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防锈铝合金5083锻件的焊接方法.pdf

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    • 100225855(2010) 0320014203????:郭风忠(1975 - ) ,男,工程师,从事空分阀门的科研和设计工作5083??????????(?????????????,??201416)??介绍了防锈铝合金5083的力学性能,分析了其在低温阀门上尤其是在空气分离设备上应用的特点论述了铝合金阀门的焊接工艺方法5083;????;????;???;?????????:TH134?????:AApplication of 5083 forging at low temperature valveGUO Feng2zhong(Shanghai Kai w eixi Valve G roup Company L im ited, Shanghai201416, China)Abstract:This article describes the characteristics of alum inum alloy in simple w ords, focusing on them echanical properties and physical characteristics of5083, B y comparing w ith other anti rust alum inumto elaborate its advantage on the low2temperature valve, especially on the air separation equipm ent . Fi2nally expounds our company′s w elding procedure control on alum inum alloy valve w hich used in the airseparation equipm ent .Key words:alum inum alloy;5083; cold shortness; sub2zero treatm ent; w eldable; surface treatm ent1??防锈铝合金5083 (LF4)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工况中,如舰 艇、 汽车、 飞机、 天然气与石油工业输送介质用的铝合金管、 钻探设备、 交通运输设备或导弹元件等,尤 其是空气分离设备。

      空气分离装置是在- 196℃ 的 超低温工况下工作,因此需要使用低温阀门,随着空 气分离装置的技术向低压低功耗发展,管道压力逐 步趋向低压,铝合金阀门的使用量在逐步扩大早期的低温阀门使用防锈铝合金5A02 (LF2)锻件承 压阀体,但是其强度低,可焊性差国外铝合金阀门 的阀体材料已经采用5083锻件2????相对奥氏体不锈钢,铝合金具有密度低,耐腐 蚀,无低温脆性,无磁性等特性,而在铝合金中5083 的特性较好5083的化学成分中(表1)Mg和Mn 的含量较高,其抗蚀性、 可焊性和抗脆性优良因为Mg是除3A21合金以外的各种防锈铝的主要合金元素,其抗蚀性好,因此在铝合金中用量较多Mn既能提高合金的力学性能,又不使合金抗腐蚀下降,还能保持合金有较好的塑性Mn能使合金中针状或片状含铁化合物改变形状,并降低其脆性加Mn能使含Mg相分布均匀,提高强度、 抗蚀性和可焊性但是5083不属于锻件类,其属热处理不可强化的铝合金,虽然Mg在Al中的固溶度随着温度的降低而迅速减小,但由于沉淀相形核困难,核心少,沉淀相尺寸大,因而合金的实效效果差其金相组织的晶体构造为复杂面心立方体,所以锻造性很差在空分领域的超低温环境,承压件阀体必须是锻件,才能保证其可靠性。

      目前,在铝合金阀门应用上,大部分为进口产品5083材料属中等强度(表2) ,在低温情况下,强度和塑性会提高在常温下,空气分离设备用阀门阀体耐压按AS ME B16134 - 2004规定的115PN试压合格,安全系数为115,在- 196℃ 时,其安全系数S增大为—41— 阀 门 2010年第3期??????工业工业运输设备或输设备或 空气分离空气分离 此需要此需???????用在需要用在需要 度的工况度的工 业输送业输???tness; sness;?????????? ??? ???????? ????????re vare vahaihai201412014alloy inalloyaB y compB y compomy c, especiaespeciaspecintrol onntrol onntrol obS=115×405/290 =2109即使是按照公称压力1PN试压,在- 196℃ 时,安全系数S为S=405 /290 =114?1????????????W t%铝合金牌号SiFeCuM nM gCrZnTi其他A l5083014014011014 - 14 - 4190105 - 0125012501150115余量5A020140140110115 - 0142 - 21801150115余量5A03015 - 018015011013 - 016312 - 3180120115011余量5A05015015011013 - 016418 - 515012011余量5A06014014011 - 018015 - 018518 - 6180120102 - 011011余量?2??????????????????温度 ℃5A02 σbM Paσ012M Paδ%5A03 σbM Paσ012M Paδ%5A05 σbM Paσ012M Paδ%5083 σbM Paσ012M Paδ%- 196310503301004115420170411540516536- 8020040230952930015031369145302519023235150223051502029014525分析- 196℃ 时各种铝合金的力学性能,5083 比5A02和5A03好,比5A05稍差,但其综合性能 较好,尤其是焊接性能极佳。

