铝板表面的清洗问题

铝板表面的清洗问题张庆生（开封东京空分集团有限公司，河南省开封市北关街8号475001）摘要：在空分设备中，精馏塔部分塔内工作温度为-180℃，由于铝材的低温性能，因而全部采用铝材，而铝板清洗成为了突出问题，铝板清洗的目的是为铝板形成表面氧化层及铝板之间的焊接创造良好的表面条件。但在铝板焊接加工过程中常发现，焊缝表面存在气孔、夹渣、未焊透等现象，找其原因主要是铝板清洗后表面不清洁，经过试验，确定试验后的清洗方案。文章详细叙述了清洗工步及配方，最后总结了铝板清洗过程中的注意事项。关键词：铝材的低温性能；配料；清洗；腐蚀量；清洗时间；腐蚀速度ThecleanofthealuminumplanksurfaceproblemZhangQing­sheng(KaifengDongjingAirSeparationGroupCo.,Ltd.,8#BeiguanStreet,Kaifeng475001,Henan,P.R.China)Abstract:Intheemptycentequipments,fine'sdistilingthetowerworktemperatureinsidepartsoftowersis-180℃,becauseofthelowtemperaturefunctionofthealuminummaterial,asaresultalladoptionaluminummaterials,butthealuminumplankcleanedtobecomeanoutstandingproblem,thealuminumplankcleanofthepurposeisforthealuminumplanktobecomeathatthesurfaceoxidizesalayerandthealuminumplanktoweldtocreateagoodsurfacecondition.Butoftendiscoverinthealuminumplankweldprocesstheprocess,theWeldsewssurfaceexistencepore,cliparesidue,don'tWelddeeplyetc.phenomenon,seekitsreasonmainlyisthealuminumplanktocleanandsweepafterthesurface,hasbeenexperiment,aftermakingsuretoexperimentofcleanaproject,thearticledescribestosettletowashtheworkstepandformulationindetail,tallyingupthealuminumplanktocleantheregulationintheprocessfinally.Keywords:Thelowtemperaturefunctionofthealuminummaterial；Gotogetherwithtoanticipate；Clean；Decayquantity；Cleantime；Decayspeed——————在空分设备中，精馏塔部分塔内工作温度为-180℃，由于铝材的低温性能（铝材用于压力容器的最低温度-269℃），因而全部采用铝材，铝板清洗成为了突出问题，铝板清洗是为了去除其表面的油封、油垢、斑锈等杂质及氧化膜，为铝板形成表面氧化层及铝板之间的焊接创造良好的表面条件。但在铝板焊接加工过程中常发现，焊缝表面存在气孔、夹渣、未焊透等现象，找其原因主要是铝板清洗后表面不清洁，还留有油斑，碱斑及大面积的水迹、黄斑点、黑斑点等，经过分析，发现配方有问题，由于铝是比较活泼的金属，其标准电极电位（-1.67V），铝是易钝化金属，在空气极易钝化，表面生成一层致密而坚硬的氧化物(Al2O3)薄膜，该薄膜很容易吸收水分，它不仅妨碍焊缝的良好熔合，而且易生成气孔和夹渣，从而降低了焊缝的力学性能。