浅谈钢铝转换接头焊接工艺

浅谈钢铝转换接头焊接工艺

曹先俊

（中国化学工程第三建设有限公司，安徽淮南232000）

摘要：钢铝转换接头在空分工艺中被广泛运用，因其异种接头本身的焊接特点，必须采取特殊的工艺措施和选择合适的焊接方法，才能获得满意的焊接质量。本文从钢与铝的焊接特点，逐步论述钢铝转换接头的焊接工艺。

关键词：钢铝转换接头焊接工艺

0前言

随着空分装置在工业上的不断发展，钢与铝在其工艺上被广泛地运用。因而，在空分工艺施工当中难免会遇到钢铝异种金属焊接问题。而钢铝异种金属焊接因它们之间的物理性能，化学成分的差别，在焊接过程中会产生许多焊接难题。特别在施工现场，很难有效地解决这些焊接难题，也不能保证钢铝异种金属的焊接质量。

多年的施工实践，发现如果在钢与铝接头部位使用钢铝转换接头代替钢铝异种金属焊接，能快捷、方便、有效地保证了焊接质量。如何掌握钢铝转换接头的焊接工艺，是选择正确的工艺措施和焊接方法的关键。本论文将阐述在空分装置中，钢铝转换接头的焊接工艺。

1钢与铝焊接特点及主要问题

由于铁与铝在焊接过程中处于化合物状态，使焊缝的强度和硬度提高，塑性降低，因此钢与铝的焊接性较差，故焊接时存在以下问题：1）被焊接头容易被氧化；2）焊缝成分不均匀；3）焊接变形较大；4）焊接接头容易产生裂纹。

钢与铝焊接时，存在以上困难，必须采取特殊的工艺措施和选择合适的焊接方法，才能获得满意的焊接接头，如采用摩擦焊、楔焊法、真空扩散法等焊接方法又不符合现场实际情况。因此，使用钢铝转换接头可有效避免焊接难度，提高焊接质量。

2钢铝转换接头焊接特点及主要问题

钢铝转换接头一般是通过机械压紧方法使钢与铝形成接头。在使用过程中，接头铝部分与铝材质焊接，钢部分与钢材质焊接。但由于钢与铝的热导率、线性膨胀系数相差较大（见表1），焊接时易引起接头部分严重变形，甚至导致裂纹。因此，如何掌握焊接工艺是保证钢铝转换接头焊接质量的关键。

表1铝的热特性值（与铁、铜的比较）

3钢铝转换接头焊接工艺

利用机械加工方法车削坡口；坡口形式可根据焊接方法，焊接条件，使用目的来确定，主要依据ASME

B16.25中的壁厚划分及坡口形状，并使其符合ASME ，ANSI 等相应标准。

铝侧的坡口标准如下图所示：

0.4mm

m

不锈钢侧的坡口标准如下图所示：

0.4

0.8

.6±0.4

4焊前定位焊注意事项

定位焊时只需少量金属溶化，因此热输入较大；定位焊附近易脆化、弧坑、气孔、夹渣等缺陷产生。所以，应注意以下事项：

1）定位焊应有正式焊接的操作者或具有同等以上技术水平的焊工进行焊接。

2）定位焊时应采用与正式焊接相同牌号的焊接材料进行焊接；焊条直径应比正式焊接用的稍细。3）定位焊时不准在母材上打弧。

4）定位焊时如有未熔合、裂纹、气孔，或坡口被完全填充等缺陷发生，应将缺陷刨除后，方可进行正式焊接。

5）定位焊的焊点应小，且焊透。为了确保根部间隙尺寸，可等间隔地放入3～4个间隔定位器（隔板）。除用工装固定的情况外，定位焊最好采用跳跃法，对称法进行焊接。

6）原则上定位焊应进行3处以上定位焊接。

5焊接方法

5.1焊接方法

从焊接变形，残留应力，初层的影响等考虑，现场钢铝接头焊接采用多层堆焊方法。在使用多层对焊时应将递层堆积形，逐步退焊法，分段多层等堆层次序法进行组合使用，并注意以下事项：1）对前一层焊缝进行仔细的清理。