      解决5083的锻造问 题,其应用于低温阀门的阀体时可靠性将得到保证3???????????虽然5083相对其他铝合金焊接性好,但是铝合金的保护膜,使其焊接相对不锈钢困难,并且低 温阀门属于承压件,焊缝质量要求严格,因此,焊 接工艺及工艺控制非常重要311 焊接方法 铝合金阀体(图1)的焊接处大部分为马鞍形空间相贯线及管-管对焊,不易实现自动焊接,必 须采用手工方式5083在空气中及焊接时极易氧 化,生成A l2O3,其熔点约2 500℃,非常稳定, 阻碍母材的熔化和融合,并且其密度大,不易浮出 表面,极易使焊接产生夹渣、未融合、未焊透和裂纹等缺陷,因此其电流选择方波交流氩弧焊是铝 合金较完善的焊接方法,氩离子的阴极破碎可有效 去除熔池表面的氧化铝薄膜,焊接时无熔渣,不会 产生焊后残渣对接头的腐蚀,氩气流对焊接区域有 冲刷、保护作用,使焊接接头冷却加快,从而改善了接头的组织和性能通过分析,焊接选择手工钨 极氩弧焊的方法图1 阀体312 焊丝 为了保证焊接质量,必须严格控制焊丝成分及质 量在 比 较 了ER1060、ER1100、ER4043、ER4047、ER5356、ER5183各自的性能特点后,选 择焊丝材料为ER5183(抛光处理)。

      其成分与5083接近,适合焊接同等级的铝合金材料,焊接 后耐蚀,强度高,表面处理后的颜色为白色313 坡口 焊接部位坡口尺寸严格遵照JB /T9071 - 1999 的规定,焊接时工件与工件之间保证一定间隙,以 保证其焊接时能够完全熔透,避免缺陷314 表面处理—51—2010年第3期 阀 门 对不对不 质量要求质量要求 常重要焊接性好焊接性好锈钢锈钢???造问造问 得到保得到保???????????????? ?????????? ????????????δδ%%?? ? ?70404???15015030505??为保证产品质量,在焊接前必须去除母材及焊 丝表面的氧化膜,最大限度的减少因A l2O3造成的 缺陷一般的化学处理过程为用8%的N aOH溶液(60~70℃)+30%的HNO3溶液清洗并烘干化学清洗后,仍有局部达不到要求时,则可辅助以机械清理,将坡口表面清理干净,直到露出金属光泽(不得采用砂轮或砂布,细砂会造成缺陷)315 焊接工艺控制1)焊接前对焊接设备进行检查,保证运行良 好,氩气纯度不低于99199% ,环境湿度不超过80% ,温度不低于5℃,风速不大于2m /s。

      2)大于10mm厚度的焊件,预热温度不超过150℃3)采用不锈钢的衬垫必须去除油污和表面杂 质等4)焊接时不得在焊件或焊接区直接引弧5)熄弧时应将弧坑填满,并高出焊接体,避 免产生缩孔6)送丝操作、焊丝的添加和焊枪的运行动作 应合理配合7)焊接层不得少于2层,打底焊时应将电流调小,避免不锈钢衬垫熔化8)焊缝同一部位的返修或补焊一般不得超过2次9)搭铁线应牢固夹在工件上,不得松动,以 免引起电弧,擦伤工件表面10)5083锻件导热快,焊接时需要的热量较 大,一般固定焊口底部的起焊点易产生未焊透的现象,操作时稍拉长电弧做预热动作,后半圈的起点 应盖过前半圈11)焊缝应100%射线透照检测,其评定等级 不低于JB4730 - 1994中613的 Ⅱ 级12)阀体锻件焊接后必须做115P (公称压力)壳体耐压试验4??空气分离设备专用阀门(蝶阀、角式截止阀 和角式调节阀等)的阀体采用防锈铝合金5083锻件材料,其中

      〔1〕 王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册(第三版)〔M〕. 湖南:中南大学出版社,2000. 〔2〕 陆培文.实用阀门设计手册(第二版)〔M〕.北京:机械 工业出版社,2000. 〔3〕 王文斌.机械设计手册(第三版)[M ].北京:机械工业 出版社,2000. 〔4〕 曲敬信,汪泓宏.表面工程手册 〔M〕.北京:化学工业出 版社,2000. 〔5〕 李成.不锈钢使用手册 〔M〕.北京:中国科学技术出版 社,2000. 〔6〕 李异.金属表面清洗技术 〔M〕.北京:化学工业出版社, 2000. 〔7〕 阀门卷,中国机械工业标准汇编(第二版)〔M〕.北京: 中国标准出版社,2000. 〔8〕 JB /T9071 - 1999,铝制空气分离设备氩弧焊工艺流程 [S ]. (收稿日期:2009109127)(???8?)1、61六角螺母 21双头螺柱 31舌型垫片 4、51阀杆71等长螺柱 81阀瓣压板 91阀瓣头图3 阀瓣与阀杆的连接?1????转化器入口温度 ℃阀瓣材料<1 000Cr25N i20 ≥1 000Cr35N i304??转化器废热锅炉调节阀与蝶阀相比,锅炉上的 成套附加产品减少,调节精度提高,密封性能和允 许压差得到提高,使用范围扩大,使用寿命延长。

      〔1〕 吴国熙.调节阀使用与维修 〔M〕.北京:化学工业出版 社,1999. 〔2〕 王文斌,林忠钦,等.机械设计手册 〔M〕.北京:机械工 业出版社,2004. 〔3〕 刘鸿文.材料力学 〔M〕.北京:机械工业出版社,1992. (收稿日期:2009112101)—61— 阀 门 2010年第3期?????焊接焊接 起焊点易起焊点易??? ?????。

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