王鑫铨 常天亮
天津中际装备制造有限公司 天津 300452
摘要：铝材具有可塑性能高、耐蚀性能强且易承受压力加工和拉伸的特点，被广泛应用于化学工业的储罐、塔器、热交换器及一些深冷设备中。在空气中，铝的表面极易形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜能阻止母材进一步被氧化，由于这一特点，使铝金属在浓硝酸储存和浓硝酸输送管线中得到了广泛的应用。
关键词：工业；纯铝；焊接工艺
引言
工业纯铝具有良好的耐蚀性、较高的比强度、良好的导电性及导热性，强度较低（80MPa），在航空、航天、汽车、机械制造、电子工业及化学工业中已大量应用。但是由于纯铝具有氧化能力强、热导率和比热容大、熔点低等独特的物理化学性能，在焊接较厚的板材时容易产生很多焊接缺陷，给焊接带来困难。
1纯铝的焊接性能分析
和低碳钢相比，纯铝的膨胀系数，导热系数，熔化潜热和热容量都大，熔点为657℃，ρ=2。72g/cm3，纯铝无同素异构变化，不能用热处理来改变性能，但对杂质很敏感，有少量的铁或硅就易在晶界上生成复杂化合物或共晶体，严重影响耐腐蚀性。A1100的化学成份和力学性能如表1和表2。
1.1焊接熔透性
纯铝的导热性和导电性约为低碳钢的5倍，热损较大，另外纯铝的热容量大，熔化潜热大，焊接时需要更高的线能量，需要大功率或能量集中的热源，并且需要预热，板厚度增加时熔透问题更加突出。
1.2热裂纹
铝的线胀系数约为低碳钢的2倍，而凝固时的收缩率又比钢大2倍，因此焊接时会产生较大的应力。当铝成分中的杂质超过规定范围时，在熔池中将形成较多的低熔点共晶。两者共同作用的结果，在焊缝中就容易产生热裂纹。
1.3铝的氧化性
铝极易氧化成Al2O3，它是一层厚度为0。1-0。2μm难熔的硬膜，其熔点达2050℃，ρ=3。85g/cm3，对内部能起保护作用，这也是铝具有耐腐蚀性的重要原因。焊接时氧化更加激烈，一方面妨碍熔池内液体金属的正常流动，另一方面因比重大于液体铝而下沉并变成夹渣，损害焊缝金属耐腐蚀性，熔合面上若生成氧化膜，则阻隔了工件与焊缝金属熔融，无法焊接。
1.4气孔
铝熔池凝固速度快，熔池液体金属比重低，熔池内的夹杂物受到的浮力小，难于浮出而存在焊缝中，使气孔和夹渣倾向加大。铝焊缝中的气孔主要是高温铝水吸入的氢气，氢则来源于各种潮气，能溶于液态铝，但几乎不溶于固态铝，熔池结晶时，液态铝中的氢气会大量析出，形成气泡，从而出现气孔。
1.5烧穿
铝的固态和液态色泽不易区别，高温强度极低，焊接时掌握困难，易引起金属烧穿，导致塌陷或下漏。
2焊接工艺试验
2.1试验材料
试验材料为1050A（H112），规格为500mm×240mm×24mm，铝含量为99。5%。焊缝填充材料的选择应依据母材的成分、力学性能、耐腐蚀性能及其它使用性能，工业纯铝宜采用纯度不低于母材的填充材料，试验焊丝应采用铝合金焊丝SAL1450，规格为Φ4mm和Φ5mm。所采用的母材、焊材的具体成分见表3，焊接过程中采用高纯度（99。99%）氩气作为保护，氩气具有较高的热输入，可使熔滴过程非常稳定、容易控制。
表3 母材和焊材的化学成分（质量分数%）
4纯铝焊接技术的讨论
4.1纯铝的焊接清理
纯铝焊接的一个极其重要的步骤就是焊件和焊丝的表面清理，以去除污物和氧化物，保证焊接质量，特别是对于聚合釜耐腐蚀性的高要求，就业得格外重要。清理分为机械清理和化学清洗，由于聚合釜焊缝腐蚀严重，表面存大量结垢物，清理困难，故采用机械和化学相结合的方法。
