鋁合金管道施工技術研究

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鋁合金材料在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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(tài)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(nèi)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(nèi)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(huán)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(jù)實際情況，也可采用擦洗脫脂法。經(jīng)脫脂的管道風干后，應及時封口，避免贓物或油污的污染。
    經(jīng)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(nèi)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(nèi)組裝。因此，在施工前，必須根據(jù)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)生較大的殘余應力；（2）對口應做到內(nèi)壁齊平，錯邊量不得超過管壁厚度的10％，且不大于1毫米，內(nèi)壁同樣要求光潔，不得有毛刺、粒屑；（3）內(nèi)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(nèi)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(chǎn)生難熔的三氧化二鋁薄膜，在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物，從而破壞金屬的連續(xù)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(jīng)過嚴格的技術培訓，考試合格后，發(fā)上崗證書，并嚴格按焊接工藝規(guī)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(wěn)定及高頻引弧正常，氬氣純度必須不低于99.99％。焊接環(huán)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(nèi)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(chǎn)生焊后殘渣對接頭的腐蝕，氬氣流對焊接區(qū)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(qū)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(chǎn)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(qū)的氬氣保護層內(nèi)。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(xù)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(huán)，否則X光檢查通不過。因此在引弧時不得直接指向墊環(huán)，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(huán)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(chǎn)生未焊透的現(xiàn)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(guī)范要求。焊縫經(jīng)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(nèi)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。