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鋼(gang)管(guan)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)例影響因素
為了保證換熱管束與管板的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)強(qiang)度及耐氯化物腐蝕性(xing)能，按照雙相(xiang)鋼材料特(te)性(xing)，其性(xing)能主要取決(jue)于焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)金相(xiang)組織。當焊(han)(han)縫中(zhong)鐵(tie)素(su)體和奧(ao)氏體量各接(jie)(jie)近(jin)50％時，性(xing)能較(jiao)好，如何在焊(han)(han)接(jie)(jie)中(zhong)控制焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)相(xiang)比例是關鍵，它與下列因(yin)素(su)有直接(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(xiang)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(liao)
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(han)接熱(re)循環
雙相(xiang)不銹鋼(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(nei)部的組(zu)織有很大(da)的影(ying)(ying)響，無論焊(han)(han)(han)縫還(huan)是(shi)熱(re)影(ying)(ying)響區都(dou)會有相(xiang)變(bian)(bian)發生(sheng)。當采用多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，后續(xu)焊(han)(han)(han)道(dao)能促(cu)使前層焊(han)(han)(han)道(dao)金屬中的鐵(tie)素(su)體(ti)進一步轉變(bian)(bian)成奧氏(shi)(shi)體(ti)，得(de)到最(zui)終焊(han)(han)(han)縫和(he)熱(re)影(ying)(ying)響區的奧氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)增多(duo)，而且能夠細化鐵(tie)素(su)體(ti)晶(jing)粒(li)，減(jian)少(shao)碳化物(wu)和(he)氮化物(wu)從晶(jing)內(nei)和(he)晶(jing)界析出(chu)。雙相(xiang)不銹鋼(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)用低熔敷率和(he)多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)(han)(han)，能改(gai)善整個焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的組(zu)織和(he)性能。
二、雙相不銹鋼換熱管與管板的焊接
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(yi)評定
換(huan)熱管(guan)為雙相不銹(xiu)鋼管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格為ф19mmx2mm;管(guan)板(ban)采用Q345R堆焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量法測定，管(guan)板(ban)堆焊層表面鐵素體含量（體積(ji)分(fen)數，％）為：42、47、47、43。
換熱(re)管(guan)與管(guan)板坡(po)口形式如圖5-29所示，采用(yong)全自(zi)動(dong)鎢極氬弧焊，焊絲(si)選用(yong)ER2209ф1.0mm。換熱(re)管(guan)、管(guan)板堆焊層、焊絲(si)的(de)化學成(cheng)分見表(biao)5-57，焊接參數見表(biao)5-58。
焊(han)(han)接時(shi)(shi)，從(cong)零點引弧按順時(shi)(shi)針方向焊(han)(han)接，并(bing)采用填(tian)充焊(han)(han)絲雙(shuang)道(dao)焊(han)(han)，相鄰(lin)兩(liang)焊(han)(han)道(dao)的(de)引弧位置需錯開180°。焊(han)(han)接完畢并(bing)貼脹后，分別進行(xing)下列(lie)項目試(shi)驗，其結果如下：
①. 10個焊(han)接接頭進行PT檢測，Ⅰ級合格(ge)。
②. 沿評(ping)定(ding)用管(guan)中心線切開(kai)兩(liang)個焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭，試(shi)樣經(jing)酸蝕后(hou)宏觀檢查8個受(shou)檢面，均(jun)未發現焊(han)(han)接(jie)缺陷。同時，觀察(cha)管(guan)子剖面時特(te)別觀察(cha)了管(guan)子與管(guan)孔貼(tie)脹處的(de)貼(tie)合情況(kuang)，不存在(zai)可視間(jian)隙。
③. 對兩件試樣進(jin)行拉(la)(la)脫試驗，當(dang)拉(la)(la)脫載荷分別為(wei)48kN、44kN時，斷于(yu)管子，符合GB151-1999中的(de)規定。
④. 測量(liang)(liang)焊縫金屬中的鐵(tie)素(su)體(ti)含量(liang)(liang)，表層的鐵(tie)素(su)體(ti)含量(liang)(liang)（體(ti)積分數(shu)）為35％～65％，該測定(ding)結(jie)果合格。采用磁性儀測量(liang)(liang)法，測定(ding)焊縫金屬鐵(tie)素(su)體(ti)含量(liang)(liang)（體(ti)積分數(shu)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格。
⑤. 對焊接接頭表面進(jin)行HRC硬度測定，其測定結果(guo)為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影(ying)響區(qu)22.0，焊縫區(qu)25.5，S31803 熱(re)影(ying)響區(qu)22.0，換熱(re)管S31803母材區(qu)22.2。
⑥. 對管接頭(tou)解剖后(hou)進(jin)行［H］值（mL／100g）測(ce)量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊接
中變氣水冷器的雙相不銹鋼換熱管與管板共308個管頭(tou)，焊接時嚴格(ge)執(zhi)行(xing)以(yi)下工藝措施(shi)：
①. 產(chan)品(pin)焊接(jie)前，用丙酮清洗雙相(xiang)不銹鋼換熱管與(yu)管板的坡口。
②. 按合格的(de)工(gong)藝(yi)(yi)評定制(zhi)訂焊接(jie)工(gong)藝(yi)(yi)，施焊時嚴格按制(zhi)訂的(de)焊接(jie)工(gong)藝(yi)(yi)執行。
③. 焊(han)(han)(han)接(jie)過程中，采用(yong)可靠的測溫(wen)儀對焊(han)(han)(han)件進(jin)行(xing)層間溫(wen)度(du)控(kong)制，嚴(yan)格(ge)控(kong)制層間溫(wen)度(du)不高于150℃；采用(yong)小的焊(han)(han)(han)接(jie)熱(re)輸入(ru)焊(han)(han)(han)接(jie)，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采用(yong)雙道填絲焊(han)(han)(han)，熄(xi)弧焊(han)(han)(han)道要覆蓋起始焊(han)(han)(han)道，根(gen)部(bu)焊(han)(han)(han)道應被后一道的焊(han)(han)(han)道充分覆蓋，相(xiang)(xiang)繼焊(han)(han)(han)層的引弧和(he)熄(xi)弧焊(han)(han)(han)道要相(xiang)(xiang)互錯開。
焊接完畢并(bing)貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對(dui)管頭進(jin)100％滲透（PT）檢測，檢測結果I級合格(ge)，且抽查接頭的(de)鐵素(su)體含量（體積分數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到(dao)了較好的(de)相比例。
