1、铝及铝合金焊接技术规程HGJ 222-92 条文说明1总则1. O. 2规定了本规程的适用范围。在化工、炼油装置中所使用的铝制设备、容器及其它焊接构件，基本上是由塑性、导热性、耐蚀性及焊接性良好的工业纯铝和非热处理强化的铝短、铝镇防锈铝合金制成。可热处理强化的硬铝、超硬铝合金因其焊接性较差、焊接裂纹倾向性较大，用普通的熔焊方法焊接不易保证接头质量，一般不用作焊接结构材料，或者在工程建设施工中因很少使用而无成熟的焊接经验，故这类材料不包括在本规程范围之内。手工鸽极氧弧焊和熔化极氧弧焊，在施工中巳普遍采用，适合于铝材焊接。氧乙快焊由于其热摞温度低、热量分散、加热困难且对熔池的保护效果差，所焊接头的
2、强度、耐蚀性及生产效率等均远不如氢弧焊，很难达到对接头的质量要求，故本规程的焊接方法仅适用于氯弧焊而不包括氧乙快焊。1.0.4 在制订各章节的条文时，已注意到与国家有关压力容器规定相协调的问题。本条系指本规程所没有包括的专用于铝制压力容器的其它规定，如压力容器受压元件材料使用条件的限制、对接焊缝100%进行射线探伤的条件及产品试板的焊接与检验等。39 1.0.5 作为工程建设施工的共性要求，提出了焊接施工所应具备的基本条件，以便于实施本规程的条文规定，避免盲目施工。2 术语、符号2. 1. S、2.1.6参照美国锅炉及压力容器规范第K卷焊接评定)(以下简称ASMEIX )QW 401. 1、4
3、01.2和401.4.引入了重要因素和非重要因素术语。因为焊接条件的变化因素很多，将其按规定分为重要因素和非重要因素，可在保证焊接质量从而满足焊件使用要求的基础上，减少焊接工艺评定和焊工考试的工作量，避免重复劳动。3材料3.2.1、3.3.1在表3.2. 1中列出了部分工业纯铝及防锈铝合金加工产品的主要化学成份和热轧状态下的力学性能，在表3.3.1中列出了所选用焊丝的化学成份，是为了方便在施工中使用。如根据3.3.2规定正确选用焊丝，确定在焊接工艺评定中接头的抗拉强度试验的标准等。在使用表3.2.1时，应注意母材所依据的标准及热处理状态。表中未包括的部分若在施工中碰到，则应查阅相应的标准。3.
4、3.2 对焊丝选用的原则要求作出了明确规定。各种牌号母材，按此原则要求选用焊丝应该没有问题，故若再设表格详细列出各种牌号母材及异种母材之间焊接时选用焊丝的牌号，则显得没有必要，也无法列全。表3.3.2仅列出了施工中常用母材的焊丝选用表，以供使用时参考。表中SAIMg4.5Mn、ER5183焊丝是施工中最常用的国外焊丝，其合金元素镜、罐的含量基本与国产SAIMg-3焊丝相同。40 含有约5%Si的SAlSi-1焊丝，其焊缝金属具有较高的抗热裂纹性能，主要用来焊补易产生热裂纹的AI-Mg-Si系可热处理强化合金、铸造合金和对接头强度要求不高而可焊性较差的含金。应特别注意的是，铝硅焊丝不能用来焊接铝
5、镜合金，因焊缝中易析出MgzS化合物而使接头的韧性降低和变脆。在JISZ3604标准中，规定铝锺合金选用Al注99.0%的纯铝焊丝，因国内还缺少这样规定的依据及实践，故未予以规定。在其它现行标准中，均规定可选用同材质板材切条作手工焊时的填加金属，但从焊接性、焊接裂纹敏感性、焊接接头强度、表面氧化膜清除质量及焊工操作使用等方面考虑，不易保证接头质量，故本规程不予采用。3.3.3 氧弧焊所使用的氧气纯度对焊缝中气孔的产生有明显影响，故在焊接标准中对其质量均有要求，如z炼化建603-74标准规定氧气纯度应不低于99.9%.GBJ236-82标准规定不应低于99.96%。在GB4842-84标准中所规
