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铝及铝合金焊接施工工艺标准

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2020年4月19日
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铝及铝合金焊接施工工艺标准

1 适用范围
本工艺标准适用于铝及铝合金的手工钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊的焊接。
2 施工准备
2.1 铝及铝合金的焊接除应执行本工艺标准外，还应符合国家颁布的有关标准、法律法规及规定。
下列文件中的条款经过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是不注日期的引用文件其最新版本适用于本标准
《铝及铝合金轧制板材》 GB/T-3880-1997
《铝及铝合金热挤压管》第一部分：无缝圆管 GB/T4437.1-
《铝及铝合金拉（轧）制无缝管》 GB/T6893-
《铝及铝合金焊丝》 GB/T10858
《铝及铝合金焊接管》 GB/T10571
《铝制焊接容器》 JB/T4734-
2.2 材料
2.2.1 一般规定
工程中使用的母材和焊丝应具备出厂质量合格证或质量复验合格报告，并优先选用已列入国家标准或行业标准的母材和焊丝，母材和焊丝应妥善保管，防止损伤、污染和腐蚀。当选用国外材料时，其使用范围应符合相应标准的规定，并应有该材料的质量证明书。
2.2.2 母材
2.2.2.1 工程选用的母材应符合现行的国家标准规定。
2.2.2.2 当对母材有特殊要求时，应在设计图样或相应的技术条件上标明。
2.2.2.3 施工单位对设备、容器和管道的材料的代用，必须事先取得原设计单位的设计修改证明文件，并对改动部位作详细记载。
2.2.2.4 损伤和锈蚀严重的母材不得在工程中使用。
2.2.3 焊接材料
2.2.3.1 母材焊接所选用的焊丝应符合现行的国家标准《铝及铝合金焊丝》GB/T10858的规定。
2.2.3.2 选用焊丝时应综合考虑母材的化学成分、力学性能及使用条件因素，并应符合下列规定。
（1）焊接纯铝时应选用纯度与母材相同或比母材高的焊丝。
（2）焊接铝锰合金时应选用含锰量与母材相近的焊丝或铝硅合金焊丝。
（3）焊接铝镁合金时应选用含镁量与母材相同或比母材高的焊丝。
（4）异种铝及铝合金的焊接应选用与抗拉强度较高的母材相应的焊丝
2.2.3.3　焊接时所使用的氩气应符合现行的国家标准《纯氩》GB4842的规定。
2.2.3.4　手工钨极氩弧焊电极应选用铈钨极，也可选用钍钨极，施焊前应根据焊接电流的大小正确选用钨极直径。

表2.2.3.4 钨极的最大许用电流宜符合下表规定
钨极直径mm
φ3
φ4
φ5
φ6
φ7
最大许用电流A
140～160
220～240
260～280
350～370
380～420
2.3　作业人员
2.3.1　铝及铝合金施工应具有符合国家质量技术监督或国家压力容器、压力管道监察机构有关法规要求的质量管理体系。
2.3.2　主要作业人员：焊工，管道工，无损探伤工
2.3.3　从事铝及铝合金焊接的焊工必须持有国家质量技术监督检验检疫总局颁发的锅炉压力容器压力管道特殊作业操作资格证，及按有关标准要求考试合格的焊工担任。
2.3.4　铝及铝合金的无损探伤检测应由持有国家有关部门颁发的无损检测人员资格证书的人员担任。
2.4　主要工机具
2.4.1　手工钨极氩弧焊采用交流氩弧焊机。
2.4.2　熔化极氩弧焊机采用半自动熔化极氩弧焊机。
2.4.3　角向磨光机及配套的铣刀片、不锈钢丝刷、锉刀、刮刀等机械工具。
2.4.4　水冷式氩弧焊枪。
3　施工工艺
3.1　焊接工艺评定
铝及铝合金材料的焊接工艺评定应当按JB/T4734- 《铝制焊接容器》附录B的要求评定，或者按设计要求的标准进行评定。
3.2　焊工培训及考试
3.2.1　从事铝及铝合金材料焊接的焊工应进行培训和考试，考试包括基本知识和焊接操作技能两部分，基本知识考试合格后才能参加操作技能的考试，考试内容应与焊工所从事的工作范围相适应。
3.2.2　铝及铝合金焊接的焊工考试能够按JB/T4734- 《铝制焊接容器》附录A铝容器焊工考试规则的要求进行。
衬铝容器的焊工考试分别按铝及钢各自的考试规则进行，即铝的焊工考试按JB/T4734附录A进行，钢的焊工考试按国家质量监督检验检疫总局颁发的《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》进行。
3.3　焊接工艺流程

