王齐旺 宋斌
天津市东方先科石油机械有限公司 天津 301701
摘要：本文针对低温钢焊接技术及Q355钢在石油装备行业当中的运用进行分析，介绍低温钢的种类和具体概念，阐述低温钢焊接工艺要求，并对Q355钢及其焊接工艺进行具体探讨，希望能够为相关工作人员起到一些参考作用。
关键词：低温钢；焊接技术；Q355钢；石油装备行业
低温钢一般为低合金钢，主要在一些低温或者超低温环境当中进行应用。由于低温钢的耐腐蚀性十分良好，而且容易进行加工，有着优异的低温韧性，所以低温钢在石油装备行业当中也有着十分广泛的应用。而低温钢的应用范围还包括运输行业、化工行业、桥梁工程以及建筑工程等。本文主要针对低温钢焊接技术和Q355钢在石油装备行业当中的运用进行探讨，希望能够为低温钢的使用起到一些借鉴。
一、低温钢概述
低温钢的种类相对较多，低温环境主要是指工作环境低于零下40摄氏度的环境。在石油装备行业当中所应用的低温钢，需要能够对低温环境具有良好的承受能力，其最低工作温度可以达到零下45摄氏度。在该种低温环境下所使用的钢材料，被统称为低温钢。低温钢对于石油装备在低温环境下的有效使用具有着十分重要的作用，这是因为低温钢在低温环境下的韧性十分良好，普通低合金钢在低温环境中容易变得又硬又脆，在承受工作载荷或者振动的过程中出现断裂和开裂等问题，进而引发严重的安全事故和质量事故。对低温钢进行分类时的方法比较多，具体可以按照使用温度、合金含量以及晶粒组织等进行分类，同时还可以按照热处理状态进行分类。其中，Q355钢是一种十分常见的低温结构钢，对于石油装备机架和钢结构的焊接制造具有着较高的适用性[1]。
二、低温钢焊接工艺要求
在石油钻井行业的发展过程当中，相关钻井设备如泥浆泵、钻机等的种类和规格都在不断完善当中。但这些钻井设备在设计时主要是在常温状态下，因此在低温环境中使用这些设备时，即使缺乏负荷也会产生相应的温度应力，进而导致设备的钢结构或者机架出现开裂和断裂等问题，具有较高的安全隐患。对此，需要在低温地区合理使用相关的石油装备，具体可以选择低温钢进行制造和加工，从而满足设备在低温环境的运行、存储以及运输等要求。
（一）低温钢焊接特点
低温钢的含碳量相对较低，因此具有较小的淬硬倾向。低温钢的焊接性比较好，对热影响区和焊缝等位置的缺陷比较容易进行控制，而且不容易产生相关的冷裂纹，其塑性和韧性都比较好。由于相关产品主要在低温环境中进行应用，因此需要确保粗晶区和焊缝能够与母材的低温韧性相同。在判断焊接接头低温韧性时，可以根据晶粒尺寸大小进行判定。通常来说，需要对温度进行有效控制，并对较小的焊接电流进行选择，这样一来可以获得较细的晶粒组织，使低温韧性得到提高。当低温钢中的镍含量相对较高时，异材焊材是一种十分理想的焊材。而异材焊材主要是指和母材化学成分不同的焊材，同时其焊缝的成分和组织与母材也同样存在一定的差异。在此过程中需要注意，焊材的成分和焊缝低温韧性之间具有着密切的联系。在选择高镍焊条时，可以使焊缝当中的奥氏体组织比例有所扩大，并能够使奥氏体组织保持稳定，从而使晶粒得到细化。但在对异材焊材进行使用时，由于焊材和母材的熔点并不相同，因此容易出现相关的未焊透或者未熔合等现象。与此同时，焊材和母材的热膨胀系数也有所不同，因此在焊接过程中容易出现变形问题或者产生较大的残余应力，而且此类问题即使在经过焊后热处理也无法得到有效消除。如果低温钢内的镍含量相对较高，那么由于镍可以使淬透性得到提高，进而产生了热裂纹，尤其容易出现弧坑裂纹[2]。
（二）低温钢焊接注意事项