因而增加了去除氧化膜清洗液，即：16～21％的硫酸（H2SO4）和3％的氟化钠（NaF），使其与氧化膜发生化学反应，生成易熔的物质，表面露出金属光泽。同时加大清洗液的配方比例后，厚的铝板清洗问题解决了，而对于1.5mm厚度以下薄铝板，往往其在池中被腐蚀的很薄，有的较薄的铝板在池中就被腐蚀完了，由此来看应减小腐蚀量，重新调配清洗液的配方比例，并由腐蚀量根据腐蚀速度、腐蚀介质浓度、温度确定浸洗时间，在经过多次试验后，并每次做好工艺记录、对清洗试验进行可行工艺分析，最终确定对于1.5mm厚度以下薄铝板不同厚度铝板总的腐蚀量（详细1.5mm厚度以下铝板总腐蚀量表），使清洗后的铝板表面，达到了设计要求，问题解决。铝板焊接前的处理工作十分重要，为了保证铝板的表面质量、焊接质量，要采取严格的清洗方案措施，彻底清除铝板表面及焊接接头上的油垢和氧化膜。清洗的好坏程度直接关系到铝板的表面质量、焊接质量。铝板清洗主要有脱脂去油清洗、化学清洗和机械清洗三种，现述试验后的清洗方案。1多功能清洗池如图1所示，可清洗任意厚度，最大板幅1500mm×6000mm的整张铝板及外圆直径≤ф3800的铝制筒体内外两面清洗的多功能清洗池形状，备有三个清洗池，分别为去除氧化膜池、碱池、酸池。去除氧化膜池全部为16mm厚的塑料板，抗氧化；碱池为碳钢结构，内衬：贴八遍环氧(EP)玻璃钢（厚6mm）；外衬：贴五遍环氧玻璃钢，能耐碱腐蚀；酸池为碳钢结构，内衬：贴八遍环氧玻璃钢（厚6mm）加耐酸材料（衬耐酸橡胶板二层）；外衬：贴六遍耐酸玻璃钢，能耐酸腐蚀。2铝板表面的清洗（1）清洗前准备○1清洗车间清洗工人在辅料库按配料单领取配料，在各清洗池中，配出清洗液。○2清洗前对铝板表面粘附的污物要去除干净。○3装夹要求铝板表面不相互重叠，铝板之间不可贴紧，留有间隙，保证铝板表面与清洗液充分接触，不得使铝板表面有刻划及碰伤变形。（2）具体工艺方法○1物理去油：铝板表面有明显油渍、污垢，用棉纱擦除。○2化学去油：用专用行车及起吊工装把铝板吊入煤油清洗池中清洗，清洗液配比为10％煤油，煤油层最少保持在100㎜以上，其余为1～3％2号乳化油调制的乳化液，温度40℃～60℃浸洗7～10次，能全部溶解油性污染物至清洗干净为止。从煤油清洗池出来后，铝板再吊入清水池内清洗，铝板漫漫吊离清水池时，同时用有一定压力的水柱冲洗铝板两侧表面。○3去除氧化膜：用专用行车及起吊工装把铝板吊入去除氧化膜池中清洗，配制溶液时，池内注入定量的水后才能加入化学药品，配料后，用蒸汽加热并搅拌，使溶液均匀后，即可使用，每周化验硫酸含量并及时添加，作用缓慢时，可添加氟化钠，硫酸-氟化钠腐蚀量见表1。表1硫酸-氟化钠腐蚀表（可用横截面显微法测定铝板氧化膜厚度）介质名称浓度％温度℃时间分双面腐蚀量㎜硫酸-氟化钠16～21H2SO43％NaF室温20～307～100.006～0.007从去除氧化膜池出来后，铝板再吊入清水池内清洗，铝板漫漫吊离清水池时，同时用有一定压力的水柱冲洗铝板两侧表面。○4碱洗：用专用行车及起吊工装把铝板吊入碱池中清洗，用浓度7～10％的氢氧化钠，温度40℃～60℃的溶液进行浸洗，碱液浓度每天化验一次，浓度不得超过规定值，不同厚度铝板清洗时间见表2。表2铝板碱洗时间表铝板厚度0.25mm以下0.25～6mm6～10mm10～20mm碱洗溶液浸洗时间≤40秒≤60秒≤2分钟3分钟从碱池出来后，铝板再吊入冷水清水池内清洗，清洗2分钟，铝板漫漫吊离清水池时，同时用有一定压力的水柱冲洗铝板两侧表面。