2）运条焊接时必须保证与前层焊缝或母材充分熔合。

3）用锉刀等工具清除前层焊缝的凸起、熔渣及飞溅等。

4）选择钢丝刷进行清扫时，应采用与母材相同材料的刷子。

5）前层焊缝存在焊接缺陷时，采用刨削方法清除焊接缺陷后，方可继续焊接。

5.2第一层（打底焊）焊接方法

对接的情况下，因第一层焊缝底面没有被完全屏蔽，急冷时过大的应力，未焊透等缺陷容易产生。因此，应注意以下事项：

1）定位焊及工装固定应到位，可靠。

2）定位焊的焊接处的清理。

3）从坡口根部间隙窄的部位开始焊接。如从坡口根部间隙宽的部位开始焊接，因热收缩而造成间隙窄的部位变得更窄。

6钢铝转换接头焊接时注意事项

1）焊接时，接合部（SS/Ag界面）应避免200℃（392°F）×30分钟以上的加热（见钢铝转换接头说明书）。

2）应采取先焊熔点低的铝侧，再焊不锈钢侧的焊接顺序。因为铝导热性好，先焊铝侧，可使整个过渡接头焊接时散热加快，降低临界温度。

3）必要时铝侧要进行焊前预热。一般情况下，焊接铝时要进行200℃预热。为避免200℃×30分钟以上的加热，最好进行80℃（176°F）预热。

4）为了避免接合部（SS/Ag）200℃×30分钟以上的加热，层间温度要控制在80℃，焊接电流不能过大，且在焊接过程中不断向包裹在接头部位的湿棉布浇水，降低接头部位的温度。

5）贴在钢铝转换接头外周面的温度标签，焊接完了前决不能除去。

6）焊接完了后，对温度标签的色变进行确认。

7焊接工艺

7.1铝侧的焊接工艺

表2铝侧焊接工艺参数

7.2不锈钢侧的焊接工艺

表3钢侧焊接工艺参数

8钢铝转换接头焊接缺陷及对策

8.1变形的防止

根据堆焊的特点，应采用后退法，对称法，跳跃法进行焊接。必要情况下，也可采用预置反变形法，刚性固定法，传热法。焊接顺序一般采取从面的中心开始，向外侧进行焊接的顺序。预计收缩量最大的部分最先进行焊接，收缩量较少的部分后焊。坡口打底焊（第一层）采用较粗的焊丝进行焊接。坡口面的面积尽可能小；坡口角度也应尽可能小。

8.2内部裂纹的防止对策

通常这种裂纹也是弧坑裂纹，所以，作为防止对策焊接到焊缝终端时，继续熔化焊丝，填满弧坑再收弧，从而减免弧坑的产生。

8.3气孔的防止对策

焊材应需特别注意的是，采用铝焊丝时，附着其上的脏、杂物是产生气孔的原因，所以应对其表面进行充分清理。母材表面的水分、油、污及氧化膜等是产生气孔的原因，所以焊前应除去。首先，用浸蘸了溶剂的布进行擦拭，再用不锈钢刷除去氧化膜。保护气体，氢是铝产生气孔的主要原因。保护气体不充分时，空气中的水分将侵入电弧氛围中而生成氢，所以要注意电弧的保护。

9总结

正确掌握钢铝转换接头焊接方法，在空分施工中切实能保证焊接合格率，满足施工生产要求。以正确的理论加上掌握的施工工艺方法，将很好的完成焊接任务，达到规范及施工要求，并逐步在空分领域推广应用，提高焊接技能水平。

参考文献

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[2]何康生，曹雄夫.异种金属的焊接〔M〕.北京：机械工业出版社.1986.309-322.

[3]刘中青，刘凯.异种金属焊接技术〔M〕.北京：机械工业出版社.1997.332-338.

[4]张洪涛，何鹏等.铝钢异种材料焊接研究现状与发展.焊接，第12期.2006.