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不銹(xiu)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、相(xiang)比例影響因素
為了(le)保證換熱管束與管板的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)強(qiang)度及耐氯化物腐蝕性(xing)(xing)能(neng)，按照(zhao)雙相鋼材料特性(xing)(xing)，其性(xing)(xing)能(neng)主要取決于焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)金相組織。當焊(han)縫中鐵素體和奧氏體量各(ge)接(jie)近50％時(shi)，性(xing)(xing)能(neng)較好，如(ru)何在焊(han)接(jie)中控制焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)相比例是關(guan)鍵(jian)，它與下(xia)列因素有直(zhi)接(jie)關(guan)系：
1. 焊接參數(shu)
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. 焊接材料
對于含氮雙相不銹鋼(gang)焊接(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(jie)熱循環
雙相不(bu)銹鋼(gang)在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)循環(huan)對焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭內部的組織(zhi)有很大的影響，無論焊(han)(han)(han)縫還是(shi)熱(re)影響區都(dou)會有相變發生(sheng)。當(dang)采用多(duo)層多(duo)道(dao)(dao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，后(hou)續焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)能(neng)促(cu)使前層焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)金屬中的鐵素體(ti)進一步(bu)轉變成奧氏體(ti)，得到最終(zhong)焊(han)(han)(han)縫和(he)熱(re)影響區的奧氏體(ti)相增多(duo)，而且能(neng)夠細化(hua)鐵素體(ti)晶(jing)粒(li)，減少(shao)碳化(hua)物和(he)氮化(hua)物從晶(jing)內和(he)晶(jing)界析出。雙相不(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)用低熔(rong)敷率(lv)和(he)多(duo)層多(duo)道(dao)(dao)焊(han)(han)(han)，能(neng)改善整個焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的組織(zhi)和(he)性能(neng)。
二、雙相不銹鋼換(huan)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鋼管(guan)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(gong)藝評定
換熱(re)管為(wei)(wei)雙相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規格(ge)為(wei)(wei)ф19mmx2mm;管板采用Q345R堆(dui)焊（A042＋E2209），規格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量法(fa)測定，管板堆(dui)焊層表面鐵素體(ti)含(han)量（體(ti)積分數，％）為(wei)(wei)：42、47、47、43。
換熱管與管板坡口形式如圖5-29所(suo)示，采用全(quan)自動鎢極氬弧(hu)焊(han)(han)，焊(han)(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換熱管、管板堆焊(han)(han)層、焊(han)(han)絲的化學成(cheng)分(fen)見表5-57，焊(han)(han)接參(can)數(shu)見表5-58。
焊(han)(han)(han)接時(shi)，從零點引弧(hu)按順(shun)時(shi)針方向(xiang)焊(han)(han)(han)接，并采用填充焊(han)(han)(han)絲雙(shuang)道焊(han)(han)(han)，相鄰兩(liang)焊(han)(han)(han)道的引弧(hu)位置需錯開180°。焊(han)(han)(han)接完畢(bi)并貼脹后，分別進(jin)行下(xia)列項(xiang)目試驗(yan)，其結果(guo)如(ru)下(xia)：
①. 10個焊(han)接接頭進行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿評定(ding)用(yong)管(guan)中心(xin)線切開兩個焊接接頭，試樣(yang)經酸蝕后宏觀(guan)(guan)檢查8個受檢面(mian)，均未發現焊接缺陷。同時，觀(guan)(guan)察管(guan)子(zi)剖面(mian)時特別(bie)觀(guan)(guan)察了管(guan)子(zi)與管(guan)孔(kong)貼脹(zhang)處(chu)的貼合情(qing)況，不(bu)存在可視間隙。
③. 對兩件試(shi)樣進行拉(la)脫試(shi)驗(yan)，當(dang)拉(la)脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于(yu)管子，符合GB151-1999中(zhong)的規定(ding)。
④. 測(ce)量(liang)焊縫金(jin)屬中的(de)鐵素體(ti)含量(liang)，表層的(de)鐵素體(ti)含量(liang)（體(ti)積(ji)分數）為35％～65％，該測(ce)定結果合格(ge)。采用磁性儀測(ce)量(liang)法(fa)，測(ce)定焊縫金(jin)屬鐵素體(ti)含量(liang)（體(ti)積(ji)分數，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格(ge)。
⑤. 對焊接接頭(tou)表面進行HRC硬度測定，其測定結果(guo)為：管(guan)板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影(ying)響區22.0，焊縫區25.5，S31803 熱影(ying)響區22.0，換(huan)熱管(guan)S31803母材區22.2。
⑥. 對管(guan)接頭解剖后進行［H］值（mL／100g）測量(liang)為(wei)：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊接(jie)
中變氣水冷器的雙相不銹鋼換熱管與管板共308個管頭，焊(han)接時嚴格執(zhi)行以(yi)下(xia)工藝措施：
①. 產品焊接前(qian)，用丙酮(tong)清(qing)洗(xi)雙相不銹鋼(gang)換熱管(guan)與管(guan)板(ban)的坡口。
②. 按(an)合(he)格(ge)的(de)(de)工藝(yi)評定制訂(ding)焊接(jie)工藝(yi)，施(shi)焊時嚴格(ge)按(an)制訂(ding)的(de)(de)焊接(jie)工藝(yi)執行。
③. 焊(han)(han)接過程中，采用可靠的測溫(wen)儀對(dui)焊(han)(han)件進行(xing)層(ceng)間溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)，嚴格控(kong)制(zhi)層(ceng)間溫(wen)度(du)不(bu)高(gao)于150℃；采用小的焊(han)(han)接熱輸入焊(han)(han)接，其(qi)控(kong)制(zhi)在5～12kJ／cm；采用雙道(dao)填絲焊(han)(han)，熄(xi)弧(hu)焊(han)(han)道(dao)要覆(fu)蓋起始焊(han)(han)道(dao)，根部焊(han)(han)道(dao)應(ying)被后一(yi)道(dao)的焊(han)(han)道(dao)充分覆(fu)蓋，相(xiang)繼焊(han)(han)層(ceng)的引(yin)弧(hu)和熄(xi)弧(hu)焊(han)(han)道(dao)要相(xiang)互錯(cuo)開。
焊接完畢并(bing)貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對(dui)管(guan)頭進100％滲(shen)透（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結果(guo)I級合格，且抽查接頭的鐵素體(ti)含量(liang)（體(ti)積分數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相(xiang)比(bi)例(li)。