健全质量管理体系
焊接工艺评定
焊工培训及考试
焊接工艺指导书
施工前准备
材料入库及验证
焊接设备及焊枪调试及检查
焊接工具配备
焊缝组对质量检查并验收
施焊
严格执行工艺纪律及过程控制
焊后外观检查
无损探伤
母材焊材质量证明书
外观检查

3.4　施工过程
3.4.1　施工单位在焊接施工前应根据焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程（或焊接工艺指导书、焊接工艺卡）。
3.4.2　焊接场所应保持清洁，并有防风防雨雪措施，相对湿度一般不应大于80%，环境温度应不低于5℃。
3.4.3　使用的氩弧焊机必须有适合焊接的电特性和足够的电流容量，且具有参数稳定，调节灵活和安全可靠的使用性能。
3.4.4　铝材可采用机械或等离子弧切割下料，坡口加工应采用机械方法，加工后的坡口表面应平整且无毛刺和飞边，坡口型式和尺寸应根据接头型式、母材厚度、焊接位置、焊接方法、有无垫板及使用条件等，并参照焊接工艺评定结果确定。
3.4.5　施工中可根据结构形式、焊接位置及施工条件，在焊接背面加临时垫板，若焊缝背面加永久性保留垫板，应征得原设计单位同意。垫板可使用不锈钢、碳钢或铜等对焊缝质量无不良影响的材料。
3.4.6　施焊前应将焊丝、焊件坡口及其附近表面的油污和氧化膜清除（若使用垫板其表面亦按同样要求清除），清除顺序及方法如下。
3.4.6.1　用丙酮或四氯化碳等有机溶剂除去表面油污，坡口两侧的清除范围应不小于50mm。
3.4.6.2　清除油污后，焊丝应采用化学法，坡口宜采用机械法（也可采用化学法）清除表面氧化膜。
机械法：坡口及其附近表面可用铣刀铣、锉削、刮削或直接用直径为0.2mm左右的不锈钢丝刷清除至露出金属光泽，两侧的清除范围距坡口边缘应不小于30mm，使用的不锈钢丝刷应定期进行脱脂处理。
化学法：用约70℃，5%～10%的NaOH溶液浸泡30～60分钟后，接着用约15%的HNO3（常温）浸泡2min左右后，用温水洗净，再进行100℃左右的烘干，使其完全干燥。
3.4.6.3　清理好的焊件和焊丝在焊前严禁沾污，并在8h内施焊，否则应重新进行清理。
3.4.7　焊丝选用
3.4.7.1　焊丝（包括填充丝）应使用焊接接头的抗拉强度不低于母材标准下限值或规定值，耐蚀性能和塑性不低于母材或与母材相当，能满足使用要求而且具有良好的焊接工艺性能。
焊丝一般采用GB/T10858中的相应牌号，也可采用与母材牌号相当的铝线材作焊丝，线材可按GB/T3197《焊条用铝及铝合金线材》。
3.4.7.2　在施焊母材（容器、管道）要求耐蚀性的情况下，当母材为同牌号纯铝时，焊丝纯度不得低于母材，当母材为同牌号铝合金时，焊丝所含镁、锰等耐蚀合金元素的含量范围不得低于母材。当异种牌号的铝材焊接时应按耐蚀性能高的母材选用焊丝。
3.4.7.3　不宜将SalMg-2、SalMg-3、SalMg-5以及含镁量高于3%的焊丝用于接触65℃以上腐蚀介质的铝制容器和管道。
3.4.7.4　铝及铝合金焊丝选用见下表

