【www.guakaob.com--质量工程师】
【摘要】本文研究了5083铝合金的焊接性及并制定了相应的焊接工艺。针对5083铝合金焊接时易出现气孔等焊接缺陷，采取MIG方法配合5183铝合金焊丝进行焊接，可获得焊缝接头质量良好的焊缝。
【关键词】铝合金，MIG，工艺
序言
由于铝合金具有比重和弹性模量小、耐腐蚀、可焊接、易加工、无磁性和低温性能好等特点，铝合金在现代工业中得到广泛的应用。防锈铝合金5083 （LF4）属于Al-Mg系列铝合金，具有良好的抗腐蚀性，广泛应用在需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的产品中，如汽车、飞机、船舶、天然气管道等。5083铝合金焊接时容易出现气孔等缺陷，影响焊接产品的使用性能。因而，研究5083铝合金焊接的焊接工艺能为生产提供依据，从而提高焊接产品质量。
1、5083铝合金焊接性分析
5083铝合金化学成分及力学性能见表1、2。
5083铝合金焊接性分析如下：
1）5083铝合金属于AL-Mg系列合金，根据5083铝合金的化学成分（表1）分析可知：5083铝合金含Mg和Mn元素较高，其抗脆性、抗蚀性、可焊性较好。由于Mn元素的含量较多，可以提高铝合金的力学性能，又不使合金抗腐蚀下降，同时提高了5083铝合金的焊接性。同时加入Mn元素能使含Mg元素相分布均匀，提高强度、抗蚀性。
2）由于铝合金的化学活泼性很强，表面易形成氧化膜，且多属于难熔物质。焊接时易产生夹渣等缺陷。
3）铝合金热导率大（约为钢的4倍），加之其热导率较大，焊接时容易造成未熔合现象。
4）由于铝合金的热膨胀系数约为钢的2倍，相反其弹性模量却只有钢的1/3，焊件易产生较大的热应力，导致变形及裂纹。
5）气孔是焊接5083铝合金过程中常见的缺陷。而氢是铝合金焊接时产生气孔的主要原因。焊接时，氢的来源有两个方面：一是弧柱气氛中的水分；二是焊丝及母材表面氧化膜吸附的水分。为此，焊接铝镁合金时，焊前必须仔细清除坡口附近的氧化膜，保持焊丝及母材干燥。
2. 5083铝合金焊接工艺分析
根据以上分析制定如下焊接工艺：
1）焊接方法
目前，国内铝合金所用焊接方法主要有MIG焊及TIG焊。由于MIG焊采用惰性气体Ar或He作为保护气，保护效果好，几乎所有的金属材料都可以焊接，因此应用范围广。MIG焊采用焊丝作电极，与TIG焊相比，可采用大的电流密度焊接，母材熔深大，焊接铝及其合金时生产效率高，故广泛应用于现代化企业的铝合金焊接。本文选用MIG焊方法进行焊接实验分析。
2）焊接材料
铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外，按具体要求应使对接接头的抗拉强度、塑性达到规定要求，焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因而焊丝的选用主要按照下列原则：
a）铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近；
b）铝合金焊丝中的 耐蚀元素（镁、锰、硅等）的含量一般不低于母材；
c）异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝；
d）不要求耐蚀性的高强度铝合金（热处理强化铝合金）可采用异种成分的焊丝，（注意强度可能低于母材）。
根据以上原则及铝合金化学成分力学性能，选用5183焊丝作为MIG 的焊丝。焊丝具体化学成分见表3。
3）焊前清理
焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，清除质量直接影响焊接工艺与接头质量，如焊缝气孔产生的倾向和力学性能等。常采用化学清洗和机械清理两种方法。
4）焊接工艺参数
本文采用6mm板厚5083铝合金对接焊，焊接接头形式如图1所示
5）焊接气孔的防止措施
焊接5083铝合金过程中常见的缺陷是气孔。气孔主要是由氢引起的.而氢的来源很多，主要有电弧气氛中的氢，铝板、焊丝表面吸附空气中的水分等。因而在焊接5083铝合金时，焊前必须仔细地清除坡口附近的氧化膜，保持焊丝及母材干燥，从而减少氢的来源，达到防止气孔的目的。
3. 结论
由于5083铝合金在焊接过程中容易出现气孔的焊接缺陷，制定了合理的焊接工艺包括、焊接材料、工艺参数、焊前清理等。结果表明，合理的焊接工艺参数可以有效控制焊缝焊接气孔的产生。
参考文献
[1] 张连生.金属材料焊接 [M].北京：机械工业出版社，2009.
