浅谈铝制空气分离设备的焊接及射线检测
摘要：通过对焊缝进行射线检测，利用合格底片来判断该焊缝是否达到某种要求，从而对焊缝质量提供有效保证。
关键词：空分设备 冷箱 射线检测 铝制管道 焊缝 缺陷
前 言 我们在陕西煤化能源有限公司100万吨/年煤基二甲醚一期工程承担的无损检测工作中遇到了一些问题，即对于铝制压力管道的射线检测，对于铝制压力管道射线检测在一些资料中已有精辟的论述，现就我们在对铝制空气分离装置进行射线检测的工作中总结的一些经验和遇到了一些问题谈谈自己的看法。
铝制品从诞生到现在也不足200年的历史，但由于其一系列的优点而得到了迅速的发展和广泛的应用。铝有质量轻、耐腐蚀、易形成各种合金、加工成型好、导热导电性好、无低温脆性等优点。其合金甚至发展到了上千种，从1XXX系列到9XXX系列，而我们现场所使用的铝制管道材质为铝镁合金5083-0及5083-H112。
1、铝镁合金管道的焊接
在实际无损检测中我们发现铝镁合金管道焊接接头最容易产生的缺陷为氢气孔，射线检测底片上呈现为密集型或链状气孔。分析其产生原因为，铝镁合金很容易在空气中氧化成高熔点氧化膜，且其氧化膜易吸收较多水分，焊接过程中分解成氢，由于铝在液态时氢的溶解度要比固态时大的多（见图1），而铝镁合金的高导热性（比钢约大三倍）使其焊缝熔腹金属冷却速度极快，不利于气体逸出，从而残留在焊缝中形成气孔。铝镁合金熔点约为455～602℃，而其表面氧化膜熔点却高达2050℃若熔池冷却速度过快还易残留在焊缝中形成氧化物夹杂。这就要求我们在焊接时采用较大的焊接线能量。但铝镁合金中的镁元素沸点较低，易在高温下蒸发烧损。气体、氧化膜等在焊接过程中得不到分上浮与镁元素的易烧损这两个问题成为其焊接时的一对矛盾。为了解决这对矛盾我们在采用较高焊接线能量的同时还应兼顾镁元素的烧损而快速焊。
而铝镁合金焊接产生缺陷的最大原因为其表面氧化膜造成，这就要求我们在施焊前对其母材焊缝坡口两侧以及焊丝上的氧化膜进行彻底的清理（可用机械或化学方法），并采用较粗的焊丝。除此之外，所使用保护气体中的水分、杂质也对焊接质量有着较大的影响，所以使用的氩气纯度不应低于99.99%，必要时还应进行干燥。在焊接引弧前应先打开氩气，20～30秒后再进行焊接，以排除空气及导气管内壁水分、灰尘。在电流衰减收弧后氩气应持续6～10秒，以防止钨极氧化。对于厚壁管道焊接前还应进行适当预热（预热温度约为100～150℃）。铝镁合金在液态时流动性非常好，采用较大焊接线能量时容易塌陷形成焊瘤甚至烧穿，所以我们使用不锈钢垫环，解决了这一问题。对于大管径管道，人可以进入管道内部的管道焊接，我们使用双面焊焊接工艺，不使用不锈钢垫环，以保证焊接质量。若不能采用双面焊焊接工艺，打底时应适当减小焊接电流，焊接完成后应进入管道观察其焊缝根部成型。
在此工程我们采用以下焊接工艺参数（见表1），取得了满意的效果，一次检验合格率达到了98%。
2、 铝镁合金管道的射线检测
铝在元素周期表中排在第13位，其原子相对质量为26.98，原子半径约为1.43×10-10m，密度为2.7×103kg/m3，而铁在元素周期表中排在第26位，其原子相对质量为55.85，原子半径约为1.26×10Fm，密度约为7.9×103kg/m3。 正因为铝和铁的这些不同之处，使得其射线检测曝光参数与钢铁有着很大的不同。
在本工程我们所执行的射线检测标准为JB/T4730.2-2005，空分设备验收标准为JB/6895-2006。铝制承压设备的射线检测JB/T4730.2-2005对各级别对接接头允许的圆形缺陷最多点数放的较宽（见表2），但我们在缺陷评定时应特别注意，当Ⅲ级对接接头允许缺陷点数连续存在，并超过评定区3倍时，对接接头质量应评为Ⅳ级。对于一些黑度较大的圆形缺陷，应定义为深孔，评为Ⅳ级。
对于铝制空分设备管道为了保证射线检测灵敏度，我们应尽量选用X射线检测，采用较低的X射线透照管电压。JB/T4730.2-2005规定的铝及铝合金不同厚度允许的X射线最高透照管电压（见图2中曲线4）。考虑到管道内有一圈不锈钢垫环的存在（不锈钢垫环的具体形式见图3），我们选用以下透照参数对该管道进行射线检测，见表3 。
透照出了较为满意的射线底片，从而有效的控制了焊接质量。
以上为X射线检测空分设备铝镁合金管道的射线透照参数，但现场实际只有透照条件位置较好的预制焊口和部分安装焊口才能使用，而对于一些位置困难、狭小的安装焊口，由于透照条件限制，不能使用X射线检测。对于不能使用X射线探伤机检测的焊口，我们使用DL-VA型Se75伽马射线探伤机进行射线检测同样取得了相对不错的效果。使用此伽马射线探伤机对铝镁合金管道进行射线检测时的透照时间约为铁的透照时间的1/8加上不锈钢垫环的透照时间。
结束语
采用以上焊接技术要求，铝镁合金的焊接质量得到了有效的保证。使用上述射线检测工艺铝镁合金管道的焊接质量得到了有效的控制。在陕西煤化能源有限公司100万吨/年煤基二甲醚一期空分项目中使用上述焊接技术要求及射线检测工艺取得了良好的效果，实践证明切实可行。
参考文献
JB/T4730-2005 《承压设备无损检测》
JB/T6895-2006 《铝制空气分离设备安装焊接技术规范》