浙江至德鋼業有限公司承接某石化公司300萬噸／年柴油加氫及配套工程50000Nm3／h制氫裝置中變氣水冷器的制造任務。該設備殼程介質為中變氣（易燃介質），其設計壓力為3.08MPa，設計溫度為140℃；管程介質為循環水（第二組介質），設計壓力為2.46MPa，設計溫度為58℃。為了達到最好的換熱效果、更高的耐蝕性及耐壓強度，中變氣水冷器的U形換熱管束采用了耐蝕性優異的雙相(xiang)不銹鋼(gang)管2205（SA789 UNSS31803相當于我國標準鋼號022Cr19Ni5Mo3Si2N），管板采用了16 MnIV鍛件、該設備管程側堆焊SAF2209。
一、相(xiang)比(bi)例影響因(yin)素
為了保證換熱管(guan)束與管(guan)板的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)強度及耐(nai)氯化物腐(fu)蝕性(xing)(xing)能，按照雙相(xiang)(xiang)鋼(gang)材(cai)料特性(xing)(xing)，其(qi)性(xing)(xing)能主要(yao)取決于焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)金相(xiang)(xiang)組織(zhi)。當焊(han)(han)(han)縫中(zhong)鐵素體(ti)和奧氏(shi)體(ti)量各接(jie)(jie)(jie)近50％時(shi)，性(xing)(xing)能較(jiao)好，如何在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)中(zhong)控制(zhi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)相(xiang)(xiang)比例是關鍵，它(ta)與下列因(yin)素有(you)直(zhi)接(jie)(jie)(jie)關系：
1. 焊接參數
焊接熱輸入對雙相組織的平衡起著重要作用。由于雙相不(bu)銹鋼在高溫下的主體相是鐵素體，若熱輸入過小，熱影響區冷卻速度快，奧氏體來不及析出，過量的鐵素體就會在室溫下過冷保持下來；若熱輸人過大冷卻速度太慢，盡管可以獲得足量的奧氏體，但也會引起熱影響區的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害金屬相的析出，造成接頭脆化。為了避免上述情況發生，最佳的措施是控制焊接熱輸入在0.5～1.5kJ／mm，并控制層間溫度不大于150℃。
2. 焊接材(cai)料
對于含氮雙相不銹鋼(gang)焊(han)接(jie)材料通常采用比母材較高的Ni和母材相當的N的材料。N在保證焊縫金屬和焊后熱影響區內形成足夠量的奧氏體方面具有重要作用。N和Ni一樣是形成奧氏體和擴大奧氏體元素，但是，N的能力遠遠大于Ni。在高溫下N穩定奧氏體的能力也比Ni大，可防止焊后出現單相鐵素體。因此，經過對比分析，決定選用ER2209焊絲，其Ni含量高于母材，N含量與母材接近，化學成分對比見表5-57。
3. 焊接熱循(xun)環
雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)熱(re)循環對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)內部的組織(zhi)有(you)很大(da)的影響，無(wu)論焊(han)(han)(han)(han)縫還是熱(re)影響區都會有(you)相(xiang)變發生。當采用多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時，后續焊(han)(han)(han)(han)道能(neng)(neng)促使前層焊(han)(han)(han)(han)道金屬(shu)中的鐵素體(ti)進一(yi)步轉(zhuan)變成奧氏(shi)體(ti)，得到最(zui)終焊(han)(han)(han)(han)縫和熱(re)影響區的奧氏(shi)體(ti)相(xiang)增多(duo)(duo)，而且能(neng)(neng)夠細化(hua)鐵素體(ti)晶粒，減少碳化(hua)物和氮(dan)化(hua)物從晶內和晶界析出。雙相(xiang)不銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)用低熔敷率和多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道焊(han)(han)(han)(han)，能(neng)(neng)改善整個焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的組織(zhi)和性能(neng)(neng)。
二、雙相不銹鋼換熱管與管板(ban)的焊接
按GB 151-1999附錄B及中變氣水冷器雙相不銹鋼管束制造技術條件進行換熱管與管板的焊接工藝評定。
1. 焊接工藝評定