如果焊缝和热影响区的晶粒比较粗大，那么将会降低焊接接头低温韧性，因此需要对热输入量进行严格控制，从而避免焊接接头电流过大。而为了防止焊道出现过热现象，需要对快速多道焊进行应用，通过薄层多道焊所具有的重热作用使晶粒得到细化。相关工作人员需要对焊材进行正确选择，多选用一些含镍达到1%-3%以及含钼达到0.2%-0.5%的焊材。在对低镍钢进行焊接时，可以选择和母材镍含量相同或者更高的焊材，但需要确保镍含量应该不超过2.5%。当其超过这一范围时，需要在焊接结束后进行调质处理，从而使焊缝韧性得到增强。而在对高镍钢进行焊接时，一旦选用与母材成分比较相似的焊材时，将会导致焊缝的低温韧性变小，因此需要在生产过程中对奥氏体焊材进行选择。在对铝镇静钢进行焊接时，应该选择和母材成分相同的钢类焊材和低温钢，除此之外，还可以选择镍含量低于1.5%的相关低镍焊材。当在低温环境中进行施工或是对厚度较大的板材进行焊接时，首先需要进行预热，温度为50摄氏度以上，但切记不能超过150摄氏度。如果有具体要求，则需要在焊接之后及时进行热处理。由于含镍钢的回火脆性相对较高，因此可以选择空冷方式有效进行[3]。
三、Q355钢在石油装备行业中的应用
在石油钻井以及油气输送过程当中，自然环境对其有着具体的低温要求。具体来说，通常情况下，产品的运输、保存温度需要达到零下60摄氏度，而使用温度则应该维持零下45摄氏度，对于Q355钢而言，可以有效满足相关使用要求，而且十分经济实惠。因此在石油装备行业当中，钻井机架以及泥浆泵机架和相关油气运输管道等大型钢结构在具体焊接过程中对Q355钢有着十分广泛的应用，需要对其加大研究力度。
（一）Q355钢概述
Q355钢不仅合金含量较低，而且强度较高，具有良好的塑性和韧性，其焊接性能和冷加工性能等十分优异，成本相对较低，可以有效满足石油装备制备行业的发展需求。Q355钢结合不同的冲击功要求可以分为不同牌号，具体包括五种，分别为Q355B、C、D、E、F。
（二）Q355钢焊接工艺
1.焊材的选择
在对焊材进行选择时需要对以下两方面的因素进行考虑。首先，需要确保焊缝不出现气孔和夹渣等相关缺陷问题。其次，需要确保焊缝的塑性、强度以及低温韧性等能够和母材保持相同或者高于母材。本文当中对在零下45摄氏度低温环境中的Q355钢进行重点阐述，牌号为Q355E，具体可以选择相关的碱性焊条来进行焊接。
2.焊接参数的制定
Q355钢在进行焊接时，方法相对较多，而相关参数在制定时则需要结合材料厚度、现场施工条件以及产品结构等进行充分考虑。具体来说，相关工作人员需要对熔合比、冷却速度等对焊缝所产生的影响进行考虑，同时还需要对焊后是否进行热处理进行分析。焊接线的能量选择需要对热影响区脆化和冷裂这两个因素进行考虑，一旦Q355钢的碳含量相对较低，那么则需要知道该种类型的钢材所具有的冷裂敏感性、热敏感性以及淬硬倾向相对较低，因此不需要对焊接线能量提出过多要求。而当线能量相对较低时，热过区的塑性和韧性也会有所提高。当Q355钢的碳含量相对较高时，那么其淬硬倾向也会有所增大，进而使得马氏体的含碳量出现偏高现象，增大了冷裂倾向，在此种情况下可以对较大的线能量进行选择。
结束语：
综上所述，低温钢焊接技术目前已在我国多个领域和行业当中进行应用，而且具有着重要价值，同时Q355钢也在我国石油装备、建筑工程以及交通运输行业当中得到了广泛应用。所以，相关石油装备企业需要对低温钢和Q355钢的焊接特点、工艺要求等进行充分分析，同时在具体操作过程当中还需要与设备、产品以及环境等相关要求相符合，对焊接工艺进行合理调整，从而更好的保证焊接接头性能，使低温钢的优势得到充分发挥，进而促进我国石油装备行业的发展。
参考文献：
[1]李静.浅析低温钢焊接技术[J].科技资讯,2018,16(34):121,123.
[2]陈虎,王骞,张鹏, 等.9Ni钢大型LNG低温储罐施工及焊接技术[J].中国化工装备,2019,21(3):24-35.
[3]陈江.A333-GR6低温钢管道焊接技术分析[J].南方农机,2018,49(8):114,117.