[2] 邓洪军.金属学与热处理 [M].北京：机械工业出版社，2009.
[3] 张梦欣. 焊接工艺学 [M].北京：机械工业出版社，1992.
[4] 李敬勇，章明明，赵勇.铝合金MIG焊焊缝中气孔的控制[J].华东船舶工业学院学报（自然科学版），2004，18（5）：78—81.
【摘要】以巴西Candiota项目为例，分析了电除尘入口孔板磨损的原因，并提出了改进措施。
【关键词】巴西CANDIOTA项目 气流分布 FG 分布板 导流板 磨损
1 引 言
巴西CANDIOTA项目350MW火电机组脱硫除尘系统由福建龙净设计、供货，投运半年多来频繁出现设备故障，且问题出现的反复性较强，造成机组经常被迫降低负荷甚至停机，影响机组不能长时间维持高负荷运行。主要原因为空预器出口烟道设计缺陷，导致分布板气流不均冲刷；ESP1预除尘器一级烟气分布板磨损严重、部分脱落；脱落的杂物掉在阴阳极板之间造成短路，致使部分电场无法稳定运行；甚至落到灰斗出口旋转给料机，造成频繁卡涩以及出料阀法兰连接面频繁磨损漏灰等问题。
2 现场原烟道分析
从烟气流线图与烟气速度剖图可以知道：由于结构本身存在的问题，造成气流在汇风箱处产生大涡流区。大涡流区的存在造成汇风箱顶板不受烟气冲刷，也就不产生磨损与破坏。
按反馈回来的图纸进行实际建模，同时按12m/s的入口速度进行CFD分析，得出的结论是：进入预除尘器内的气流在第一层孔板位置的断面速度分布严重不均，依然是明显不均匀，最大速度高达20.4ms/，最小速度几乎为0m/s。由于烟气中粉尘浓度高，这就造成高速区的孔板磨损快，低速区的孔板几乎不会磨损。从气流流线图可以看出，小涡流区与大涡流区严重影响气流的均匀性，同时造成烟道阻力增加。
因此，可以非常肯定的说，预除尘器第一层孔板的磨损完全是由气流分布严重不均造成的；而气流分布的严重不均则是由于预除尘器前的烟道设计存在问题。
3 初步修改方案
更换磨损的分布板，并将分布板的厚度改为4.78mm，材质为Q345（ASTM 572 Gr50）由于预除尘器前的烟道设计已定型，底部的弯头（见图1）由于前后均有膨胀节或设备，修改难度较大；顶部由于汇风箱的存在，难以添加导流板。因此考虑到原设计烟道存在的实际问题，只能对原图纸烟道进行局部优化，优化方案如图1、图2。
4 实际实施方案
考虑到增加内导叶加工精度要求高，实际实施有困难，经模拟分析，得到如下优化方案：
改进方案主要有两各部位，一是将原有斜转角改成弯头形式；二是在离弯头300mm处增加一个宽为300mm的格栅导流装置，其具体结构图见图3。
改进后，烟气进入喇叭具有了很好的均匀性和较好的扩散性，第一层孔板位置断面处的气流速度明显的降低，最大只有12.316m/s，这将很好的降低孔板的磨损。
本施工项目主要施工内容包括：导流板加装及弧形板改装两部分，对称布置在电除尘入口烟道内部。导流板总量为0.844，弧形板总量为1.64吨，单件重0.82吨，外形尺寸为弧长1.57米，全长5.5米。
首先停机后施工人员将导流板及脚手架材料从多孔板更换时在烟道下方割开的300mm*2000mm的进料口处导入烟道内部，烟道内部脚手架搭设好后，在烟道内部划出导流板的定位线，划线时严格按照图纸设计角度进行划线。首先将第一层竖向导流板点焊在烟道上，然后点焊第一道横向导流板，按照此步骤依次向上进行安装，安装完毕后进行全面烧焊。焊接采用间断焊，导流板与导流板之间的连接焊缝高度为6mm，导流板与烟道之间的连接焊缝高度5mm。