○5酸洗：用专用行车及起吊工装把铝板吊入酸池中，用15～30％的稀硝酸溶液室温清洗1～3分钟进行中和处理至中性，酸液浓度每周化验一次并及时添加。从酸池出来后，铝板再吊入50℃～60℃热水清水池内清洗2～3分钟，铝板漫漫吊离清水池时，同时用有一定压力的水柱冲洗铝板两侧表面。○6清洗合格后，及时将铝板放在100℃～150℃干燥箱中烘干约30分钟，也可风干。在生产过程中，应尽量避免前道工序残留在铝板表面的清洗液带到下道工序，清洗检查员按工步检查每一工步的清洗质量及腐蚀量，检查方法：用清洁干燥的白色滤纸擦拭铝板表面，纸上无油迹为合格，每张铝板检查部位必须≥3处。其每一工步检查过程示意如下：配料——物理去油——水洗——化学去油——水洗——去氧化膜——水洗——碱洗——水洗——酸洗——水洗——烘干铝板经过清理后，最好能及时施焊，因为在存放过程中又会重新生成氧化膜，所以在清理完毕到焊前的时间间隔应尽量短，最多不要超过24小时，超过规定时间，需要重新清理。湿度大的生产场地，时间还要短些。3注意事项（1）铝板清洗后，还留有油斑，碱斑及大面积的水迹，需重新用氢氧化钠溶液清洗并经稀销酸中和处理，也可机械清洗（采用锉刀、刮刀、铣刀及ф0.2mm不锈钢丝刷对铝板及焊接接头位置清洗，但不得使用砂轮或砂布清洗）至光亮平滑，不损伤工件为合格，有些化学清洗后又玷污时，局部可用丙酮有机溶剂擦洗，由于四氯化碳有机溶剂破坏臭氧层物质，所以不得用作清洗剂，在进行化学清洗的时候，加热温度与溶液浓度不能过高，否则化学反应过分剧烈，会形成一层白色薄膜，影响焊接质量，降低铝板的使用寿命，化学清洗后，坡口及铝板两侧板面残留溶液必须用水冲洗干净，否则会造成局部点状腐蚀，清洗液按规定日期定时检查，如溶液相当污脏且作用缓慢时，可以调换新配溶液。（2）清洗用夹具、用具如篓、框等必须用耐清洗液腐蚀的材料，且对铝板无其他影响，铝板不应有刻划碰伤、变形等缺陷，非铝材的材料不能与铝板混淆清洗。（3）在保证清洗质量前提下尽量减少腐蚀量。如果没有清洗干净的允许单件再次清洗（但清洗后，铝板厚度不能小于图纸要求），氢氧化钠、硫酸-氟化钠腐蚀量由腐蚀速度确定清洗时间，氢氧化钠、硫酸-氟化钠腐蚀速度见表3；尤其对薄的铝板清洗时，要注意控制铝板总的腐蚀量，1.5mm厚度以下铝板总的腐蚀量见表4。表3氢氧化钠、硫酸-氟化钠腐蚀速度表介质名称浓度％温度℃双面腐蚀速度氢氧化钠7～1040～600.014mm/分硫酸-氟化钠16～21H2SO43％NaF室温20～300.0006～0.0007mm/分表41.5mm厚度以下铝板总腐蚀量表薄铝板板厚0.25mm以下＞0.25～0.75mm＞0.75～≤1.5mm薄铝板腐蚀量＜0.01mm＜0.012mm＜0.013mm（4）且严禁各种明火及火花，以防发生爆炸及火灾，清洗间要求通风良好，操作人员必须戴防护用品，在配液加放有毒及强腐蚀的药品时，必须戴口罩，皮肤不应暴露在外，如果氟化钠粉尘或溶液沾染了皮肤应立刻用冷水冲洗干净。参考文献：[1]黄旺福，黄金刚．铝及铝合金焊接指南[M]．湖南：湖南科学技术出版社，2004．[2]魏锋，涂善东，刘福录，张延丰，寿比南等．压力容器用材料及热处理[M]．北京：化学工业出版社，2005．[3]JB/T4734-2002．铝制焊接容器[S]．2002．[4]TSGR0004-2009．固定式压力容器安全技术监察规程[S]．2009．[5]JB/T6896-2007．空气分离设备表面清洁度[S]．2007．作者简介：张庆生，男，1962年生，工程师，毕业于洛阳工学院机械制造工艺与设备专业，现为开封东京空分集团有限公司设计研究院工艺室主任，从事空气分离设备工艺及高压绕管式换热器绕管机的设计工作。联系电话：[phone]电子信箱：[e-mail]