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、相比例影響因(yin)素
為了保證(zheng)換熱管束與管板的焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的強度及(ji)耐(nai)氯(lv)化物腐蝕性能，按照雙(shuang)相(xiang)鋼材料(liao)特性，其性能主要取決于焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的金相(xiang)組(zu)織。當焊縫中鐵素(su)體和奧氏(shi)體量各接(jie)(jie)近50％時(shi)，性能較好，如何在焊接(jie)(jie)中控制焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的相(xiang)比例是關鍵，它與下列(lie)因素(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(shuang)相不銹(xiu)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(shuang)相不(bu)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. 焊接熱循(xun)環(huan)
雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在焊(han)(han)接(jie)時(shi)，焊(han)(han)接(jie)熱循環對焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)內部的(de)(de)組(zu)織(zhi)有很(hen)大的(de)(de)影(ying)響，無(wu)論焊(han)(han)縫(feng)還是熱影(ying)響區都會有相(xiang)(xiang)變發(fa)生(sheng)。當(dang)采用(yong)多層多道(dao)(dao)(dao)焊(han)(han)接(jie)時(shi)，后續焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)能(neng)促使前層焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)金屬中(zhong)的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)進一步(bu)轉變成(cheng)奧氏體(ti)(ti)，得到最終(zhong)焊(han)(han)縫(feng)和(he)熱影(ying)響區的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)增多，而且能(neng)夠細(xi)化鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)晶粒，減少碳化物和(he)氮(dan)化物從晶內和(he)晶界析出。雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)用(yong)低熔敷率和(he)多層多道(dao)(dao)(dao)焊(han)(han)，能(neng)改善整個焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)組(zu)織(zhi)和(he)性能(neng)。
二、雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼換(huan)熱管(guan)與管(guan)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(ping)定
換熱管為雙相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規格為ф19mmx2mm;管板(ban)采用Q345R堆焊(han)（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量法測定，管板(ban)堆焊(han)層表面鐵素體(ti)含(han)量（體(ti)積分數，％）為：42、47、47、43。
換熱管與管板坡口形式(shi)如(ru)圖5-29所示，采用(yong)全自(zi)動鎢極(ji)氬弧焊，焊絲選用(yong)ER2209ф1.0mm。換熱管、管板堆焊層(ceng)、焊絲的化學成(cheng)分見表(biao)(biao)5-57，焊接(jie)參數見表(biao)(biao)5-58。
焊(han)接時，從零點引弧(hu)按(an)順時針方向(xiang)焊(han)接，并采用(yong)填充焊(han)絲雙道焊(han)，相鄰兩焊(han)道的引弧(hu)位置需(xu)錯開180°。焊(han)接完畢并貼脹后，分別(bie)進行(xing)下列項(xiang)目試驗(yan)，其結果(guo)如下：
①. 10個焊接(jie)接(jie)頭進(jin)行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿評(ping)定用管(guan)(guan)中心線(xian)切開兩個焊接(jie)接(jie)頭，試樣經酸蝕后宏觀檢查(cha)8個受檢面，均未發現(xian)焊接(jie)缺(que)陷。同時，觀察(cha)管(guan)(guan)子(zi)剖面時特(te)別(bie)觀察(cha)了管(guan)(guan)子(zi)與(yu)管(guan)(guan)孔貼脹處(chu)的貼合情況，不存在可視間隙。
③. 對(dui)兩件(jian)試樣進行(xing)拉脫(tuo)試驗，當拉脫(tuo)載荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合(he)GB151-1999中的規定(ding)。
④. 測(ce)(ce)量(liang)焊縫金屬中的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)，表(biao)層(ceng)的(de)鐵(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)（體(ti)(ti)積分數(shu)）為35％～65％，該測(ce)(ce)定結果(guo)合格(ge)。采(cai)用磁性儀測(ce)(ce)量(liang)法，測(ce)(ce)定焊縫金屬鐵(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)（體(ti)(ti)積分數(shu)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他(ta)合格(ge)。
⑤. 對(dui)焊接接頭表面進行HRC硬度測(ce)定(ding)，其測(ce)定(ding)結果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響區(qu)(qu)22.0，焊縫區(qu)(qu)25.5，S31803 熱(re)影響區(qu)(qu)22.0，換熱(re)管S31803母材(cai)區(qu)(qu)22.2。
⑥. 對(dui)管接頭解(jie)剖后進(jin)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
中變氣水冷(leng)器的雙相(xiang)不銹鋼換熱管(guan)與管(guan)板共308個管(guan)頭，焊接(jie)時嚴格執行以下工藝措施：
①. 產品焊接前，用丙酮(tong)清洗雙相不銹鋼換(huan)熱管與管板的(de)坡口。
②. 按合格的工(gong)藝(yi)評定制訂焊接(jie)工(gong)藝(yi)，施焊時(shi)嚴格按制訂的焊接(jie)工(gong)藝(yi)執行。
③. 焊(han)接(jie)過程中，采用可靠的測溫(wen)儀(yi)對(dui)焊(han)件進行層間溫(wen)度(du)控(kong)制，嚴(yan)格控(kong)制層間溫(wen)度(du)不高于150℃；采用小(xiao)的焊(han)接(jie)熱(re)輸入焊(han)接(jie)，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采用雙道(dao)填絲焊(han)，熄(xi)弧焊(han)道(dao)要(yao)覆蓋起始焊(han)道(dao)，根部焊(han)道(dao)應被后一道(dao)的焊(han)道(dao)充分覆蓋，相繼焊(han)層的引弧和熄(xi)弧焊(han)道(dao)要(yao)相互(hu)錯開。
焊接(jie)完畢(bi)并(bing)貼脹(zhang)后，按JB/T 4730-2005逐根(gen)對管頭進100％滲透（PT）檢測，檢測結(jie)果I級(ji)合格，且抽查接(jie)頭的鐵素體含量（體積分數，％）為(wei)：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相比(bi)例。
