石油化工裝置施工焊接材料和工藝參數(shù)的選擇

王亞麗

（中石化南京工程有限公司，江蘇 南京 210046）

石油化工裝置施工焊接材料和工藝參數(shù)的選擇

王亞麗

（中石化南京工程有限公司，江蘇 南京 210046）

石油化工行業(yè)是不可忽視的重要產(chǎn)業(yè)。在這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中，焊接施工是不可缺少的重要部分。在石油化工企業(yè)的焊接工程施工中，選取適宜的焊接材料和工藝參數(shù)，是保證焊接質(zhì)量的前提。焊接材料和工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇也可以極大地保障石油化工裝置的穩(wěn)定、長時間而優(yōu)質(zhì)的運行。文章就石油化工裝置施工的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定、進(jìn)行施工焊接材料的合理選擇和總結(jié)。

石油化工；裝置；焊接材料；工藝參數(shù)；選擇

1 石油化工裝置施工焊接相關(guān)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(guān)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(yīng)具有與母材相一致的低溫韌性和線膨脹系數(shù)。若選用和母材成分相近的焊縫合金系統(tǒng)，則焊縫金屬的低溫韌性將比母材低得多，因為焊縫為鑄態(tài)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(shù)與9%Ni鋼接近。焊接時，應(yīng)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(jù)其焊件的形狀、厚度要求及實際環(huán)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(yīng)用較為普遍；角型接頭有其特殊的應(yīng)用特點和優(yōu)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(yīng)力；搭接接頭則相對應(yīng)用較少，由于這種形狀是由鉚接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而成的，顯示出與石油化工焊接結(jié)構(gòu)不適合的缺陷和問題，因而應(yīng)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(yù)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(yù)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(yù)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(huán)境和條件中，可以通過焊接的工藝生成優(yōu)質(zhì)的接頭。通常而言，普通的焊接工藝即可生成優(yōu)質(zhì)接頭，即為焊接性良好；反之，復(fù)雜化的焊接工藝才能生成優(yōu)質(zhì)接頭，則為焊接性差。在這個概念之中，其焊接工藝環(huán)境和條件主要是指焊接材料、焊接方法、焊接參數(shù)、焊接工藝等；優(yōu)質(zhì)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(guān)的參數(shù)分析

在石油化工裝置施工焊接過程中，焊接工藝和規(guī)范涉及的參數(shù)直接影響焊接的質(zhì)量，所以需要對此備加關(guān)注。明晰石油化工裝置施工焊接工藝相關(guān)的主要參數(shù)內(nèi)容，了解其性質(zhì)和應(yīng)用特點，以確保石油化工裝置施工焊接的規(guī)范性和質(zhì)量。具體可以從以下幾個參數(shù)加以分析和思考：

2.1 主要參數(shù)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(shù)。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(dāng)焊接電流量過大時，容易出現(xiàn)“咬邊”的現(xiàn)象，影響焊接成形質(zhì)量；當(dāng)焊接電流量過小時，又容易殘留夾渣或氣孔，無法實現(xiàn)對母材根部的焊透，而導(dǎo)致出現(xiàn)焊接缺陷。同時，值得一提的是，對焊接電流的適當(dāng)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(yīng)有所區(qū)別。比如，對于奧氏體不銹鋼，焊接電流適當(dāng)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(dāng)大些，以減少冷裂紋傾向等。

2.2 主要參數(shù)之二—電弧電壓

這個參數(shù)對于焊縫的尺寸和形狀有直接的、重要的關(guān)聯(lián)性，也是不可忽略的石油化工裝置施工焊接工藝內(nèi)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(xié)調(diào)。當(dāng)焊接電流提高時，必須相應(yīng)增大電弧電壓，以實現(xiàn)兩者的匹配性，確保焊接質(zhì)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(xiàn)象。這主要是由于當(dāng)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(dāng)電弧電壓過低時，則會導(dǎo)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(zhì)量。

2.3 主要參數(shù)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(yōu)質(zhì)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(zhì)量。因而，要準(zhǔn)確把握焊接的速度，避免焊接速度過快或過慢的現(xiàn)象。如果焊接速度過快，則不可避免地會產(chǎn)生“咬邊”、沒有充分焊透的現(xiàn)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(chǎn)生難看的焊瘤，導(dǎo)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(shù)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(shù)。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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求為依據(jù)，進(jìn)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(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，具體主要有：①焊接球罐要以GB12337《鋼制球形儲罐》的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，選擇低氫型焊接材料；②焊接管道要以GB50236、SHJ3501的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，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(guī)程》的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，進(jìn)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(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，科學(xué)合理的選擇和使用。現(xiàn)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(guī)程，實際應(yīng)用于現(xiàn)場焊接施工之中。

（3）注重石油化工裝置的易燃易爆特性進(jìn)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(fā)展的鋼種要由專業(yè)的生產(chǎn)廠家提供焊接材料，依據(jù)設(shè)計說明資料加以合理的選擇；②注重依照設(shè)計圖紙和設(shè)計說明，選擇適宜的焊接材料，而不能僅僅憑據(jù)企業(yè)內(nèi)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(xiàn)場焊接。

3.2 石油化工裝置施工焊接材料的選擇應(yīng)用

（1）選擇適宜的焊條。①依據(jù)焊條的物理性能選擇：比如Q235應(yīng)當(dāng)選擇J42×焊條，不宜選擇J50×焊條；②依據(jù)焊條的力學(xué)性能選擇：15CrMo要選擇R307焊條，而不能選擇R207焊條；③依據(jù)化學(xué)性能選擇：當(dāng)16Mn鋼應(yīng)用于關(guān)鍵部位的焊接時，應(yīng)當(dāng)選擇J506或J507等堿性焊條；④依據(jù)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(dāng)耐腐蝕要求較低的環(huán)境下，選擇A102或A107焊條；當(dāng)耐腐蝕要求較高時，選擇A132、A137或A002焊條；⑤依據(jù)不同的焊件結(jié)構(gòu)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。

4 結(jié)束語

石油化工裝置施工焊接材料和工藝參數(shù)對于石油化工裝置的安全穩(wěn)定、可靠運行有直接的關(guān)聯(lián)。關(guān)注石油化工裝置施工焊接過程中的重要參數(shù)，并依照一定的原則，實現(xiàn)對施工焊接材料的選擇，使其能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量和性能。

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TE65

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2096-2789（2016）12-0129-02