4.1.1先用丙酮、醋酸乙脂、四氯化碳等有机溶剂对焊缝进行脱脂处理，再用电动不绣钢丝轮、不锈钢丝刷或刮刀清除坡口面两侧的氧化膜，直至露出金属光泽。
4.1.2化学处理：在焊口两侧30mm的表面区域先用氧乙炔火焰加热，当焊口边缘温度达到80-100℃，再用浓度为8%-10%的氢氧化钠溶液擦拭加热区，当焊口表面开始发白时，用浓度为30%的硝酸溶液涂抹中和。注意溶液浓度及加热焊件的温度不能过高，否则化学反应过于激烈，会形成一层白色薄膜，影响焊接质量。化学处理后，坡口面两侧残留的溶液必须用清水冲洗干净，否则会出现点蚀。
4.1.3自动焊焊丝处理只能进行化学清理，焊丝应先放入温度为40-60℃、浓度为8%-10%的氢氧化钠溶液中浸蚀10-15min，然后用冷水冲洗2-3min，再把焊丝放入30%的稀硝酸溶液里进行中和处理，再用冷水冲洗2-3min，经100-150℃烘干半小时即可使用。
4.1.4清理后的焊件和焊丝应立即装配、焊接，不要超过24h，否则重新处理氧化膜。
4.1.5焊后1-6h之内，应将残留的熔剂、熔渣清理干净，否则会破坏氧化膜，引起焊件腐蚀。方法主要是用流动的热水冲洗，同时用不锈钢丝刷清刷残留物，随后用15%-25%的HNO3溶液清洗，最后再用热水冲洗5分钟左右。
4.2纯铝焊接缺陷的防范措施
4.2.1保证氩气的纯度
焊前认真清理焊丝、焊件，清理后及时焊接，防止再次污染；更新送气管路，选择合适的气体流量及正确焊接工艺参数，采取预热工艺，焊接现场设挡风装置，减少空气流动，防止出现气孔。
4.2.2所选焊丝的成分与母材要匹配
减小焊接电流或适当增加焊接速度，正确设计焊接结构，合理布置焊缝，使焊缝尽量避开应力集中处，选择合适的焊接顺序，加入引弧板或采用电流衰减装置，填满弧坑，防止出现裂纹。
4.2.3正确选择间隙、钝边、坡口角度和焊接工艺参数
加强氧化膜、熔剂、熔渣和油污的清理，避免出现未焊透现象。
4.2.4降低焊接电流与电弧长度
保持摆幅均匀，适当增加送丝速度或降低焊接速度，防止出现咬边现象。近几年来，通过艰苦摸索和实践，我们已完全掌握了纯铝焊接技术，并且适用于腈纶聚合釜的检修施工中，取得了良好的效果。
4.2.5环境保护
在室外焊接时，需搭建避风蓬，以使风速小于2m/s。在潮湿天气或雨天焊接时，对工件上将要施焊的部位用丙酮洗净，再预热到150～200℃。焊前预热对减少焊缝中的气孔尤为重要，还可以延长焊缝金属的凝固时间，提高熔池中的临界氢分压。
结语
采用钨极脉冲氩弧焊、自动熔化极气体保护焊对铝材进行焊接，焊缝区域焊前必须清理干净；严格执行工艺操作规程；选择适当的焊接工艺参数。在浓硝酸铁路罐车的制造过程中应用此工艺，焊缝成型美观，通过对焊缝进行RT检测、PT检测、弯曲和拉伸试验，试验结果符合要求、焊缝探伤合格率达到96%。
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论文作者:王鑫铨,常天亮
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/6
标签：熔池论文; 焊丝论文; 硝酸论文; 气孔论文; 溶液论文; 焊接工艺论文; 金属论文; 《防护工程》2018年第25期论文;