石油化工裝置施工焊接材料和工藝參數的選擇

不大不小謝

2017年6月29日 10:59

學術論文石油化工裝置施工焊接材料和工藝參數的選擇

王亞麗（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 210046）

摘要：石油化工行業是不可忽視的重要產業。在這個產業的發展進程中，焊接施工是不可缺少的重要部分。在石油化工企業的焊接工程施工中，選取適宜的焊接材料和工藝參數，是保證焊接質量的前提。焊接材料和工藝參數的優化選擇也可以極大地保障石油化工裝置的穩定、長時間而優質的運行。文章就石油化工裝置施工的標準及規定、進行施工焊接材料的合理選擇和總結。

關鍵詞：石油化工；裝置；焊接材料；工藝參數；選擇

1 石油化工裝置施工焊接相關工藝分析

1.1 鐵素體碳或低合金鋼

在石油化工裝置工程施工之中，針對鐵素體碳或低合金鋼，可以選擇鐵素體型焊接材料。在采用鐵素體型焊接材料的過程中，要保持焊接接頭的低溫沖擊試驗溫度與母材的沖擊溫度的一致性，還要注意焊縫金屬以及熔合線也要與母材具有契合性。對于異種鋼的焊接工藝，要注重選取韌性要求較高的母材材料，還要在焊接工藝實施的過程中，關注和提升焊接接頭的抗拉強度，使其不低于于母材最低抗拉強度的較小值。

1.2 低碳馬氏體低溫鋼

針對低碳馬氏體低溫鋼如9%Ni鋼，所選用的焊接材料應具有與母材相一致的低溫韌性和線膨脹系數。若選用和母材成分相近的焊縫合金系統，則焊縫金屬的低溫韌性將比母材低得多，因為焊縫為鑄態組織，且含氧量較多通常采用鎳基合金焊接材料，焊后焊縫為奧氏體組織，雖然強度較低，但低溫韌性好，而且熱膨脹系數與9%Ni鋼接近。焊接時，應注意控制線能量，及層間溫度。

1.3 鐵素體鋼和奧氏體鋼

在選擇鐵素體鋼和奧氏體鋼的異種鋼焊接材料中，其焊接工藝也要注重焊接接頭的抗拉強度，使其抗拉強度不低于母材的最低抗拉強度，并保持沖擊功與母材的一致性。就焊接形式而言，鐵素體鋼與奧氏體鋼之間的異種鋼焊接主要根據其焊件的形狀、厚度要求及實際環境不同，采用不同的焊接接頭形式，常見的主要有對接接頭、T形接頭、角型接頭、搭接接頭等（見圖1）。

圖1 常見焊接接頭形式

在上述常見的焊接接頭形式之中，對接接頭和T型接頭具有良好的壓力承載性能，也可以極為有效地減輕自身的重量，具有廣泛的實際適用性特點，在石油化工裝置施工焊接工程中應用較為普遍；角型接頭有其特殊的應用特點和優勢，它主要適用于平蓋和筒體的連接，并且其主要承受的荷載力主要是剪應力；搭接接頭則相對應用較少，由于這種形狀是由鉚接結構轉變而成的，顯示出與石油化工焊接結構不適合的缺陷和問題，因而應用較少。

1.4 具體施工焊接工藝中的注意事項

在石油化工裝置施工焊接工藝過程中，為了全部貫通對焊縫根部的焊接，要預留一定的間隙；對于大于6mm厚度的母材，還要開不同形式的坡口，在開坡口的過程中預留鈍邊，以避免母材被焊穿。施工過程中，注意焊縫根部要焊透、預留的坡口也要便于加工，還要注意在對母材焊接之后確保較小的變形量。

在石油化工裝置焊接施工中，要使金屬具有焊接性，即金屬焊接材料在工藝環境和條件中，可以通過焊接的工藝生成優質的接頭。通常而言，普通的焊接工藝即可生成優質接頭，即為焊接性良好；反之，復雜化的焊接工藝才能生成優質接頭，則為焊接性差。在這個概念之中，其焊接工藝環境和條件主要是指焊接材料、焊接方法、焊接參數、焊接工藝等；優質接頭是指焊接接頭的荷載能力、抗腐蝕能力、沖擊韌性等。

2 石油化工裝置施工焊接相關的參數分析

在石油化工裝置施工焊接過程中，焊接工藝和規范涉及的參數直接影響焊接的質量，所以需要對此備加關注。明晰石油化工裝置施工焊接工藝相關的主要參數內容，了解其性質和應用特點，以確保石油化工裝置施工焊接的規范性和質量。具體可以從以下幾個參數加以分析和思考：

2.1 主要參數之一—焊接電流

焊接電流是石油化工裝置施工焊接中的重要參數。它必須保持大小適宜的電流量，避免焊接電流量過大或過小。這主要是由于當焊接電流量過大時，容易出現“咬邊”的現象，影響焊接成形質量；當焊接電流量過小時，又容易殘留夾渣或氣孔，無法實現對母材根部的焊透，而導致出現焊接缺陷。同時，值得一提的是，對焊接電流的適當增大，可以增加熔深，對于一些厚度較大的母材比較適合。對于不同的材料，焊接電流應有所區別。比如，對于奧氏體不銹鋼，焊接電流適當小些，可以減少熱裂紋和晶間腐蝕的傾向；而對于珠光體耐熱鋼，焊接電流可適當大些，以減少冷裂紋傾向等。

