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鋁合金管道施工技術研究

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鋁合金管道施工技術研究


  鋁合金材料在現代工業生產中應用十分廣泛,尤其在空氣分離裝置中,它是一種較常用的工藝管材。由于鋁合金材料本身的特點以及空分裝置生產工藝的特殊性,決定了鋁合金管道的清洗、脫脂、加工、組裝、焊接等工藝和要求與一般碳鋼材料不同,某些方面較碳鋼難度大得多。本文以空分裝置中常用的鋁合金管LF2為例,簡要闡述鋁合金管道施工的特點和有關技術要求。
  一、材料特性
  鋁合金管LF2主要化學成分:含Mg為2.0%~2.8%,含Mn為0.4~1.5%,其余為Al;機械性能:在熱軋狀態下,其抗拉強度不小于226MPa;熔點約為650℃,熔化時無顏色變化。
  二、清洗、脫脂
  空分裝置具有低溫深冷、氧氣助燃、遇油易爆等特點,因此,必須對空分裝置冷箱內管道進行清洗脫脂處理。鋁合金管清洗脫脂程序為:堿洗→清水沖洗→硝酸光化→清水沖洗→脫脂→清水沖洗。
  鋁合金管在脫脂前,必須去除管內的贓物、垃圾等。脫脂劑嚴禁使用四氯化碳溶劑,必須用聚氯乙烯或三氯乙烯溶劑。由于脫脂劑是易燃和危險性物質,因此,在使用和儲存時,必須采取環境通風、避免陽光直接照射和加強勞動者的身體保護等措施。
  小口徑管道和配件脫脂時可采取直接浸泡在脫脂劑中的方法;大口徑管道可采用脫脂劑灌注浸泡脫脂法,脫脂中使管道反復傾斜,從而使管道脫脂充分;根據實際情況,也可采用擦洗脫脂法。經脫脂的管道風干后,應及時封口,避免贓物或油污的污染。
  經脫脂的管道應無脫脂劑氣味。檢查方法可用清潔干燥的白色濾紙擦抹脫脂表面,紙上無油脂痕跡和污垢為合格;也可用紫外線燈照射,以無紫蘭色熒光為合格。
  三、管道制作安裝
  空分裝置冷箱內管道空間位置緊湊,走向復雜,管徑大小不一,這給管道安裝增加很大難度。為保證施工質量,管道施工應盡可能多地在冷箱外制作,然后在冷箱內組裝。因此,在施工前,必須根據管道平、立面圖繪制管道單線圖,甚至有時會利用制作模型的方法,從而提高管道預制的深度、質量和速度。
  鋁合金管道預制需在室內進行。由于鋁合金較軟,其標準電位值大,為-1.67伏,因此,預制場地上應鋪設4毫米厚的橡膠墊,以防產生電位腐蝕。鋁合金管道制作必須與碳鋼和不銹鋼等分開。
  鋁合金管道安裝必須按照以下原則:先大管,后小管;先下部,后上部;先主管,后輔管;先預制,后配置;加熱管與低溫管、液體容器壁面距離不小于300毫米;管道安裝從空分裝置冷箱上部開始向下進行。
  鋁合金管道制作安裝使用的工具為不銹鋼絲刷、鋁制水平尺、木榔頭、尼龍繩等。在管道吊裝時,應采取保護措施,以防止損傷管道表面,如索具外套橡皮管、索具間用支撐撐開等方法。
  鋁合金管坡口采用機械加工的方法。不同壁厚的對接焊應有14°的過渡段。對接焊口裝配有以下幾點要求:(1)配焊口應避免強制進行,以減小焊接后產生較大的殘余應力;(2)對口應做到內壁齊平,錯邊量不得超過管壁厚度的10%,且不大于1毫米,內壁同樣要求光潔,不得有毛刺、粒屑;(3)內部不加襯圈焊口,要求間隙盡可能等于零,特別是仰焊部位,管內壁應倒1~1.5毫米的圓角;(4)使用襯圈時,襯圈必須與管壁貼緊。
    四、焊接技術