6、定的氧气纯度为大于或等于99.99% ，完全可以满足对各种材料的焊接要求。实际上，质量合格的氧气对焊缝中气孔的产生几乎没有直接影响，主要问题是在使用过程中要防止氧气输送管路或焊枪中发生漏气或堵塞现象。3.3.4 锦鸽极和仕鸽极比纯鸽极的工作温度低，因而与同直径的纯鸽极相比，其容许使用的电流要大。为避免因使用的电流过大而造成鸽极的烧损、焊缝夹鸽及恶化焊缝成形，根据施工经验在表3.3.4中列出了鸽极最大许用电流。4 焊接施工4. 1. 1 焊接施工管理是保证焊接质量的重要内容，但因本规程是焊接技术标准，故仅提出施工单位必须具备健全的焊接施工全面质量管理体系和制度这原则规定。41 . 1.4 焊接工
7、艺规程是指导焊接施工的工艺文件。本条强调工艺规程的编制依据是焊接工艺评定报告，即规程中的重要因素(见5.2.6)必须符合评定报告所适用的范围。为既能指导施工又能适当地减少工艺规程的编制数量，一份规程可以依据一份或多份工艺评定报告以扩大其使用范围，只要其使用范围的规定在所依据的工艺评定报告的造用范围之内即可。例如2份工艺评定厚度的有效范围分别为1.5mm-8mm和4mm-22mm时.1份焊接工艺规程若以此2份工艺评定报告为依据，则此份工艺规程可覆盖的厚度范围可以从1.5mm到22mm。相反，一份工艺评定报告也可编制一份或多份焊接工艺规程，即只改变评定中某些非重要因素而重复使用某一份工艺评定报告。
8、根据ASMEIX中QW-482焊接工艺规程CWPS)推荐格式，以及铝材的焊接工艺特点和国内施工使用习惯，在附录A中规定了焊接工艺规程的格式，其目的是在编制工艺规程时给以指导，防止主要内容的遗漏。4. 1. 6 对焊接环境的要求主要是为了防止焊缝中气孔的产生。有资料介绍，当相对湿度大于85%或环境温度较低时，受坡口、焊丝表面及气体管路内壁所吸附的冷凝水影响，焊缝中的气孔倾向将会急剧增高。本条根据施工经验，将相对温度限制在80%以内，环境温度不低于5C.若超出规定则应采取相应的预防措施。至于风速限制允许在多大范围内，我们认为具体规定某一数值没有多大意义，一方面施工现场不去测定，再者氧气流量的大小不
9、同，降低氧气保护效果的风速也不会一样，故在室外施工，一般均应设置挡风围屏以使氧弧焊施工得以顺利进行。4.2.2 垫板用于支撑焊缝根部的熔化金属以防止烧穿和产生未焊透，可降低焊接操作的难度，使用临时垫板又可大大减小清理焊根的工作量，故在施工中经常采用。焊缝背面加保留垫板，增加了结构的重量和成本，若使用异种42 金属材料垫板又有可能对使用造成不利影响，因此应征得原设计单位同意。保留垫板板材一般用与母材同材质的材料制成，管道焊缝多采用铝材中嵌入不锈钢材料制成。4.2.3焊丝与坡口表面氧化膜的清除质量，对防止焊缝中气孔和未熔合等缺陷的产生是十分重要的。实践证明，用机械法(如镜削、刮削等)清除坡口表面氧
10、化膜效果较好。化学清理方法很多，在有关标准及资料中都列举了不少。本条选用了日本JISZ3604-85标准中铝材表面氧化膜的清理方法。与其它化学清理方法相比较，这种方法在施工中简便实用，经试验及施工中使用证明效果良好。4. 2. 54. 2. 7 从使用条件及保证焊缝质量角度考虑规定了焊件组对时的错边量要求。国内有关标准一般规定，当母材厚度S运10mm时，管道焊缝和设备、容器的纵焊缝，其错边量bO.lS，我们认为这样规定对厚度较小的焊件不易实现，也没有太大必要，故规定为当壁厚S运5mm时，bO.5mm。4.3.2.1 鸽极氧弧焊时，为使电弧既具有清除其周围基体金属表面氧化膜的阴极雾化作用，又使鸽
