在石油化工工程施工中，焊接是材料连接的一种主要施工方法，其主要作用在于提升装置运行过程中的稳定性、长期性、性能最优性等。同样，在焊接工艺应用中，焊接材料的选择又是极为重要的，因为一旦焊接材料选择不当，则无论采用多么先进的施工工艺都难以达到施工方案要求标准。鉴于此，本文将对石油化工装置焊接材料选择的相关问题进行研究。
1 石油化工装置焊接材料选择的基本原则
1.1 与有关规范标准相一致
我国现行的标准规范中，对焊接材料的选择缺少统一的标准。例如，在球罐的焊接中，根据GB12337《钢制球形储罐》等规范中的要求，主焊缝的焊接材料要选“低氢型焊接材料”；而在管道焊接GB50236、SHJ3501等相关规范中，则要求焊接材料的选择应遵循“按低匹配”原则；在异种钢的焊接材料选择中，中国石化集团的SHJ3526《石油化工异种钢焊接规程》中也提出了“按低匹配”的选材原则。这也即表明，在选择焊接材料的过程中，应严格按照有关规范标准执行。
1.2 与国家及行业标准相符
在石油化工装置焊接施工中，所有焊接材料的选择除了要与施工规范标准一致外，还必须与国家及行业标准相吻合。这些标准是为现场施工材料提供了检验依据。然而，当前已有一些新型焊接材料被研制出来，但由于国内尚缺乏关于这类新材料的应用规定标准，因此对这类新材料的普及和广泛应用实际上起到了一定的限制作用。
1.3 焊接前须经工艺评定合格
在石油化工装置焊接材料施工之前，相关技术人员所选用的焊接材料必须符合相关焊接工艺的应用标准，当评定合格后方可以此为依据编制相应的焊接工艺规程和施工方案，待方案审批合格后再行现场焊接施工。
1.4 其他原则
鉴于石油化工行业的特殊性，石油化工装置也多具有易燃、易爆的危险属性，虽然前文提到了诸多的规范要求和焊接材料的选择原则，但是在实际的焊接选材中，还应注意以下事项：
第一，当所焊接材料为ND钢、考登钢等新型钢种材料时，由于这些钢种均产自专业厂家，所以如所需焊接的装置为这些材料时，焊接材料的选择必须严格执行设计方案要求，并依据相关的材料进行恰当选择。
第二，对于焊接工艺的评定标准，不同的公司的评定标准也各不相同，但对于焊接技术人员来说，无论是焊接哪种材料，必须按照严格执行设计图纸要求为准则，而不能单纯地以不同公司的焊接工艺评定材料来盲目选择。举例来说，同样是15GrMo材料的焊接，焊接材料有R307和A307两种不同焊接材料可供选择，在焊接时间中，应考虑装置具体的应用环境，如选用A307，需同时满足如下几方面的条件：首先，设计温度和设计压力均与有关焊接规范标准相一致；其次，石油化工装置所应用的环境适宜，均符合已检修或误热处理条件要求；最后，使用之前已经征得业主监理的使用批准。
第三，对于异种钢的焊接要求，通常遵循“低匹配”原则，但在一些特殊情况下，“高匹配”的焊接材料效果更好一些。
第四，在选择焊接材料的过程中，如遇到两种焊接材料性能差异不大的情况时，为了选取一种更好的焊接材料，可通过家“过度段”或“堆焊层”法来完成焊接工作。例如，采取GZ12Cr1MoV+16MnR进行焊接时，由于12Cr1MoV的热处理温度要求在700℃～750℃之间，而16MnR钢的热处理所需的温度是600℃～650℃，所以在焊接工作中，可在12Cr1MoV侧边选用R307焊条，焊接方法应采取堆焊法，当堆焊工作完成后加以热处理，最后在选用R507焊条加以焊接。需要注意的是，若施工现场不具备热处理条件时，刻在预制场增设“过渡段”，并提前对其做热处理。其他焊接工艺方法同上，其焊接工艺质量同样又保障。
2 石油化工装置焊接材料的选择
根据GB50236-98第2.0.2条规定：设计文件中要对母材、焊接材料、焊缝系数和接缝坡口形式等均有详细标注，且还应将焊接方法、焊前预热、焊后热处理和焊接检验的具体要求等进行明确的标注。一般情况下，石油化工装置中较为常见的焊接材料有焊条、焊剂、焊丝、保护气体、电极和熔剂等几种类型。在不同焊接材料的选择中应注意如下几个方面：
