石油化工装置施工焊接材料和工艺参数的选择

2016-02-11王亚丽

工程技术研究 2016年12期

关键词：焊条电弧母材

王亚丽

（中石化南京工程有限公司，江苏南京 210046）

石油化工装置施工焊接材料和工艺参数的选择

王亚丽

（中石化南京工程有限公司，江苏南京 210046）

石油化工行业是不可忽视的重要产业。在这个产业的发展进程中，焊接施工是不可缺少的重要部分。在石油化工企业的焊接工程施工中，选取适宜的焊接材料和工艺参数，是保证焊接质量的前提。焊接材料和工艺参数的优化选择也可以极大地保障石油化工装置的稳定、长时间而优质的运行。文章就石油化工装置施工的标准及规定、进行施工焊接材料的合理选择和总结。

石油化工；装置；焊接材料；工艺参数；选择

1 石油化工装置施工焊接相关工艺分析

1.1 铁素体碳或低合金钢

在石油化工装置工程施工之中，针对铁素体碳或低合金钢，可以选择铁素体型焊接材料。在采用铁素体型焊接材料的过程中，要保持焊接接头的低温冲击试验温度与母材的冲击温度的一致性，还要注意焊缝金属以及熔合线也要与母材具有契合性。对于异种钢的焊接工艺，要注重选取韧性要求较高的母材材料，还要在焊接工艺实施的过程中，关注和提升焊接接头的抗拉强度，使其不低于于母材最低抗拉强度的较小值。

1.2 低碳马氏体低温钢

针对低碳马氏体低温钢如9%Ni钢，所选用的焊接材料应具有与母材相一致的低温韧性和线膨胀系数。若选用和母材成分相近的焊缝合金系统，则焊缝金属的低温韧性将比母材低得多，因为焊缝为铸态组织，且含氧量较多通常采用镍基合金焊接材料，焊后焊缝为奥氏体组织，虽然强度较低，但低温韧性好，而且热膨胀系数与9%Ni钢接近。焊接时，应注意控制线能量，及层间温度。

1.3 铁素体钢和奥氏体钢

在选择铁素体钢和奥氏体钢的异种钢焊接材料中，其焊接工艺也要注重焊接接头的抗拉强度，使其抗拉强度不低于母材的最低抗拉强度，并保持冲击功与母材的一致性。就焊接形式而言，铁素体钢与奥氏体钢之间的异种钢焊接主要根据其焊件的形状、厚度要求及实际环境不同，采用不同的焊接接头形式，常见的主要有对接接头、T形接头、角型接头、搭接接头等（见图1）。

图1 常见焊接接头形式

在上述常见的焊接接头形式之中，对接接头和T型接头具有良好的压力承载性能，也可以极为有效地减轻自身的重量，具有广泛的实际适用性特点，在石油化工装置施工焊接工程中应用较为普遍；角型接头有其特殊的应用特点和优势，它主要适用于平盖和筒体的连接，并且其主要承受的荷载力主要是剪应力；搭接接头则相对应用较少，由于这种形状是由铆接结构转变而成的，显示出与石油化工焊接结构不适合的缺陷和问题，因而应用较少。

1.4 具体施工焊接工艺中的注意事项

在石油化工装置施工焊接工艺过程中，为了全部贯通对焊缝根部的焊接，要预留一定的间隙；对于大于6mm厚度的母材，还要开不同形式的坡口，在开坡口的过程中预留钝边，以避免母材被焊穿。施工过程中，注意焊缝根部要焊透、预留的坡口也要便于加工，还要注意在对母材焊接之后确保较小的变形量。

在石油化工装置焊接施工中，要使金属具有焊接性，即金属焊接材料在工艺环境和条件中，可以通过焊接的工艺生成优质的接头。通常而言，普通的焊接工艺即可生成优质接头，即为焊接性良好；反之，复杂化的焊接工艺才能生成优质接头，则为焊接性差。在这个概念之中，其焊接工艺环境和条件主要是指焊接材料、焊接方法、焊接参数、焊接工艺等；优质接头是指焊接接头的荷载能力、抗腐蚀能力、冲击韧性等。

2 石油化工装置施工焊接相关的参数分析

在石油化工装置施工焊接过程中，焊接工艺和规范涉及的参数直接影响焊接的质量，所以需要对此备加关注。明晰石油化工装置施工焊接工艺相关的主要参数内容，了解其性质和应用特点，以确保石油化工装置施工焊接的规范性和质量。具体可以从以下几个参数加以分析和思考：

2.1 主要参数之一—焊接电流

焊接电流是石油化工装置施工焊接中的重要参数。它必须保持大小适宜的电流量，避免焊接电流量过大或过小。这主要是由于当焊接电流量过大时，容易出现“咬边”的现象，影响焊接成形质量；当焊接电流量过小时，又容易残留夹渣或气孔，无法实现对母材根部的焊透，而导致出现焊接缺陷。同时，值得一提的是，对焊接电流的适当增大，可以增加熔深，对于一些厚度较大的母材比较适合。对于不同的材料，焊接电流应有所区别。比如，对于奥氏体不锈钢，焊接电流适当小些，可以减少热裂纹和晶间腐蚀的倾向；而对于珠光体耐热钢，焊接电流可适当大些，以减少冷裂纹倾向等。

