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)影響因(yin)素
為了保證換(huan)熱管(guan)束與管(guan)板的(de)(de)焊接接頭(tou)的(de)(de)強度(du)及耐氯化物腐蝕性(xing)(xing)能(neng)，按照雙相鋼材料特(te)性(xing)(xing)，其性(xing)(xing)能(neng)主要取決于焊接接頭(tou)的(de)(de)金相組織。當焊縫中鐵素體和奧氏體量各接近(jin)50％時，性(xing)(xing)能(neng)較好(hao)，如(ru)何在焊接中控制焊接接頭(tou)的(de)(de)相比例(li)是關鍵，它與下列(lie)因(yin)素有直接關系：
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
對于含氮雙(shuang)相不銹鋼焊接(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
雙相不銹(xiu)鋼在焊(han)接(jie)(jie)時，焊(han)接(jie)(jie)熱循環對焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭內(nei)部(bu)的(de)組織(zhi)有很大(da)的(de)影響，無論焊(han)縫還(huan)是熱影響區(qu)都會有相變發生。當(dang)采用多層多道焊(han)接(jie)(jie)時，后續(xu)焊(han)道能(neng)促使前層焊(han)道金屬中(zhong)的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)進一步(bu)轉(zhuan)變成奧(ao)氏體(ti)(ti)，得到最終(zhong)焊(han)縫和熱影響區(qu)的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)相增(zeng)多，而且(qie)能(neng)夠細化(hua)(hua)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)晶(jing)粒，減少碳化(hua)(hua)物和氮化(hua)(hua)物從(cong)晶(jing)內(nei)和晶(jing)界析出。雙相不銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)用低熔敷率和多層多道焊(han)，能(neng)改善整(zheng)個(ge)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)組織(zhi)和性能(neng)。
二、雙相(xiang)不銹鋼換(huan)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(han)接工藝(yi)評定
換(huan)熱管為(wei)雙相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規格為(wei)ф19mmx2mm;管板采用Q345R堆焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀(yi)測量法測定，管板堆焊層表面(mian)鐵素體含量（體積(ji)分(fen)數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換(huan)熱(re)管與管板(ban)坡(po)口(kou)形式如圖5-29所示(shi)，采用(yong)全(quan)自動鎢(wu)極氬弧(hu)焊(han)(han)，焊(han)(han)絲選(xuan)用(yong)ER2209ф1.0mm。換(huan)熱(re)管、管板(ban)堆焊(han)(han)層、焊(han)(han)絲的化學成分見(jian)表(biao)5-57，焊(han)(han)接參數見(jian)表(biao)5-58。
焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)，從零點引弧按順(shun)時(shi)針(zhen)方向焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，并采用(yong)填充焊(han)(han)(han)(han)絲雙道焊(han)(han)(han)(han)，相鄰兩焊(han)(han)(han)(han)道的引弧位(wei)置需錯開180°。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完畢并貼脹后，分別(bie)進行(xing)下列項目試(shi)驗，其結果如下：
①. 10個焊接接頭(tou)進行(xing)PT檢測，Ⅰ級合(he)格。
②. 沿評定用管中心線切開兩個焊(han)接(jie)接(jie)頭，試樣經酸蝕(shi)后宏觀檢查8個受檢面，均未發現(xian)焊(han)接(jie)缺陷(xian)。同時，觀察管子剖(pou)面時特別觀察了(le)管子與(yu)管孔貼脹(zhang)處的(de)貼合情況，不存在可視間隙。
③. 對兩件(jian)試樣進行拉脫試驗，當(dang)拉脫載荷分別為(wei)48kN、44kN時(shi)，斷于(yu)管子，符合GB151-1999中(zhong)的規定。
④. 測(ce)量(liang)(liang)焊縫金(jin)屬中的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)，表層的鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)（體(ti)(ti)積分(fen)數(shu)）為35％～65％，該(gai)測(ce)定結果合(he)格(ge)。采用磁性(xing)儀測(ce)量(liang)(liang)法，測(ce)定焊縫金(jin)屬鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)（體(ti)(ti)積分(fen)數(shu)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合(he)格(ge)。
⑤. 對(dui)焊(han)接接頭表面(mian)進行HRC硬(ying)度測定(ding)，其測定(ding)結果為：管板(ban)（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)(re)影響區22.0，焊(han)縫區25.5，S31803 熱(re)(re)影響區22.0，換熱(re)(re)管S31803母材區22.2。
⑥. 對管接頭(tou)解剖(pou)后進行(xing)［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)
中變氣水冷器的(de)雙相不銹鋼換熱管與管板(ban)共308個管頭，焊接時嚴(yan)格執行以(yi)下工藝措施：
①. 產品焊接前，用丙酮(tong)清洗雙(shuang)相不(bu)銹鋼換熱管與管板的(de)坡口。
②. 按合格的工(gong)藝(yi)評定(ding)制訂焊接工(gong)藝(yi)，施焊時嚴(yan)格按制訂的焊接工(gong)藝(yi)執行。
③. 焊(han)(han)(han)接過程中，采(cai)用(yong)可靠(kao)的測(ce)溫(wen)儀(yi)對焊(han)(han)(han)件進(jin)行層(ceng)間(jian)溫(wen)度控制，嚴格(ge)控制層(ceng)間(jian)溫(wen)度不(bu)高(gao)于150℃；采(cai)用(yong)小(xiao)的焊(han)(han)(han)接熱輸入焊(han)(han)(han)接，其控制在5～12kJ／cm；采(cai)用(yong)雙道(dao)填絲焊(han)(han)(han)，熄弧焊(han)(han)(han)道(dao)要(yao)覆蓋(gai)起始焊(han)(han)(han)道(dao)，根部焊(han)(han)(han)道(dao)應(ying)被后一道(dao)的焊(han)(han)(han)道(dao)充分覆蓋(gai)，相繼焊(han)(han)(han)層(ceng)的引弧和熄弧焊(han)(han)(han)道(dao)要(yao)相互錯開(kai)。
焊接完畢并(bing)貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管頭(tou)進(jin)100％滲透(tou)（PT）檢(jian)測，檢(jian)測結果I級(ji)合(he)格，且抽查接頭(tou)的鐵素體(ti)含量（體(ti)積分數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相比例(li)。