表3.4.7.4 铝及铝合金焊丝选用
序号
同种母材牌号
焊 丝
序号
异种母材
焊 丝
1
1060
SAL-3
1
纯铝+铝锰合金
SAIMn
2
1050A
SAL-3
2
纯铝、铝锰合金+5052、5A02
SAlMg-1、SAlMg-5
3
1200
SAL-1
3
纯铝+铝锰合金+5A03
SAlMg-2
4
3003
SAIMn
4
纯铝+铝锰合金+5083、5086
SAlMg-3
5
3004
SAIMn
5
纯铝+铝锰合金+5A06、5A05
SAlMg-5
6
5052
SAlMg-1

7
5A02
SAlMg-1

8
5A03
SAlMg-2

9
5083
SAlMg-3

10
5A05
SAlMg-5

11
6061
SAlMg-1、SAlMg-5 SAlSi-1

3.4.8　焊缝组对要求
3.4.8.1　管道焊件组对时，应做到内壁平齐，其错边量b应符合下列规定：
当壁厚S≤5mm时，b≤0.5mm
当壁厚S＞5mm时，b≤0.1S且b≤2mm
3.4.8.2　设备容器焊件组对时，其错边量b应符合下列规定：
纵焊缝：当壁厚S≤5mm时，b≤0.5mm
当壁厚S＞5mm时，b≤0.1S且b≤2mm
环焊缝：b≤0.2S且b≤5mm
3.4.8.3　不等厚度对接焊件组对时，薄件端面应位于厚件端面之内，当表面错边量超过3mm或单面焊焊缝根部超过2mm时应按下图的规定加工厚板边缘。