2.2 主要参数之二—电弧电压

这个参数对于焊缝的尺寸和形状有直接的、重要的关联性，也是不可忽略的石油化工装置施工焊接工艺内容。要在石油化工装置焊接施工过程中，注重选取相匹配的电弧电压，确保电弧电压与焊接电流的一致性，保持电弧电压与焊接电流之间的协调。当焊接电流提高时，必须相应增大电弧电压，以实现两者的匹配性，确保焊接质量。在焊接过程中，还要注意保持电弧电压值，要避免电弧电压过高或过低的现象。这主要是由于当电弧电压过高时，难免会生成较大面积的焊缝，对根部也无法完全焊透；当电弧电压过低时，则会导致板材边界处的焊接熔合不良，也不可避免地会形成既高且窄的焊缝，它们都会影响焊接的质量。

2.3 主要参数之三—焊接速度

在石油化工装置施工焊接工程之中，焊接的速度快慢也会极大地影响焊缝的外观。要保持快慢适宜的焊接速度，并且还要注意焊接速度与焊接电流、电弧电压的匹配性。如果焊接速度与焊接电流和电弧电压匹配良好，则会形成优质的焊缝；如果焊接速度没有保持与焊接电流和电弧电压的匹配性，则难以保证焊接的质量。因而，要准确把握焊接的速度，避免焊接速度过快或过慢的现象。如果焊接速度过快，则不可避免地会产生“咬边”、没有充分焊透的现象，还容易生成小部分气孔；如果焊接速度过慢，则不可避免会产生难看的焊瘤，导致溢流的缺陷。电流、电压、焊接速度共同决定了线能量，而线能量对焊缝的冲击韧性有直接影响。

2.4 主要参数之四—焊条或焊丝的直径

在石油化工装置施工焊接工艺中，焊条或焊丝的直径也是重要参数。对于板材较厚的部位，可以选择较粗直径的焊条或焊丝，同时还要考虑接头的形式以及焊接的部位因素。

3 石油化工装置施工焊接材料的选择原则与应用

3.1 石油化工装置施工焊接材料选择的原则

（1）要以焊接标准规范的要求为依据，进行焊接材料的选择。在石油化工装置施工焊接材料的选择过程中，要以现行的标准规范为依据，具体主要有：①焊接球罐要以GB12337《钢制球形储罐》的规范标准为依据，选择低氢型焊接材料；②焊接管道要以GB50236、SHJ3501的规范标准为依据，选择“按低匹配”的焊接材料；③焊接异种钢要以SHJ3526《石油化工异种钢焊接规程》的规范标准为依据，进行适宜焊接材料的选择。

（2）石油化工装置施工焊接材料以国家和行业的相关标准为依据，科学合理的选择和使用。现场焊接必须符合焊接工艺评定合格要求。在石油化工装置焊接施工中，焊接材料的选用，要基于焊接工艺评定，待评定合格之后，再编制焊接工艺规程，实际应用于现场焊接施工之中。

（3）注重石油化工装置的易燃易爆特性进行选择。由于石油化工装置具有易燃易爆特性，因而在选择焊接材料时，要考虑以下情况：①新发展的钢种要由专业的生产厂家提供焊接材料，依据设计说明资料加以合理的选择；②注重依照设计图纸和设计说明，选择适宜的焊接材料，而不能仅仅凭据企业内部的焊接工艺评定材料；③对于焊接材料的性能相差相大时，可以采用加“过渡焊”或“堆焊层”的策略，实施现场焊接。

3.2 石油化工装置施工焊接材料的选择应用

（1）选择适宜的焊条。①依据焊条的物理性能选择：比如Q235应当选择J42×焊条，不宜选择J50×焊条；②依据焊条的力学性能选择：15CrMo要选择R307焊条，而不能选择R207焊条；③依据化学性能选择：当16Mn钢应用于关键部位的焊接时，应当选择J506或J507等碱性焊条；④依据不同的施工条件选择：比如对一般的18-8系列的奥氏体不锈钢，当耐腐蚀要求较低的环境下，选择A102或A107焊条；当耐腐蚀要求较高时，选择A132、A137或A002焊条；⑤依据不同的焊件结构选择：厚度较大的焊件可以选择低氢型焊条或高韧性焊条；坡口较小的接头可以选择大熔深焊条；长输管线可以选择纤维素型焊条。

（2）选择适宜的焊丝和焊剂。焊丝和焊剂通常是一个组合体。在焊接低碳钢时，选择H10Mn2焊丝搭配HJ130焊剂；在使用珠光体耐热钢时，使用Cr-Mo钢焊丝搭配HJ251焊剂；在低碳钢的薄板部位选择H08A焊丝搭配HJ432焊剂。