11、极具有较大的电流承载能力，所以施工中都采用交流电掘。熔化极氧弧焊均采用直流电源反接法施焊，而不采用交流电源或直流电源正接法。直流反接法熔化极氧弧焊的基本特点是: 电弧有阴极雾化作用，熔深大; 焊道表面光滑，焊波细小美观; 电弧有自动调节作用。4.3.2.3 焊前在试板上进行试焊并对焊道质量进行检查，是防止焊缝中产生气孔的有效措施。一般是在试板(或废管)上堆焊几层适当长度的焊道，再用镜刀将焊肉一层层镜掉以检查有无气43 孔。这样做既可根据焊道金属的外观和阴极雾化区的宽度，调节工艺参数和检查气体保护效果，又有利于除去焊枪或气体管路中的冷凝水。4.3.2.4 在保证焊缝熔透和熔合良好的条件下，在焊接
12、工艺规程允许范围内尽量采用大电流快焊速施焊，是铝及铝合金焊接的重要特点，是防止和减少焊缝产生气孔的措施之一。采用较大电流可迅速供给铝材局部熔化所需的大量热能，同时又能充分搅拌熔池以使气体或夹渣逸出z采用快速焊气孔减少的原因可能是因为结晶速度增大时，熔池中所熔解的氢来不及析出而形成气孔，或者即使形成了气孔，也由于其尺寸过小而被挤碎。4.3.2.5 几种标准对预热和层间温度的规定z(1) GBJ236-82:当环境温度低于5C且板厚大于8mm，采用鸽极置弧焊时，焊前应进行100-200C预热。层间温度应尽可能低，以不高于150C为宜。(2) 炼化建603-74:手工鸽极氧弧焊焊接壁厚大于或等于lO
13、mm焊件时，预热应用微碳化焰加热至200C左右，(3) JIS 23604-85:没有特殊要求时不进行预热。必须使层间温度尽量低。(4) ANSl/ AWS C3. 7-83:温度变化可造成凝结，因此在清晨焊接前铝构件都要预棉并烘干，预热最高温度推荐为66C。通常遵守的规则是层间温度不宜超过66C，且可简单地用手触摸。如层间温度超过66C，尤其在焊接位置不合适时，更容易出现坏的质量。从以上规定可以看出，铝材焊接均要求较低的层间温度，即焊前应尽量避免进行预热。层间温度低不仅有利于焊道表面成形，也有利于防止产生气孔。为了既保证焊缝接头质量，又能提高生产效率，本条将层间温度要求控制在lOOC之内。所
14、谓应进行焊前预热的特殊要求，一般是指z当焊件较厚通44 过适当加大焊接电流仍不能使焊接正常进行，即焊接过程中热量从接头处传导的速度快于焊接所能提供的热量时p焊件表面存在冷凝水。4.3.2.6 在铝板材焊接施工中，对立焊和横焊位置底层焊缝的焊接，已广泛采用手工鸽极双面同步氧孤焊工艺。与单人焊接相比较，其优点是:可较充分地利用电弧热量从而降低能耗;熔池两面始终处于氧气保护下，周围空气不易侵入且两侧的电弧对熔池都存在着搅拌作用，有利于夹杂物、气体从熔地中分离出去，焊缝质量高p焊后不用清根，生产效率高且焊件变形量小。因此推荐采用双面同步氧弧焊工艺，并在表4.3. 2. 10-2中给出了焊接工艺参数，以