多孔板需更换总量为44块，停机后需在ESP1喇叭口进口第一层多孔板外侧搭设脚手架供拆装多孔板用。
首先停机后施工人员由电除尘人孔门处进入至喇叭口入口，在入口烟道下方割开一个300mm*2000mm的进料口，将更换的多孔板及脚手架材料倒入烟道，脚手架搭设好后，施工人员将损坏的多孔板定位块切除，拆掉损坏的多孔板，进行新多孔板更换，同时将定位块焊接牢固。
多孔板更换完成后，将剩余的废旧多孔板及杂物清理干净，不得遗留任何杂物。
参考文献：
[1] 335MW机组检修规程（邹县电厂）
[2] 山东电力建设第一工程公司QES管理体系程序
[3] 郭延秋.大型火电机组检修实用技术丛书
鋁及鋁的焊接工藝
鋁及鋁合金的焊接特點
(1)鋁在空氣中及焊接時極易氧化，生成的氧化鋁（Al2O3）熔點高、非常穩定，不易去除。阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠。鋁材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊縫產生氣孔。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接過程加強保護，防止其氧化。鎢極氬弧焊時，選用交流電源，通過“陰極清理”作用，去除氧化膜。氣焊時，采用去除氧化膜的焊劑。在厚板焊接時，可加大焊接熱量，例如，氦弧熱量大，利用氦氣或氬氦混合氣體保護，或者采用大規範的熔化極氣體保護焊，在直流正接情況下，可不需要“陰極清理”。
（2）鋁及鋁合金的熱導率和比熱容均約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多。鋁的熱導率則是奧氏體不銹鋼的十幾倍。在焊接過程中，大量的熱量能被迅速傳導到基體金屬內部，因而焊接鋁及鋁合金時，能量除消耗於熔化金屬熔池外，還要有更多的熱量無謂消耗於金屬其他部位，這種無用能量的消耗要比鋼的焊接更為顯著，為了獲得高質量的焊接接頭，應當盡量采用能量集中、功率大的能源，有時也可采用預熱等工藝措施。
（3）鋁及鋁合金的線膨脹系數約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。鋁凝固時的體積收縮率較大，焊件的變形和應力較大，因此，需采取預防焊接變形的措施。鋁焊接熔池凝固時容易產生縮孔、縮松、熱裂紋及較高的內應力。生產中可采用調整焊絲成分與焊接工藝的措施防止熱裂紋的產生。在耐蝕性允許的情況下，可采用鋁矽合金焊絲焊接除鋁鎂合金之外的鋁合金。在鋁矽合金中含矽0.5％時熱裂傾向較大，隨著矽含量增加，合金結晶溫度範圍變小，流動性顯著提高，收縮率下降，熱裂傾向也相應減小。根據生產經驗，當含矽5％～6％時可不產生熱裂，因而采用SAlSi (矽含量4．5％～6％)焊絲會有更好的抗裂性。
（4）鋁對光、熱的反射能力較強，固、液轉態時，沒有明顯的色澤變化，焊接操作時判斷難。高溫鋁強度很低，支撐熔池困難，容易焊穿。
（5）鋁及鋁合金在液態能溶解大量的氫，固態幾乎不溶解氫。在焊接熔池凝固和快速冷卻的過程中，氫來不及溢出，極易形成氫氣孔。弧柱氣氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊縫中氫氣的重要來源。因此，對氫的來源要嚴格控製，以防止氣孔的形成。
