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(xiang)比例影響因素(su)
為了(le)保證(zheng)換熱管束與管板(ban)的(de)焊(han)接接頭的(de)強度及耐氯化物腐蝕性能，按照雙相鋼材料特性，其性能主要(yao)取決(jue)于焊(han)接接頭的(de)金相組織。當焊(han)縫中鐵素體和奧(ao)氏體量各接近50％時(shi)，性能較(jiao)好，如何在(zai)焊(han)接中控制焊(han)接接頭的(de)相比例是(shi)關鍵，它與下列因(yin)素有直接關系：
1. 焊(han)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(han)接材料
對于含氮雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)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. 焊接熱循環
雙相不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)焊接(jie)(jie)(jie)時，焊接(jie)(jie)(jie)熱(re)循環對焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭內(nei)部的組(zu)織有(you)很(hen)大的影(ying)(ying)響，無(wu)論焊縫還是(shi)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)都會有(you)相變(bian)發(fa)生。當采(cai)用多層(ceng)多道焊接(jie)(jie)(jie)時，后(hou)續焊道能促使前層(ceng)焊道金屬中的鐵素體進一步轉變(bian)成奧(ao)氏(shi)體，得到(dao)最(zui)終焊縫和(he)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)的奧(ao)氏(shi)體相增多，而(er)且能夠細化(hua)(hua)(hua)鐵素體晶(jing)粒，減少(shao)碳化(hua)(hua)(hua)物和(he)氮化(hua)(hua)(hua)物從晶(jing)內(nei)和(he)晶(jing)界析出(chu)。雙相不(bu)銹(xiu)鋼焊接(jie)(jie)(jie)用低(di)熔(rong)敷率(lv)和(he)多層(ceng)多道焊，能改善整(zheng)個(ge)焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的組(zu)織和(he)性能。
二、雙(shuang)相不銹鋼換熱管與管板的(de)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. 焊接工藝評定
換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)為(wei)雙相不銹鋼管(guan)(guan)(guan)2205（SA789 UNS S31803），規(gui)格(ge)為(wei)ф19mmx2mm;管(guan)(guan)(guan)板采(cai)用Q345R堆焊（A042＋E2209），規(gui)格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測(ce)量(liang)(liang)法測(ce)定，管(guan)(guan)(guan)板堆焊層表面鐵素體含量(liang)(liang)（體積分數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換(huan)熱管(guan)與(yu)管(guan)板(ban)坡口形式如圖5-29所示，采用全自(zi)動鎢極氬弧焊(han)，焊(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換(huan)熱管(guan)、管(guan)板(ban)堆焊(han)層、焊(han)絲的(de)化學成分見表(biao)5-57，焊(han)接參數見表(biao)5-58。
焊接時(shi)，從零(ling)點引弧(hu)按順時(shi)針方向焊接，并(bing)采(cai)用填充焊絲雙(shuang)道焊，相鄰兩焊道的引弧(hu)位置需錯(cuo)開180°。焊接完畢并(bing)貼脹(zhang)后(hou)，分別(bie)進行下列項目試驗，其(qi)結(jie)果(guo)如下：
①. 10個焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)進行PT檢(jian)測(ce)，Ⅰ級合格。
②. 沿評(ping)定(ding)用管(guan)中心線切開兩個(ge)焊接接頭，試樣經酸(suan)蝕后宏(hong)觀檢(jian)查8個(ge)受檢(jian)面(mian)，均(jun)未發現焊接缺陷。同時，觀察(cha)管(guan)子剖面(mian)時特(te)別觀察(cha)了管(guan)子與管(guan)孔(kong)貼(tie)脹處(chu)的貼(tie)合情況，不存在可視間(jian)隙。
③. 對(dui)兩件試(shi)樣進行(xing)拉脫試(shi)驗，當拉脫載(zai)荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合GB151-1999中的規定。
④. 測(ce)(ce)(ce)量(liang)焊縫(feng)金(jin)屬中(zhong)的鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含量(liang)，表層(ceng)的鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)(ti)積分(fen)數）為35％～65％，該(gai)測(ce)(ce)(ce)定結(jie)果(guo)合(he)格(ge)。采用磁性(xing)儀(yi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)法，測(ce)(ce)(ce)定焊縫(feng)金(jin)屬鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)(ti)積分(fen)數，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合(he)格(ge)。
⑤. 對焊接接頭表面進(jin)行HRC硬度測(ce)定(ding)(ding)，其測(ce)定(ding)(ding)結果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響區(qu)22.0，焊縫區(qu)25.5，S31803 熱(re)影響區(qu)22.0，換(huan)熱(re)管S31803母材區(qu)22.2。
⑥. 對管接頭解(jie)剖后進行(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
中變(bian)氣水(shui)冷器的雙(shuang)相不銹鋼換熱管(guan)與管(guan)板共308個管(guan)頭，焊接時(shi)嚴格執行以(yi)下工藝(yi)措施：
①. 產品(pin)焊(han)接前，用丙酮清(qing)洗雙相不銹鋼換熱管與管板的坡口。
②. 按(an)(an)合格的工(gong)藝評定制訂焊接工(gong)藝，施(shi)焊時嚴(yan)格按(an)(an)制訂的焊接工(gong)藝執行。
③. 焊(han)(han)(han)(han)接(jie)過程中，采用(yong)可靠(kao)的(de)測溫儀對焊(han)(han)(han)(han)件進行層(ceng)(ceng)間溫度(du)控制，嚴格(ge)控制層(ceng)(ceng)間溫度(du)不高(gao)于150℃；采用(yong)小的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)熱輸入焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，其(qi)控制在(zai)5～12kJ／cm；采用(yong)雙(shuang)道填(tian)絲(si)焊(han)(han)(han)(han)，熄弧焊(han)(han)(han)(han)道要覆蓋起始焊(han)(han)(han)(han)道，根部焊(han)(han)(han)(han)道應被(bei)后一道的(de)焊(han)(han)(han)(han)道充(chong)分覆蓋，相繼焊(han)(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)的(de)引弧和熄弧焊(han)(han)(han)(han)道要相互錯開。
焊接(jie)完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管頭進100％滲透（PT）檢(jian)測，檢(jian)測結果I級合格，且抽查接(jie)頭的(de)鐵素體含量(liang)（體積(ji)分數，％）為(wei)：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的(de)相比例(li)。