換熱管(guan)(guan)為(wei)雙相不(bu)銹鋼管(guan)(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格為(wei)ф19mmx2mm;管(guan)(guan)板(ban)采(cai)用(yong)Q345R堆焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經磁(ci)性(xing)儀(yi)測量法測定，管(guan)(guan)板(ban)堆焊層(ceng)表(biao)面鐵素體(ti)含量（體(ti)積(ji)分(fen)數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換熱管與管板(ban)(ban)坡口形(xing)式如(ru)圖5-29所示，采(cai)用全自(zi)動鎢(wu)極氬弧焊(han)，焊(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換熱管、管板(ban)(ban)堆焊(han)層、焊(han)絲的(de)化學成分(fen)見表(biao)5-57，焊(han)接(jie)參數見表(biao)5-58。
焊(han)(han)(han)接時，從(cong)零點引弧按(an)順時針方向焊(han)(han)(han)接，并(bing)采(cai)用填充焊(han)(han)(han)絲雙道焊(han)(han)(han)，相鄰兩焊(han)(han)(han)道的引弧位置需錯開180°。焊(han)(han)(han)接完畢(bi)并(bing)貼(tie)脹后，分別進行下列項目試(shi)驗，其結果如下：
①. 10個焊接接頭進行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿評定用管中(zhong)心線切(qie)開(kai)兩個(ge)焊(han)接(jie)接(jie)頭，試(shi)樣經(jing)酸蝕后宏觀檢(jian)查8個(ge)受(shou)檢(jian)面(mian)(mian)，均未發現焊(han)接(jie)缺(que)陷。同時，觀察管子剖面(mian)(mian)時特別觀察了管子與管孔貼(tie)脹(zhang)處的(de)貼(tie)合情(qing)況(kuang)，不存在(zai)可視間隙(xi)。
③. 對兩件試樣進(jin)行拉脫試驗(yan)，當(dang)拉脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合GB151-1999中的(de)規定。
④. 測(ce)量(liang)焊縫金(jin)(jin)屬(shu)(shu)中的鐵(tie)素體含量(liang)，表層的鐵(tie)素體含量(liang)（體積分數）為35％～65％，該測(ce)定結果合(he)格(ge)。采用磁性儀(yi)測(ce)量(liang)法，測(ce)定焊縫金(jin)(jin)屬(shu)(shu)鐵(tie)素體含量(liang)（體積分數，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他(ta)合(he)格(ge)。
⑤. 對(dui)焊接接頭表(biao)面進行(xing)HRC硬度測定(ding)，其測定(ding)結果為(wei)：管板(ban)（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響區22.0，焊縫區25.5，S31803 熱(re)影響區22.0，換熱(re)管S31803母材區22.2。
⑥. 對管(guan)接頭解(jie)剖后進行［H］值(zhi)（mL／100g）測量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊接(jie)
中(zhong)變氣(qi)水(shui)冷器的雙相不銹鋼換熱(re)管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板共(gong)308個管(guan)(guan)頭，焊(han)接時嚴格執行(xing)以下工藝措施：
①. 產品焊接前，用丙酮清(qing)洗雙相不銹鋼換熱管與管板(ban)的坡口。
②. 按(an)合格(ge)的工藝評定(ding)制(zhi)訂焊接工藝，施焊時嚴格(ge)按(an)制(zhi)訂的焊接工藝執(zhi)行。
③. 焊(han)接過(guo)程中，采(cai)用(yong)可靠的(de)測溫儀對焊(han)件(jian)進行層(ceng)(ceng)間溫度(du)控(kong)制，嚴格控(kong)制層(ceng)(ceng)間溫度(du)不高于(yu)150℃；采(cai)用(yong)小(xiao)的(de)焊(han)接熱輸入焊(han)接，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采(cai)用(yong)雙(shuang)道(dao)填(tian)絲焊(han)，熄(xi)弧焊(han)道(dao)要覆(fu)蓋起始焊(han)道(dao)，根部焊(han)道(dao)應被后(hou)一道(dao)的(de)焊(han)道(dao)充(chong)分覆(fu)蓋，相(xiang)繼焊(han)層(ceng)(ceng)的(de)引(yin)弧和熄(xi)弧焊(han)道(dao)要相(xiang)互(hu)錯開。
焊接(jie)完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管(guan)頭進100％滲(shen)透（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結果(guo)I級合格，且(qie)抽查(cha)接(jie)頭的(de)鐵素體含量（體積分數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得(de)到了較好(hao)的(de)相比例。