  鋁是銀白色的輕金屬,具有良好的塑性、較高的導電性和導熱性,同時還具有抗氧化和抗介質腐蝕的能力。鋁比鋼的比熱大兩倍,導熱性能約大三倍,即升高同樣的溫度需要的熱量較多,而散失熱量較快。鋁極易氧化產生難熔的三氧化二鋁薄膜,在焊縫中容易產生夾雜物,從而破壞金屬的連續性和均勻性,降低機械性能和耐蝕性。因此,鋁合金管道焊接與其他材質相比,具有特殊性和難控制性,焊接操作非常難于掌握。
  為保證焊接質量,焊接鋁合金的焊工均須經過嚴格的技術培訓,考試合格后,發上崗證書,并嚴格按焊接工藝規定上崗操作。鋁合金焊接設備采用交流鎢極手工氬弧焊機,在使用前,對焊接設備進行全面檢查和調試,保證水、氣無漏、無阻,電流穩定及高頻引弧正常,氬氣純度必須不低于99.99%。焊接環境的濕度不超過80%,并應有防雨、防風措施。
  清潔的焊絲和接口是保證焊縫質量的前提。鋁合金焊絲使用前要進行清洗。一般處理過程為:丙酮除油→堿洗→清水沖洗→中和→烘干。接口邊緣一般用電動刮刀將接口兩側各20毫米內的氧化膜除去,清理后不得再接觸臟物,并盡可能當天焊完;如隔天焊接再用不銹鋼刷除去新的氧化膜。
  氬弧焊是焊接鋁合金較完善的焊接方法,氬弧焊可利用氬離子的陰極破碎作用,有效地去除熔池表面的氧化鋁薄膜,焊接時無熔渣,不會產生焊后殘渣對接頭的腐蝕,氬氣流對焊接區域有沖刷、保護作用,使焊接接頭冷卻加快,從而改善了接頭的組織和性能。
  鋁合金管道焊接工藝:(1)引弧時不允許鎢棒與工件接觸引弧,不得在母材或焊縫區直接進行,應將鎢極在引弧板上燃燒熾熱后,再到焊縫處引弧。因為冷的鎢棒極易引起爆破噴屋造成熔池夾鎢,影響焊縫質量;(2)熄弧操作正確與否直接影響焊縫質量和成型美觀。因此,要求熄弧時應將弧坑填滿,縮小熔池,避免產生縮孔,終點的結合處應焊過20~30毫米;(3)送絲操作、焊絲的添加和焊槍的運行動作應配合好,焊口表面尚未達到熔化溫度時,焊絲的末端不應處于電弧區的氬氣保護層內。待熔池加熱到一定的溫度,處于流動狀時,立即將焊絲送入熔池。熔池宜小些、送絲速度可快些,尤其是不加襯圈的焊口。在局部有間隙時,則送絲速度要更快些,連續推送,否則易造成燒穿;(4)在定位焊和開始焊接時,必須保證不燒焦或燒熔不銹鋼墊環,否則X光檢查通不過。因此在引弧時不得直接指向墊環,應偏向一側或者對準放入焊縫間隙的焊絲。形成熔池后,就可避免墊環燒穿;(5)對于單面焊的第一遍焊道必須保證焊透,透過均勻。焊工操作可觀察熔池的大小和塌落情況來判斷是否焊透;并在適當時向熔池送入焊絲,然后慢慢移動焊槍,遇到有定位焊之處,可適當拉長電弧、放慢速度,以保證焊透;(6)鋁的特點導熱快,焊接時需要的熱量較大,一般固定焊口底部的起焊點易產生未焊透的現象。操作時稍拉長電弧做預熱動作,待熔池加熱到一定溫度后,再加焊絲,后半圈的起點應蓋過前半圈;起點20~30毫米長的焊縫終點同樣焊過頭20~30毫米;(7)焊工操作時應使焊槍、焊絲、焊口三者處于正確的空間位置;(8)搭鐵線應牢固夾在工件上,不得松動,引起電弧,擦傷工件表面。
  鋁合金管道焊接完成后,應先進行焊縫質量的外觀檢查:焊縫應與母材表面圓滑過渡,其表面不得有裂紋、未熔合、氣孔、氧化物、夾渣及過燒等缺陷;焊縫余高、焊縫咬邊深度、表面凹陷、角焊縫的焊角高度等均應符合規范要求。焊縫經過外觀檢查合格后,方可進行X光射線探傷。
  上鋼三廠1萬立方/小時空分裝置冷箱內約4公里工藝管道采用的是鋁合金管LF2,該管道施工采用的即本文所述的施工工藝和有關技術。該裝置開車后,各項指標均達到設計要求。



作者:上海市安裝工程有限公司  謝駿
,鋁合金管道施工技術研究

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