15、供选用时参考。4.3.2.10 关于焊接工艺参数，一般焊接标准及有关资料中都有规定，但数值差距往往比较大，很难统一。实际上工艺参数可在比较宽的范围内选用，在此范围内不应出现什么特殊问题，但选用时也应根据焊工的施焊经验、焊接电流与焊速的配合灵活掌握，必要时还应通过适当的焊接试验，将工艺参数限制在较小的更适合施工条件的范围之内。5 焊接工艺评定焊接工艺评定是编制焊接工艺规程从而指导焊接施工的依据，是保证焊接接头质量和使用性能的重要措施。美国(ASMEIX )标准内容齐全，科学合理，在国际上己得到公认，故本章内容主要参照此规范制订。5. 1. 1、5.1.4焊接技术人员应根据实际施工条件、铝材焊接的
16、实践经验及本章规定的评定要求和检验项目等，在评定前拟订焊接工艺评定指导书。规定指导书内容的目的，是为了在拟订指导书时，尽量考虑到铝材的焊接工艺特点，对各种有关的焊接条件不45 致遗漏。本节没有给出指导书和评定报告的格式，是因钢制压力容器工艺评定指导书和评定报告的内容格式能满足铝材的评定要求，没有必要再重新设计一套表格。5.2.2 本规程根据ASMEIX中QW-422的P值分类，P21为工业纯铝及铝锺含金、P22为含镇量小于4%的铝楼合金、P25为含镇量大于或等于4%的铝镜合金。日本JIS23041-80、英国BS4870(2)-82标准中的母材分类也与此相同。将铝锺合金与工业纯铝归于同一类是因
17、为其强度仅比工业纯铝略高，焊接性、抗蚀性和加工性能等均与纯铝相似。5.2.3 工艺评定的目的，主要是为了考核在拟定的焊接工艺条件下材料接头的力学性能，而不是考核焊工的操作技能，故焊接位置可以互相替代的规定是科学合理的。对角焊缝力学性能的考核目前各种标准的规定均没有比较合理的办法，一般都是以对接接头试样的力学性能来代替。在本规程适用范围内，铝材焊接结构仅有角接接头而没有对接接头的情况几乎不存在，既然对接接头的工艺适用于角焊缝，所以我们认为再规定角焊缝的工艺评定要求没有必要。5.2.4 根据ASMED! QW -451. 1、403.9、451.4规定了试件厚度的适用范围。表5.2.4中还规定了熔
18、敷焊缝金属评定厚度t的范围，其作用是:(1)用于不同焊接方法的组合焊缝(见5.2.1);(2)用于非全焊透焊及返修焊和补焊。5.2.6 根据ASMED! QW -255、256及铝材焊接工艺的特点，将需重新评定焊接工艺的重要因素的改变归纳为5项。除重要因素之外，ASMEIX QW-401. 3还规定了补加重要因素，其定义为:工艺评定中的补加重要因素是指影响焊缝缺口韧性的焊接条件的某一变化。当补加重要因素的改变超过规定范围时，仍需重新进行评定。如改变焊丝型号、从任一焊接位置改变为立向上焊位置、立向上焊时从多道焊改变为单道焊、预热及层间温度比评定时提高38C以上、电流种类或极性的改变以及焊接线能量
19、的增加等。铝及铝合金的焊接，由于焊接线能量的增加或减小对焊接接头缺口韧性的影响很小，而且在低温下，母材和焊接接头的抗拉强度、屈服强度和延伸率均随温度的降低而有所提高，低温韧性也极优良，故在本规程中未考虑补加重要因素，相应地在本条中也没有将其作为需重新进行评定的条件。在ASMElX及JIS23041中，均将焊丝分为纯铝、铝铜合金、铝镜合金和铝硅合金四类。显然同类焊丝之间互相代替(如将纯度较低的纯铝焊丝用作纯度较高的纯铝母材的填充材料，或含模量较低的焊丝用作含模量较高的母材的填充材料等是不合理的，所以本章未将焊丝进行分类，在3.3.2中规定了选用焊丝的原则要求。本条5.2.6.3系指凡符合3.3.