2.1 选择焊条时的注意事项
石油化工装置焊接材料的选择必须符合《石油化工铬钼耐热钢焊接规程》（SH/T 3520—2004）、《石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程》（SH/T 3523—2009）、《石油化工低温钢焊接规程》（SH 2525—2004）、《石油化工异种钢焊接规程》（SH/T 3526—2004）、石油化工不锈钢复合钢焊接规程（SH/T 3527—2009）等规定。其中，石油化工手工焊条焊接必须与《碳钢焊条》GN/T5117和《低合金钢焊条》GB/T5118中的要求一致。其中，焊条的型号划分主要以熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置的电流种类的不同而定。一般情况下，碳钢焊条主要有E43和E50两个系列；低合金钢焊条型号有E50、E55、E75、E80、E85、E90和E100系列，在建筑钢结构中一般只用到E50和E55两个系列，而由于石油化工行业的特殊性，其应用系列应根据不同的作业环境而定。
在焊条的选择中应注意以下事项：
第一，基于焊条的不同性能考虑。首先，基于物理性能考虑。Q235选择时应按等强度原则选择，通常会将J42X焊条作为首选，次选才是J50X焊条。其次，基于焊条的力学性能考虑。由于熔敷金属的合金成分与母材是吻合或接近的，因此15CrMo要选择R307焊条（ICr-0.5Mo），需要注意的是，R207焊条（0.5Cr-0.5Mo）不能被列入考虑范围。最后，基于焊条的化学性能考虑。16Mn钢焊接时多选择J502、J503等酸性的焊条，这种焊条多应用在装置的不主要结构中。当焊接石油化工装置的主要结构时，如设计施工方案中无特殊要求，则一般会优选J506、J507等碱性的焊条作为焊接材料。
第二，基于石油化工装置所工作的环境不同的角度考虑。当所焊接的装置为1Cr18Ni9的不锈钢时，按照相关规范要求标准，焊缝和母材的金属成分应该具有一致性，若所焊接装置对腐蚀性没有太高要求的话，可选A102、A107焊条；若所需焊接的装置所处的工作环境不足300℃，且具有强腐蚀性的话，所选焊条最好是A132、A137或A002焊条。当12CrMo所处的工作环境温度不足400℃时，焊条最好选R207，切记不可选J507。
第三，基于焊件结构和接头型式考虑。当所需焊接的焊件厚度较大时，应优选具有较强抗裂性的焊条，施工中较为常见的有低氢型焊条和高韧性焊条。如果所需焊接的焊件接头坡口小，长输管线的焊条多选用钢X42。同时为了确保根部焊接牢固，避免出现焊瘤超标的问题，一般在施工中会选用纤维素型焊条E6010，焊接方式多采用向下立焊的方法。
2.2 焊丝和焊剂选择中的注意事项
在石油化工装置焊接施工中，焊丝和焊剂通常是搭配使用的。当焊丝和焊剂组合不同时，期所产生的化学性能也是有所差异的，焊接效果也大不相同。
在具体选择中应注意以下几种情况：第一，通常情况下，普低钢焊接中多选用H10Mn2焊丝加HJ130焊剂。第二，珠光体耐热钢的焊接多选Cr-Mo钢焊丝加HJ251焊剂。第三，低碳和普低钢的焊接中应分清装置所需焊接部位的不同，如为装置的重要结构，则一般选择H08MnA，H10Mn2焊丝，同时配合HJ330焊剂一起使用；当所需焊接的装置材料为低碳钢和普低钢，且为薄板时，通常会选择H08A焊丝，同时配合HJ432焊剂一起使用。