（6）合金元素易蒸發、燒損，使焊縫性能下降。
（7）母材基體金屬如為變形強化或固溶時效強化時，焊接熱會使熱影響區的強度下降。
（8） 鋁為面心立方晶格，沒有同素異構體，加熱與冷卻過程中沒有相變，焊縫晶粒易粗大，不能通過相變來細化晶粒。
2. 焊接方法
幾乎各種焊接方法都可以用於焊接鋁及鋁合金，但是鋁及鋁合金對各種焊接方法的適應性不同，各種焊接方法有其各自的應用場合。氣焊和焊條電弧焊方法，設備簡單、操作方便。氣焊可用於對焊接質量要求不高的鋁薄板及鑄件的補焊。焊條電弧焊可用於鋁合金鑄件的補焊。惰性氣體保護焊（TIG或MIG）方法是應用最廣泛的鋁及鋁合金焊接方法。鋁及鋁合金薄板可采用鎢極交流氬弧焊或鎢極脈沖氬弧焊。鋁及鋁合金厚板可采用鎢極氦弧焊、氬氦混合鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊、脈沖熔化極氣體保護焊應用越來越廣泛（氬氣或氬/氦混合氣）
3.焊接材料
（1）焊絲
鋁及鋁合金焊絲的選用除考慮良好的焊接工藝性能外，按容器要求應使對接接頭的抗拉強度、塑性(通過彎曲試驗)達到規定要求，對含鎂量超過3％的鋁鎂合金應滿足沖擊韌性的【6mm铝5083焊接工艺。】
要求，對有耐蝕要求的容器，焊接接頭的耐蝕性還應達到或接近母材的水平。因而焊絲的選用主要按照下列原則﹕
1）純鋁焊絲的純度一般不低於母材；
2）鋁合金焊絲的化學成分一般與母材相應或相近；【6mm铝5083焊接工艺。】
3）鋁合金焊絲中的耐蝕元素(鎂、錳、矽等)的含量一般不低於母材；
4）異種鋁材焊接時應按耐蝕較高、強度高的母材選擇焊絲；
5）不要求耐蝕性的高強度鋁合金(熱處理強化鋁合金)可采用異種成分的焊絲，如抗裂性好的鋁矽合金焊絲SAlSi一1等(注意強度可能低於母材)。【6mm铝5083焊接工艺。】
（2）保護氣體
保護氣體為氬氣、氦氣或其混合氣。交流加高頻TIG焊時，采用大於99．9％純氬氣，直流正極性焊接宜用氦氣。MIG焊時，板厚<25 mm時宜用氬氣；板厚25 mm～50 mm時氬氣中宜添加10％～35％的氦氣；板厚50mm-75mm時氬氣中宜添加l0％～35％或50％的氦氣；當板厚>75 mm時推薦采用添加50％～75％氦氣的氬氣。氬氣應符合GB／T 4842?995《純氬》的要求。氬氣瓶壓低於0.5 MPa後壓力不足，不能使用。
(3)鎢極
氬弧焊用的鎢極材料有純鎢、釷鎢、鈰鎢、鋯鎢四種。純鎢極的熔點和沸點高，不易熔化揮發，電極燒損及尖端的污染較少，但電子發射能力較差。在純鎢中加入1％～2％氧化釷的電極為釷鎢極，電子發射能力強，允許的電流密度高，電弧燃燒較穩定，但釷元素具有一定的放射性，使用時應采取適當的防護措施。在純鎢中加入1.8％～2.2％的氧化鈰(雜質≦0.1％)的電極為鈰鎢極。鈰鎢極電子逸出功低，化學穩定性高，允許電流密度大，無放射性，是目前普遍采用的電極。鋯鎢極可防止電極污染基體金屬，尖端易保持半球形，適用於交流焊接。
（4）焊劑 氣焊用焊劑為鉀、鈉、鋰、鈣等元素的氯化物和氟化物，可去除氧化膜。
4. 焊前準備
(1)焊前清理
鋁及鋁合金焊接時，焊前應嚴格清除工件焊口及焊絲表面的氧化膜和油污，清除質量直接影響焊接工藝與接頭質量，如焊縫氣孔產生的傾向和力學性能等。常采用化學清洗和機械清理兩種方法。
1）化學清洗