20、2焊丝选用原则时，焊丝牌号的改变不需重新评定，反之不符合此原则要求改变焊丝牌号时，则需对焊接工艺重新评定。5.3.3.3 规定射线探伤的合格级别，其目的是为了验证在正常条件下，采用此种焊接工艺施焊，能否保证焊缝进行射线探伤检查所应达到的较高质量要求。5.3.3.4、5.3.3.5根据ASMElX QW-153，规定了抗拉强度的验收标准。因我国某些材料标准中未规定母材抗拉强度的下限值，故作出5.3.3.4(3)的规定。弯曲试验时，根据母材类别的不同选用不同规格的弯轴直径，将试样均弯曲至180。后对伸长面进行检查，我们认为比较方便、合理。以下几种标准均规定弯曲1800，采用的弯轴直径见下表(试样厚
21、度为a):47 类别母材种类ASME lX 1IS Z3041 BS4870(2) 工业纯铝、铝锺合金4a 4a 3a E 铝筷含金(Mg25 焊缝余高(mm) 王三2;1!3S 主5;7 焊缝咬边深度引用JB1580-75中25条。7.3 铝及铝合金与钢材相比较，其焊接性能与缺陷产生的机率以及使用条件差异较大，因而直接借用钢制对接接头的射线探伤标准来评定铝材接头的质量是不合理的。因本规程不是专门的铝材射线探伤标准，故仅对底片质量、焊缝质量等级评定及验收条49 件做了规定，而射线照相方法等其它要求，则应参照有盖标准.规定进行。对底片的质量要求、缺陷点数的计算、焊缝质量等级分类及评定等规定基本引
22、用JISZ3105-84标准的有关内容，经实际使用证明，此标准规定比较合理，反映良好。7.3.5 氧化物夹渣、未熔合和未焊透等条状缺陷，应力集中较大，对强度的影响也较大。因未熔合的危害性相对比夹渣和未焊透更大，国内均将其与裂纹缺陷同等对待。参照JB1580-75、炼化建603-74和GBJ236-82标准规定，将JISZ3105-84标准中的允许未熔合改为不允许，从实际上应该达到的质量要求考虑，也不允许双面焊和加垫板的单面焊中存在未焊透缺陷。气体保护焊由于烧损等原因而产生的夹铜，会使该部分焊缝金属脆化，通常易产生裂纹，因而不允许在焊缝中出现。7.3.6 本条主要参照JB1580-75标准26条
23、，根据设计压力大小规定了对接焊缝射线探伤检查比例和应达到的质量等级。焊件的使用条件除设计压力之外，主要还应考虑介质对人体或环境的危害程度、是以静态还是循环载荷为主、焊缝是否能够检修及一旦损坏对生产的影响程度等。7.3.7 铝材焊接时尽管对工艺要求比较严格，但焊缝中出现气孔的机率比钢材焊接时要大得多，绝大多数返修都是由气孔缺陷超标而造成的，若按钢焊缝返修后的扩探规定，则很容易使需局部探伤的焊缝均变为100%。射线探伤的合格比例与计算方法出入很大，实际上一张不合格底片中需返修的缺陷*度一般都很短，仅是个别之处，若按缺陷长度之和与焊缝总长度之比计算，本条规定的实际合格率一般可达95%以上才不需扩探。
24、7.4.2 直接引用压力容器安全技术监察规程第69条l当勾w、。50 附z主要参考资料z1. GBJ236-82(现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范2.炼化建603-74(铝及铝合金焊接施工及验收技术规程(试行3. JB1580-75(铝制焊接容器技术条件4.(铝及其合金的TIG或MIG焊)9. (压力容器安全技术监察规程10. 锅炉压力容器焊工考试规则11.杭州制氧机厂厂标:HTA5411-90铝制空分设备管道安装焊接技术条件12. JB/2167-81(铝制空分设备氧弧焊工艺规程51 责任编辑张利华中华人民共和国行业标准铝及铝合金焊接技术规程HGJ 222-92 食食*编辑化工部工程建设标准编辑中心(北京和平里北街化工大院3号楼)邮政编码:100013 印刷河北省沧州市人民印刷厂1993年1月第-版
