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(yi)、相比例影響(xiang)因素
為了保證換熱管束與管板的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的強度及耐氯化物腐蝕(shi)性能(neng)，按照雙相(xiang)鋼材料特性，其性能(neng)主要取決于焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的金相(xiang)組(zu)織。當焊(han)(han)(han)縫中(zhong)鐵素體(ti)和奧氏體(ti)量各接(jie)(jie)(jie)近50％時，性能(neng)較好，如何在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)中(zhong)控制焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的相(xiang)比例是關鍵，它(ta)與下(xia)列(lie)因素有直接(jie)(jie)(jie)關系：
1. 焊接參(can)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. 焊接材料
對于含氮雙相不銹鋼焊接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(re)循環(huan)
雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼在(zai)焊(han)(han)接時(shi)，焊(han)(han)接熱循環對焊(han)(han)接接頭內(nei)部的組織有很大(da)的影(ying)響，無論焊(han)(han)縫還(huan)是熱影(ying)響區都(dou)會(hui)有相(xiang)變發(fa)生。當采(cai)用多(duo)層(ceng)多(duo)道焊(han)(han)接時(shi)，后續焊(han)(han)道能促使前(qian)層(ceng)焊(han)(han)道金屬中的鐵(tie)素體進一步轉變成(cheng)奧(ao)(ao)氏體，得到最終焊(han)(han)縫和(he)熱影(ying)響區的奧(ao)(ao)氏體相(xiang)增(zeng)多(duo)，而且能夠(gou)細化鐵(tie)素體晶(jing)(jing)粒，減少(shao)碳化物和(he)氮化物從晶(jing)(jing)內(nei)和(he)晶(jing)(jing)界析(xi)出。雙相(xiang)不(bu)(bu)銹鋼焊(han)(han)接用低(di)熔(rong)敷率和(he)多(duo)層(ceng)多(duo)道焊(han)(han)，能改(gai)善整個焊(han)(han)接接頭的組織和(he)性(xing)能。
二、雙相(xiang)不銹(xiu)鋼換熱管與管板的(de)焊接
按GB 151-1999附錄B及中變氣水冷器雙相不銹(xiu)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(yi)評定(ding)
換(huan)熱管(guan)(guan)為雙相不(bu)銹鋼管(guan)(guan)2205（SA789 UNS S31803），規(gui)格(ge)為ф19mmx2mm;管(guan)(guan)板采用Q345R堆焊(han)（A042＋E2209），規(gui)格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀(yi)測量(liang)法測定，管(guan)(guan)板堆焊(han)層表面鐵素體(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)積分數(shu)，％）為：42、47、47、43。
換熱(re)管(guan)與(yu)管(guan)板坡口形式(shi)如圖5-29所示(shi)，采用全自動鎢極氬弧(hu)焊(han)，焊(han)絲選(xuan)用ER2209ф1.0mm。換熱(re)管(guan)、管(guan)板堆焊(han)層、焊(han)絲的化學成分見表(biao)5-57，焊(han)接參數(shu)見表(biao)5-58。
焊接(jie)時，從零(ling)點(dian)引弧按順時針方向(xiang)焊接(jie)，并采(cai)用填(tian)充(chong)焊絲(si)雙(shuang)道焊，相鄰兩(liang)焊道的引弧位置(zhi)需錯開180°。焊接(jie)完畢并貼脹后，分(fen)別進行下列項目試(shi)驗，其結果如(ru)下：
①. 10個焊接接頭進行PT檢測，Ⅰ級(ji)合(he)格(ge)。
②. 沿評定用管(guan)(guan)中心線切(qie)開兩個(ge)焊接(jie)接(jie)頭(tou)，試樣經酸(suan)蝕后宏觀(guan)(guan)檢查(cha)8個(ge)受檢面，均未發現焊接(jie)缺陷。同時，觀(guan)(guan)察(cha)管(guan)(guan)子(zi)剖面時特別(bie)觀(guan)(guan)察(cha)了管(guan)(guan)子(zi)與管(guan)(guan)孔貼(tie)脹處(chu)的貼(tie)合情(qing)況(kuang)，不存在(zai)可視間(jian)隙。
③. 對兩件(jian)試樣進(jin)行拉脫試驗(yan)，當拉脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合GB151-1999中的規(gui)定。
④. 測量焊(han)縫金屬中的鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量，表層的鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量（體(ti)(ti)積分(fen)數）為35％～65％，該測定結果合(he)(he)格。采用磁性(xing)儀(yi)測量法，測定焊(han)縫金屬鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量（體(ti)(ti)積分(fen)數，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合(he)(he)格。
⑤. 對焊(han)接接頭(tou)表面進行HRC硬度測定(ding)(ding)，其測定(ding)(ding)結果為(wei)：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)22.0，焊(han)縫區(qu)25.5，S31803 熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)22.0，換(huan)熱(re)管S31803母材區(qu)22.2。
⑥. 對管接頭解剖后(hou)進行［H］值（mL／100g）測量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊接
中變(bian)氣水冷器的(de)雙相不銹鋼(gang)換(huan)熱管與管板共308個(ge)管頭，焊(han)接時嚴格(ge)執行以下工藝措施：
①. 產品焊接前，用丙酮清(qing)洗雙相不(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱管與管板的(de)坡口。
②. 按合格的工(gong)藝評定制(zhi)訂焊接工(gong)藝，施(shi)焊時嚴(yan)格按制(zhi)訂的焊接工(gong)藝執(zhi)行(xing)。
③. 焊(han)(han)接過程中，采(cai)用可靠的(de)測溫(wen)儀對焊(han)(han)件進行層(ceng)間(jian)溫(wen)度控制，嚴格控制層(ceng)間(jian)溫(wen)度不(bu)高于150℃；采(cai)用小的(de)焊(han)(han)接熱輸入(ru)焊(han)(han)接，其控制在5～12kJ／cm；采(cai)用雙道(dao)填絲焊(han)(han)，熄弧(hu)焊(han)(han)道(dao)要覆蓋起始(shi)焊(han)(han)道(dao)，根部焊(han)(han)道(dao)應被后一道(dao)的(de)焊(han)(han)道(dao)充分覆蓋，相繼焊(han)(han)層(ceng)的(de)引(yin)弧(hu)和(he)熄弧(hu)焊(han)(han)道(dao)要相互錯開。
焊接完畢并貼脹后(hou)，按JB/T 4730-2005逐根(gen)對管頭(tou)進100％滲(shen)透（PT）檢(jian)測，檢(jian)測結果I級合格，且抽查(cha)接頭(tou)的鐵素體(ti)含量（體(ti)積(ji)分(fen)數，％）為(wei)：52.1、51.7、52.6、47.4，得(de)到了較(jiao)好的相(xiang)比例(li)。