L
S2
S1
L
α

L≥4（S1-S2）或α≤14°
图3.4.8.3
3.4.8.4　定位焊
（1）定位焊缝应符合下列规定：
焊件组对可使铝材定位板在坡口外点焊定位，也可在坡口内点固。焊接定位焊缝时，选用的焊丝应与母材相匹配。
定位焊缝应有适当的长度、间距和高度，以保证其有足够的强度而不致在焊接过程中开裂。
定位焊缝如发现缺陷应及时处理，对作为正式焊缝一部分的根部定位焊缝，还应将其表面的黑粉、氧化膜清除，并将两端修整成缓坡形，拆除定位板时不应损伤母材，拆除后应将残留焊肉打磨至与母材表面齐平。
3.5　焊接过程及应注意的问题
3.5.1　手工钨级氩弧焊应采用交流电源，熔化极氩弧焊应采用直流电源，焊丝接正极，焊机使用前，应检查其接地是否完好，冷却水路和气路是否畅通，其各项功能是否能正常工作。
3.5.2　为了减少焊接变形，应采用合理的施焊方法和顺序，或进行刚性固定，并预先考虑收缩余量。
3.5.3　正式焊接前，可在试板上进行堆焊试验，调整好各工艺参数，并确认无气孔后再进行正式焊接。
3.5.4　在保证焊缝熔透和熔合良好的条件下，应在焊接工艺规程允许范围内尽量采用大电流、快焊速施焊，焊丝的横向摆动幅度不宜超过其直径的三倍。
3.5.5　无特殊要求时焊件焊前不进行予热，多层焊时层面温度应尽可能低，不宜高于100℃。
3.5.6　焊接过程中焊丝端部不应离开氩气保护区，焊丝送进时与焊缝表面的夹角宜在15℃左右，焊枪与焊缝表面的夹角宜保持在80°～90°之间。对于厚度≥4mm的立焊和横焊位置的焊缝，当条件允许时底层焊接可采用双面同步氩弧焊工艺。
3.5.7　焊接过程中，焊层内的氧化膜、过高焊肉及其它焊接缺陷必须清除，对需要清根的双面焊或进行封底焊的焊缝应采用机械法清理焊根。
3.5.8　纵焊缝两端应装上铝制的引弧板和熄弧板，纵环焊缝清除弧坑后接续焊时，也宜在引弧板上引燃电弧，待电弧燃烧稳定后再进行焊接。
3.5.9　当喷嘴上有明显阻碍氩气气流流通的飞溅物附着时，必须将飞溅物清除或更换喷嘴，当钨极出现污染、形状不规则等现象时，必须修整或更换。
3.6　焊接工艺参数
各种焊接方法工艺参数的选择见下表：
表3.6(1) 手工钨极氩弧焊焊接工艺参数
母材厚度(mm)
焊丝直径(mm)
钨极直径(mm)
喷嘴直径(mm)
氩气流量 (L/min)
焊接电流(A)
焊接层数
1.5～3
2～3
2～3
8～12
4～10
40～110
1
4～8
3～5
3～5
10～14
8～14
100～250
1～3
10～12
5～6
5～6
12～16
12～16
240～300
3～4
14～16
6
6～7
14～18
14～18
280～360
4～5
18～20
6
6～7
16～20
16～18
280～380
5～6
表3.6(2) 手工钨极双面同步氩弧焊焊接工艺参数
母材厚度(mm)
焊丝直径(mm)
钨极直径(mm)
喷嘴直径(mm)
氩气流量(L/min)
焊接电流A
4～6
4～5
3～4
12～14
10～12
60～110
8～10
5～6
3～4
12～14
12～14
130～170
12～14
5～6
3～4
12～16
12～16
170～210
16～18
5～6
4～5
16～18
16～18
210～240
注：①焊接电流系指底层焊接时每台焊机的电流值
②覆盖层由一名焊工施焊其焊接工艺参数见《手工钨极氩弧焊焊接工艺参数》
③当母材厚度≥10mm时，焊前可进行100～150℃预热。
表3.6(3)　　熔化极半自动氩弧焊焊接工艺参数
母材厚度
(mm)
焊丝直径
(mm)
喷嘴直径
(mm)
氩气流量
(L/min)
焊接电流
(A)
电弧电压
(V)
焊接层数
正面/反面
8～10
1.6～2.5
20
25～30
140～280
20～30
1～2/1
12～14
2.5～3
20
25～30
260～300
25～30
2/1～2
16～18
2.5～3
20
30～35
300～360
28～35
2/2
20～22
2.5～3
20
35～40
330～360
35～40
2/2
表3.6(4) 熔化极自动氩弧焊焊接工艺参数
母材厚度
(mm)
焊丝直径
(mm)
喷嘴直径
(mm)
氩气流量
(L/min)
焊接电流
(A)
电弧电压
(V)
焊接速度
(Cm/min)
焊接层数
正面/反面
10
3
28/17
30～40
280～310
24～26
25～40
1/1
12
3
28/17
30～40
290～320
24～26
25～40
1/1
16
4
28/17
30～40
380～420
26～30
25～40
1/1
20
4
28/17
35～45
460～520
28～34
25～40
1/1
25
4
28/17
40～50
480～550
28～36
25～40
1/1
3.7 焊接环境
3.7.1 当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：
3.7.1.1 气体保护焊风速大于1.5m/s；
3.7.1.2 相对湿度大于80%：
3.7.1.3 焊件温度低于5℃
3.7.1.4 雨雪环境
3.7.2 当焊件温度低于5℃时，应在始焊处100mm范围内预热到15左右（指焊前不预热的情况）。
3.8　焊缝返修
3.8.1 焊缝返修应在压力试验之前进行，对要求焊缝返修的缺陷应当分析产生原因，提出改进措施，编制焊接返修工艺。
3.8.2　返修前需将缺陷清除干净，必要时可采用表面无损检测确定。
3.8.3　焊缝返修应由合格的焊工担任，返修工艺措施应经焊接技术负责人批准，同一部位的返修次数不应超过两次，对经过两次返修仍不合格的焊缝如再进行返修应经施工技术负责人批准。
3.8.4　返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同。
3.9　产品焊接试板
铝制压力容器的制造、组焊要按JB/T4734的要求焊制产品焊接试板，产品试板的要求，检验方法、取样部位、试验方法及合格标准按JB/T4734规定执行。
4　焊接质量检验
4.1　焊前检验包括
4.1.1　母材、焊接材料
4.1.2　焊接设备、仪表、工艺装备
4.1.3　焊接坡口、接头装配及清理
4.1.4　焊工资格
4.1.5　焊接工艺文件
4.2　施焊过程中的检验包括
4.2.1　焊接规范参数
4.2.2　执行焊接工艺情况
4.2.3　执行技术标准情况
4.2.4　执行图样情况
4.3　焊后检验包括
4.3.1　实际施焊记录
4.3.2　焊缝外观及尺寸
4.3.3　产品焊接试板、焊接工艺纪律检查试板（铝制容器及设计要求时）
4.3.4　无损检测
4.3.5　压力试验、致密性试验
4.4　焊缝外观质量要求
4.4.1 焊缝外观质量要求
表4.4.1 焊缝外观质量要求
母材厚度（mm）
焊缝余高（mm）
咬边深度
咬边长度
表面凹陷
≤10
≤3
≤0.5
两侧咬边总长
板材＜焊缝总长的10%
管材＜焊缝总长的20%
除仰焊位置单面焊内表面允许有＜0.2壁厚且＜2mm的凹陷外，其它位置不允许凹陷即不得低于基本金属
＞10
≤1/3母材厚度且＜5mm
≤0.8
4.4.2　角焊缝的焊角高度应等于或大于两焊件中较薄焊件母材厚度的70%且不应小于3mm。
4.4.3　焊缝应与表面圆滑过渡，其表面不得有裂纹、未熔合、气孔、氧化物夹渣等缺陷。
5 成品保护
5.1 焊缝完成后严禁敲打、碰砸焊缝及热影响区，对装有仪表、调节阀等区域应遮挡保护。
5.2 严禁在近缝区点焊临时支架。
5.3 凡在管道附近进行切割作业时应及时挡护，杜绝切割残渣、氧化物伤及管道和焊缝。
5.4 严禁利用已完成的管道做支吊点。
6 职业健康安全和环境管理