2.2 主要參數之二—電弧電壓

這個參數對于焊縫的尺寸和形狀有直接的、重要的關聯性，也是不可忽略的石油化工裝置施工焊接工藝內容。要在石油化工裝置焊接施工過程中，注重選取相匹配的電弧電壓，確保電弧電壓與焊接電流的一致性，保持電弧電壓與焊接電流之間的協調。當焊接電流提高時，必須相應增大電弧電壓，以實現兩者的匹配性，確保焊接質量。在焊接過程中，還要注意保持電弧電壓值，要避免電弧電壓過高或過低的現象。這主要是由于當電弧電壓過高時，難免會生成較大面積的焊縫，對根部也無法完全焊透；當電弧電壓過低時，則會導致板材邊界處的焊接熔合不良，也不可避免地會形成既高且窄的焊縫，它們都會影響焊接的質量。

2.3 主要參數之三—焊接速度

在石油化工裝置施工焊接工程之中，焊接的速度快慢也會極大地影響焊縫的外觀。要保持快慢適宜的焊接速度，并且還要注意焊接速度與焊接電流、電弧電壓的匹配性。如果焊接速度與焊接電流和電弧電壓匹配良好，則會形成優質的焊縫；如果焊接速度沒有保持與焊接電流和電弧電壓的匹配性，則難以保證焊接的質量。因而，要準確把握焊接的速度，避免焊接速度過快或過慢的現象。如果焊接速度過快，則不可避免地會產生“咬邊”、沒有充分焊透的現象，還容易生成小部分氣孔；如果焊接速度過慢，則不可避免會產生難看的焊瘤，導致溢流的缺陷。電流、電壓、焊接速度共同決定了線能量，而線能量對焊縫的沖擊韌性有直接影響。

2.4 主要參數之四—焊條或焊絲的直徑

在石油化工裝置施工焊接工藝中，焊條或焊絲的直徑也是重要參數。對于板材較厚的部位，可以選擇較粗直徑的焊條或焊絲，同時還要考慮接頭的形式以及焊接的部位因素。

3 石油化工裝置施工焊接材料的選擇原則與應用

3.1 石油化工裝置施工焊接材料選擇的原則

（1）要以焊接標準規范的要求為依據，進行焊接材料的選擇。在石油化工裝置施工焊接材料的選擇過程中，要以現行的標準規范為依據，具體主要有：①焊接球罐要以GB12337《鋼制球形儲罐》的規范標準為依據，選擇低氫型焊接材料；②焊接管道要以GB50236、SHJ3501的規范標準為依據，選擇“按低匹配”的焊接材料；③焊接異種鋼要以SHJ3526《石油化工異種鋼焊接規程》的規范標準為依據，進行適宜焊接材料的選擇。

（2）石油化工裝置施工焊接材料以國家和行業的相關標準為依據，科學合理的選擇和使用。現場焊接必須符合焊接工藝評定合格要求。在石油化工裝置焊接施工中，焊接材料的選用，要基于焊接工藝評定，待評定合格之后，再編制焊接工藝規程，實際應用于現場焊接施工之中。

（3）注重石油化工裝置的易燃易爆特性進行選擇。由于石油化工裝置具有易燃易爆特性，因而在選擇焊接材料時，要考慮以下情況：①新發展的鋼種要由專業的生產廠家提供焊接材料，依據設計說明資料加以合理的選擇；②注重依照設計圖紙和設計說明，選擇適宜的焊接材料，而不能僅僅憑據企業內部的焊接工藝評定材料；③對于焊接材料的性能相差相大時，可以采用加“過渡焊”或“堆焊層”的策略，實施現場焊接。

3.2 石油化工裝置施工焊接材料的選擇應用

（1）選擇適宜的焊條。①依據焊條的物理性能選擇：比如Q235應當選擇J42×焊條，不宜選擇J50×焊條；②依據焊條的力學性能選擇：15CrMo要選擇R307焊條，而不能選擇R207焊條；③依據化學性能選擇：當16Mn鋼應用于關鍵部位的焊接時，應當選擇J506或J507等堿性焊條；④依據不同的施工條件選擇：比如對一般的18-8系列的奧氏體不銹鋼，當耐腐蝕要求較低的環境下，選擇A102或A107焊條；當耐腐蝕要求較高時，選擇A132、A137或A002焊條；⑤依據不同的焊件結構選擇：厚度較大的焊件可以選擇低氫型焊條或高韌性焊條；坡口較小的接頭可以選擇大熔深焊條；長輸管線可以選擇纖維素型焊條。

（2）選擇適宜的焊絲和焊劑。焊絲和焊劑通常是一個組合體。在焊接低碳鋼時，選擇H10Mn2焊絲搭配HJ130焊劑；在使用珠光體耐熱鋼時，使用Cr-Mo鋼焊絲搭配HJ251焊劑；在低碳鋼的薄板部位選擇H08A焊絲搭配HJ432焊劑。