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(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、相比(bi)例影響(xiang)因(yin)素
為了保證(zheng)換熱(re)管束與管板的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)強度及耐(nai)氯(lv)化物腐蝕性能，按照雙(shuang)相(xiang)鋼材料特(te)性，其(qi)性能主要取(qu)決于焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)金相(xiang)組織。當(dang)焊(han)(han)(han)縫中鐵素體和奧氏(shi)體量(liang)各接(jie)(jie)(jie)(jie)近50％時，性能較好，如何在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)中控制焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)相(xiang)比例是關鍵，它與下列因素有直接(jie)(jie)(jie)(jie)關系：
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(jie)材(cai)料
對于含氮雙相(xiang)不銹鋼焊接(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. 焊接熱循環
雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼在焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)接(jie)熱循環對焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭內部的(de)組(zu)織有(you)很(hen)大的(de)影(ying)(ying)響，無論焊(han)(han)縫還是熱影(ying)(ying)響區都會有(you)相(xiang)變發生。當采用(yong)多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)焊(han)(han)接(jie)時，后(hou)續(xu)焊(han)(han)道(dao)能(neng)(neng)促使前層(ceng)焊(han)(han)道(dao)金屬中(zhong)的(de)鐵(tie)素體(ti)進一步轉變成奧氏體(ti)，得(de)到最終焊(han)(han)縫和(he)熱影(ying)(ying)響區的(de)奧氏體(ti)相(xiang)增多(duo)，而且能(neng)(neng)夠細化鐵(tie)素體(ti)晶粒，減少碳化物和(he)氮化物從晶內和(he)晶界析出。雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹鋼焊(han)(han)接(jie)用(yong)低熔敷率和(he)多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)焊(han)(han)，能(neng)(neng)改善整個焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)組(zu)織和(he)性能(neng)(neng)。
二、雙(shuang)相不銹(xiu)鋼(gang)換熱管與管板的焊(han)接
按GB 151-1999附錄B及中變氣水冷器雙相不銹鋼(gang)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(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)為雙相不銹鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格(ge)為ф19mmx2mm;管(guan)(guan)(guan)(guan)板采用Q345R堆焊（A042＋E2209），規格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量法測定，管(guan)(guan)(guan)(guan)板堆焊層(ceng)表面鐵素體含量（體積分數，％）為：42、47、47、43。
換熱(re)管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板坡口形式如圖5-29所示(shi)，采用全自(zi)動鎢極(ji)氬(ya)弧焊(han)(han)，焊(han)(han)絲選(xuan)用ER2209ф1.0mm。換熱(re)管(guan)(guan)、管(guan)(guan)板堆焊(han)(han)層、焊(han)(han)絲的化(hua)學成分見表(biao)5-57，焊(han)(han)接參數(shu)見表(biao)5-58。
焊(han)接時，從零點引(yin)弧按(an)順時針方向焊(han)接，并采用填(tian)充焊(han)絲雙道焊(han)，相鄰兩焊(han)道的引(yin)弧位置需錯開180°。焊(han)接完畢并貼(tie)脹后(hou)，分別進行(xing)下(xia)列項目試驗，其(qi)結果如(ru)下(xia)：
①. 10個焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭進行(xing)PT檢測，Ⅰ級合格(ge)。
②. 沿評定用(yong)管中心線切開兩(liang)個焊接接頭，試樣經(jing)酸蝕后宏觀(guan)檢(jian)查8個受檢(jian)面(mian)，均未發現焊接缺(que)陷。同時，觀(guan)察管子剖面(mian)時特別觀(guan)察了(le)管子與管孔貼脹處的貼合情況，不存(cun)在可視(shi)間隙。
③. 對兩(liang)件(jian)試(shi)樣進(jin)行拉脫試(shi)驗，當拉脫載荷(he)分別為48kN、44kN時，斷于管子，符(fu)合(he)GB151-1999中的規定。
④. 測量(liang)焊縫(feng)金屬中(zhong)的鐵素體(ti)(ti)含量(liang)，表(biao)層的鐵素體(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)積分(fen)數）為(wei)35％～65％，該測定結果合格(ge)。采用(yong)磁(ci)性儀測量(liang)法(fa)，測定焊縫(feng)金屬鐵素體(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)積分(fen)數，％）為(wei)45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其(qi)他(ta)合格(ge)。
⑤. 對焊接(jie)接(jie)頭表面(mian)進(jin)行HRC硬度測(ce)(ce)定，其測(ce)(ce)定結果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響(xiang)區22.0，焊縫(feng)區25.5，S31803 熱(re)影響(xiang)區22.0，換(huan)熱(re)管S31803母材區22.2。
⑥. 對管接(jie)頭解剖后進行［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(han)接(jie)
中變氣(qi)水冷器的雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)換(huan)熱(re)管與管板(ban)共308個(ge)管頭，焊接時嚴格執行以下(xia)工藝措(cuo)施：
①. 產品(pin)焊接(jie)前，用丙酮清洗雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)換熱(re)管與(yu)管板的坡口。
②. 按合格(ge)的工藝(yi)(yi)評定(ding)制(zhi)訂焊(han)接工藝(yi)(yi)，施焊(han)時(shi)嚴格(ge)按制(zhi)訂的焊(han)接工藝(yi)(yi)執行。
③. 焊(han)接過程中，采(cai)用(yong)可靠的測溫儀(yi)對(dui)焊(han)件進行層(ceng)(ceng)間溫度控(kong)制，嚴(yan)格控(kong)制層(ceng)(ceng)間溫度不高(gao)于150℃；采(cai)用(yong)小的焊(han)接熱輸入(ru)焊(han)接，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采(cai)用(yong)雙道(dao)填(tian)絲(si)焊(han)，熄弧(hu)焊(han)道(dao)要覆蓋起始焊(han)道(dao)，根部焊(han)道(dao)應被(bei)后(hou)一道(dao)的焊(han)道(dao)充分覆蓋，相(xiang)繼焊(han)層(ceng)(ceng)的引弧(hu)和熄弧(hu)焊(han)道(dao)要相(xiang)互錯(cuo)開。
焊接(jie)完(wan)畢并(bing)貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管頭進100％滲透（PT）檢測，檢測結(jie)果(guo)I級合格(ge)，且抽查接(jie)頭的鐵素體含量（體積分數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得(de)到(dao)了較(jiao)好的相比例(li)。
