋁及鋁合金膨脹系數(shù)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(dāng)進行鋁合金焊縫接熔過程中經(jīng)常會出現(xiàn)較高的內(nèi)應(yīng)力、熱裂紋以及鎖孔現(xiàn)象，此時就需要采用獨特的預(yù)防焊接變形制度進行綜合處理。首先，要保證冷箱內(nèi)管道安裝和內(nèi)分餾設(shè)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(shù)要求。

3.分餾塔和鋁合金管道現(xiàn)場焊接施工

3.1分餾塔組對的現(xiàn)場焊接控制

在冷箱內(nèi)部含有3臺鋁制處理設(shè)備需要進行現(xiàn)場組對處理。其中，現(xiàn)場組對道口是在分餾塔內(nèi)進行的，根據(jù)焊接技術(shù)要求和鋁合金材料的使用特性，在所有現(xiàn)場組對的四道焊口中只有分餾塔和上塔下段的焊口應(yīng)采用射線探傷檢測技術(shù)，設(shè)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(shù)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(yīng)確保板邊錯邊且塔體呈現(xiàn)垂直特點。值得注意的是，在雨雪等惡劣天氣環(huán)境下及濕度為82%的施工環(huán)境下不能進行焊接處理;其次，焊接過程中應(yīng)保持冷箱溫度在6℃左右，在采用定位焊處理以及預(yù)熱操作后，根據(jù)焊接變形的程度來調(diào)整垂直效果以及相應(yīng)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(yīng)確?？辗盅b置內(nèi)的管道空間緊密結(jié)合，在管道施工處理階段，應(yīng)將采購好的管道在冷箱內(nèi)依次組裝。另外，在施工設(shè)計之前，應(yīng)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(yù)制的深度、質(zhì)量和速度;其次，由于鋁合金的材質(zhì)相對較軟，應(yīng)將電位標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定在1.67v左右，并鋪設(shè)一層4.2mm的橡膠墊，有效避免電位腐蝕現(xiàn)象的的發(fā)生;最后，將碳鋼、不銹鋼應(yīng)和鋁合金管道相隔離，安裝人員應(yīng)堅持“先大管，后小管;先下部，后上部;先主管，后輔管;先預(yù)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(dāng)進行管道吊裝時，應(yīng)采用相應(yīng)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(jié)構(gòu)支護。還要重點提出的是，鋁合金管坡口加工應(yīng)使用機械加工處理方法，對于那些厚壁不同的管道應(yīng)有140的過渡段。

結(jié)束語：

總而言之，大型空分裝置冷箱內(nèi)鋁合金焊接施工技術(shù)還存在許多設(shè)計和施工漏洞，相關(guān)制造企業(yè)的管理人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進的焊接處理技術(shù)，在應(yīng)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(zhì)量，促進社會的可持續(xù)發(fā)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(shù)[J]. 工程機械與維修， 2020， No.295（S1）：139-143.

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

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