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(li)影響(xiang)因素
為了(le)保證換熱管束與(yu)管板的(de)焊(han)(han)接接頭的(de)強度及(ji)耐氯(lv)化物腐(fu)蝕性能，按照雙相鋼材料特性，其性能主要取決(jue)于焊(han)(han)接接頭的(de)金相組織(zhi)。當(dang)焊(han)(han)縫中鐵素體和奧氏體量(liang)各接近50％時，性能較(jiao)好，如何在焊(han)(han)接中控制焊(han)(han)接接頭的(de)相比例是關(guan)鍵，它與(yu)下列因素有直接關(guan)系：
1. 焊接(jie)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(cai)料
對于含氮雙相(xiang)不(bu)銹鋼焊(han)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)接熱循環
雙(shuang)相不(bu)銹鋼在焊(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)接(jie)熱(re)循環對(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)內部的(de)(de)組織有很大的(de)(de)影(ying)響(xiang)，無論焊(han)(han)(han)縫還是熱(re)影(ying)響(xiang)區都會有相變發生。當采(cai)用多層多道焊(han)(han)(han)接(jie)時，后(hou)續焊(han)(han)(han)道能促(cu)使前層焊(han)(han)(han)道金屬中(zhong)的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)進一步轉變成奧氏體(ti)(ti)，得(de)到最終焊(han)(han)(han)縫和(he)熱(re)影(ying)響(xiang)區的(de)(de)奧氏體(ti)(ti)相增多，而(er)且能夠細化鐵素(su)體(ti)(ti)晶粒，減少(shao)碳化物和(he)氮化物從晶內和(he)晶界析出。雙(shuang)相不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)接(jie)用低熔敷率和(he)多層多道焊(han)(han)(han)，能改善整個焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)(de)組織和(he)性能。
二、雙相(xiang)不銹鋼換熱管(guan)與管(guan)板的焊接(jie)
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(gong)藝評(ping)定
換(huan)熱管為(wei)雙相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規(gui)格為(wei)ф19mmx2mm;管板采(cai)用Q345R堆(dui)焊(han)（A042＋E2209），規(gui)格δ＝（20.0＋4）mm，經磁(ci)性(xing)儀測量法測定，管板堆(dui)焊(han)層表面鐵素體(ti)含(han)量（體(ti)積分數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換(huan)熱管與管板(ban)坡口(kou)形式如圖5-29所示，采用全自動(dong)鎢極氬弧焊，焊絲選用ER2209ф1.0mm。換(huan)熱管、管板(ban)堆焊層(ceng)、焊絲的化學成分見表(biao)5-57，焊接參數見表(biao)5-58。
焊(han)(han)接(jie)時(shi)，從零點(dian)引弧(hu)按順時(shi)針(zhen)方向焊(han)(han)接(jie)，并采用填充(chong)焊(han)(han)絲雙道焊(han)(han)，相(xiang)鄰兩焊(han)(han)道的引弧(hu)位置需錯(cuo)開180°。焊(han)(han)接(jie)完畢并貼脹后(hou)，分(fen)別(bie)進行下列項目試驗，其結(jie)果如(ru)下：
①. 10個焊(han)接接頭進行PT檢測(ce)，Ⅰ級合格。
②. 沿評定(ding)用管中心線切開兩個焊接接頭(tou)，試樣經酸蝕后宏觀(guan)檢查8個受檢面，均未(wei)發現焊接缺陷。同(tong)時(shi)，觀(guan)察(cha)管子剖面時(shi)特(te)別觀(guan)察(cha)了管子與管孔貼脹處的貼合情況，不存(cun)在可視(shi)間隙。
③. 對兩件試樣進(jin)行拉(la)脫試驗，當拉(la)脫載荷分(fen)別(bie)為(wei)48kN、44kN時，斷于管子，符合(he)GB151-1999中的規定。
④. 測量(liang)焊縫金屬中的(de)鐵素(su)(su)體含(han)量(liang)，表層的(de)鐵素(su)(su)體含(han)量(liang)（體積(ji)分(fen)數）為35％～65％，該(gai)測定(ding)(ding)結果合格。采用磁性儀測量(liang)法(fa)，測定(ding)(ding)焊縫金屬鐵素(su)(su)體含(han)量(liang)（體積(ji)分(fen)數，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他(ta)合格。
⑤. 對(dui)焊(han)接接頭表面進行HRC硬度(du)測(ce)定(ding)(ding)，其測(ce)定(ding)(ding)結(jie)果為：管(guan)板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響(xiang)區(qu)22.0，焊(han)縫區(qu)25.5，S31803 熱(re)影響(xiang)區(qu)22.0，換(huan)熱(re)管(guan)S31803母材區(qu)22.2。
⑥. 對管接頭解剖后進行［H］值（mL／100g）測量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊接
中(zhong)變氣水(shui)冷器的(de)雙(shuang)相不銹鋼(gang)換熱管(guan)與管(guan)板共308個管(guan)頭(tou)，焊接時嚴格執(zhi)行以(yi)下工藝措(cuo)施：
①. 產品焊(han)接(jie)前，用丙酮清(qing)洗雙相(xiang)不銹鋼換熱管與(yu)管板(ban)的坡口。
②. 按(an)合格(ge)的工(gong)藝(yi)評定制訂焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)，施焊(han)時嚴(yan)格(ge)按(an)制訂的焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)執(zhi)行。
③. 焊(han)(han)接(jie)過程中，采(cai)用可靠(kao)的(de)(de)測溫儀對焊(han)(han)件進行層間溫度控制(zhi)，嚴格控制(zhi)層間溫度不高于150℃；采(cai)用小的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)熱輸入焊(han)(han)接(jie)，其控制(zhi)在(zai)5～12kJ／cm；采(cai)用雙道(dao)(dao)填絲焊(han)(han)，熄弧(hu)(hu)焊(han)(han)道(dao)(dao)要(yao)覆(fu)蓋起始(shi)焊(han)(han)道(dao)(dao)，根(gen)部焊(han)(han)道(dao)(dao)應被后一道(dao)(dao)的(de)(de)焊(han)(han)道(dao)(dao)充分覆(fu)蓋，相繼焊(han)(han)層的(de)(de)引弧(hu)(hu)和熄弧(hu)(hu)焊(han)(han)道(dao)(dao)要(yao)相互(hu)錯開。
焊接完畢并(bing)貼(tie)脹(zhang)后，按JB/T 4730-2005逐根對管頭進100％滲透（PT）檢(jian)測，檢(jian)測結果I級(ji)合格，且抽查接頭的鐵素體(ti)含量（體(ti)積分(fen)數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到(dao)了較好的相比例(li)。