需要特别注意的是，焊剂是一种易燃的化学材料，为了保证焊接安全，焊接作业中必须确保施工现场有良好的通风性，除了杜绝现场其他火种外，还应尽量避免受到太阳直射，对于已经开封的焊剂，无论是未用完的还是报废的，均需有专业人员进行处理，否则将会给周围环境带来严重污染。此外，现场人员进来不要涂抹面霜、油脂类东西，避免出现危险。一旦出现了焊剂沾染人体皮肤的情况，必须第一时间用肥皂水或清水进行冲洗，严禁用手揉搓，简单处理之后要及时就医。
2.3 在选择保护气时的注意事项
当所需焊接的材料为薄板金属或热导率较低的金属时，在施工中的保护气通常会选择氩气；当焊接金属板为中厚度板或热导率较高的金属材料时，施工中的保护气通常会选取氦气；当所需焊接的材料为铝材或铝合金、铜或铜合金等高导热材料时，由于这些材料具有较强的热敏感性，所以施工中通常会选择氩和氦的混合体作为应用保护气。
在气体选择中应注意以下几个方面：第一，氩气。其本身具有一定的惰性，因此焊接中电弧的稳定性高，焊缝相对也较美观，同时具有施工成本低的优点，这种保护气在各种金属焊接中均适用，如碳钢不锈钢和各类有色金属及其合金等。实践表明，其焊接效果都较为优良。而如果将氩气与He或H2等其他气体进行混合焊接的话，其焊接熔头力和焊接速度都会大幅提高。
2.4 在电极选择中的注意事项
电极座位的电阻焊剂的易耗零件，电阻焊过程中电极的工作条件非常恶劣。因此，电极的制造材料必须有超强的导电和导热性，并能经受高温高压作业。当前，在石油化工装置焊接材料中，较为常见的金属工件焊接材料多为铜、铝金铜和合金铝等，当焊接场所特殊时，也会用到钨、钼和氧化铝等材料。当所需焊接工件为铜、铝金铜和合金铝等材料时，多选用铬铜电极对其进行焊接；当不锈钢金属为片状或丝状等零件时，焊接中则多选用铍青铜电极对其进行焊接。此外，需要特别注意的是，在电阻焊过程中，对焊接质量和成本支出有重要影响的除了电极材料的选择外，电极形状也有一定的重要影响。因此，在具体的选择中应特别注意这两方面内容。
2.5 其他焊接材料的选择
除了上述几种较为常用的焊接材料外，在石油化工装置焊接作业中，用到的焊接材料还包括如下几种：第一，钎料与钎剂。如铝基钎料、锡铅钎料、无铅钎料、铜基钎料、镍基钎料、锰基钎料、银钎料、贵金属及其合金钎料、软钎剂分类与性能要求、硬钎焊用钎剂等。第二，焊接用合金粉末。如镍基喷涂合金粉末、喷焊合金粉末、NiBSi系自熔合金粉末、NiCrBSi系自熔合金粉末和阀门密封面等离子弧堆焊用合金粉末等。第三，溶剂。溶剂作为焊接材料在石油化工装置施工中的出现几率是非常低的，在此不作赘述。
3 结语
综上所述，由于石油化工装置的工作环境特殊而复杂，因此在焊接材料选择中必须充分考虑到不同材料在焊接过程中的物理冶金方面的特点。为了确保石油化工装置在实践运行过程中更安全、更可靠，且持久耐用，必须确保焊接材料选择的科学性和合理性，以提升焊接质量，保证机械性能优良，从而为石油化工企业创造更好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]王亚丽．石油化工装置施工焊接材料和工艺参数的选择[J]．冶金丛刊，2016，（8）.
[2]王平安，肖羽，窦兴华，等.对4种国产核级焊接材料的评述[J].石油化工设备，2012，41（1）.
[3]孙万田，申飞．压力管道的焊接质量控制[J].焊接技术，2011，（S1）.
[4]吕文远，刘胜．石油化工装置施工焊接材料的选择[J].中国石油和化工标准与质量，2013，（19）.
[5]张光瑞，衰振涛，吕德鹏．煤浆流量计在德士古气化炉中的应用问题探讨[J].自动化仪表，2011，32（12）.
[6]中华人民共和国工业和信息化部．石油化工静设备现场组焊技术规程[S]．2010.
[7]朱中平．石油化工行业焊接材料的选用[M].北京：化学工业出版社，2016.
（作者供职于中海油石化工程有限公司）