化學清洗效率高，質量穩定，適用於清理焊絲及尺寸不大、成批生產的工件。可用浸洗法和擦洗法兩種。可用丙酮、汽油、煤油等有機溶劑表面去油，用40℃～70℃的5％～10％NaOH溶液堿洗3 min～7 min(純鋁時間稍長但不超過20 min)，流動清水沖洗，接著用室溫至60℃的30％HNO3溶液酸洗1 min～3 min，流動清水沖洗，風干或低溫干燥。
2）機械清理
在工件尺寸較大、生產周期較長、多層焊或化學清洗後又沾污時，常采用機械清理。先用丙酮、汽油等有機溶劑擦試表面以除油，隨後直接用直徑為0.15mm～0.2mm的銅絲刷或不銹鋼絲刷子刷，刷到露出金屬光澤為止。一般不宜用砂輪或普通砂紙打磨，以免砂粒留在金屬表面，焊接時進入熔池產生夾渣等缺陷。另外也可用刮刀、銼刀等清理待焊表面。 工件和焊絲經過清洗和清理後，在存放過程中會重新產生氧化膜，特別是在潮濕環境下，在被酸、堿等蒸氣污染的環境中，氧化膜成長得更快。因此，工件和焊絲清洗和清理後到焊接前的存放時間應盡量縮短，在氣候潮濕的情況下，一般應在清理後4 h內施焊。清理後如存放時間過長(如超過24 h)應當重新處理。
(2)墊板
鋁及鋁合金在高溫時強度很低，液態鋁的流動性能好，在焊接時焊縫金屬容易產生下塌現象。為了保證焊透而又不致塌陷，焊接時常采用墊板來托住熔池及附近金屬。墊板可采用石墨板、不銹鋼板、碳素鋼板、銅板或銅棒等。墊板表面開一個圓弧形槽，以保證焊縫反面
成型。也可以不加墊板單面焊雙面成型，但要求焊接操作熟練或采取對電弧施焊能量嚴格自動反饋控製等先進工藝措施。
(3)焊前預熱 薄、小鋁件一般不用預熱，厚度10 mm～15 mm時可進行焊前預熱，根據不同類型的鋁合金預熱溫度可為100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預熱可使焊件減小變形、減少氣孔等缺陷。
5.焊後處理
(1)焊後清理
焊後留在焊縫及附近的殘存焊劑和焊渣等會破壞鋁表面的鈍化膜，有時還會腐蝕鋁件，應清理干淨。形狀簡單、要求一般的工件可以用熱水沖刷或蒸氣吹刷等簡單方法清理。要求高而形狀複雜的鋁件，在熱水中用硬毛刷刷洗後，再在60℃～80℃左右、濃度為2％～3％的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中浸洗5 min～10 min，並用硬毛刷洗刷，然後在熱水中沖刷洗滌，用烘箱烘干，或用熱空氣吹干，也可自然干燥。
(2)焊後熱處理
鋁容器一般焊後不要求熱處理。如果所用鋁材在容器接觸的介質條件下確有明顯的應力腐蝕敏感性，需要通過焊後熱處理以消除較高的焊接應力，來使容器上的應力降低到產生應力腐蝕開裂的臨界應力以下，這時應由容器設計文件提出特別要求，才進行焊後消除應力熱處理。如需焊後退火熱處理，對於純鋁、5052、5086、5154、5454、5A02、5A03、5A06等，推薦溫度為345℃；對於2014、2024、3003、3004、5056、5083、5456、6061、6063、2A12、2A24、3A21等，推薦溫度為415℃；對於2017、2A11、6A02等，推薦溫度為360℃，根據工件大小與要求，退火溫度可正向或負向各調20℃～30℃，保溫時間可在0.5 h～2 h之間
本文来源：http://www.guakaob.com/jianzhugongchengkaoshi/865832.html