6.1 施工过程危害辩识及控制措施
表6.1 施工过程危害辩识及控制措施
序号
作业活动
危 险 源
控 制 措 施
1
现场管理
人员伤害
作业前进行安全技术交底，特殊工种必须培训，并持有安全操作证。
2
焊接施工
火 灾
老装置区施工办动火证。施工区域5米内不得有易燃易爆物。且有看火员。
3
检修焊接
人员设备损坏
在盛装过易燃、易爆、有毒介质的设备管道上作业。必须清理置换干净，且化验合格后才能施焊。
4
容器内施焊
触电、中毒、窒息
在盛装过易燃易爆介质的设备、容器管道内施工，必须清理置换，化验合格后方可施工，并一定要切断易燃易爆介质通道
5
施工用电
触 电
施工所用电源必须接地、接零和设置漏电保护器 ，行灯或容器内作业使用安全电压照明。
6
劳保品使用
人员伤害
正确穿戴防护服、绝缘鞋、手套，磨砂轮应戴护目镜，焊接作业时应戴安全帽式的防护面罩
7
高空作业
高空坠落
高空作业前应体检合格，正确使用安全带
6.2 环境因素识别及控制措施
表6.2 环境因素识别及控制措施
序号
作业活动
环境因素
控 制 措 施
1
砂轮、气刨
噪 声
周边有民用住区时要进行噪声测定，不在夜间施工，必要时安排在降噪工作棚施工
2
焊 接
弧光辐射
焊接距周边施工人员近时要对弧光进行遮挡，防止电焊弧光打眼。
3
焊接施工
垃 圾
现场焊接废弃物，焊条包装塑料代、塑料筒、纸箱、焊条头、砂轮残核，应及时收集分类堆放。避免造成环境污染。