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(bu)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(ying)響因素
為了保證(zheng)換熱管束與(yu)管板的(de)(de)焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)強度及耐氯化物腐蝕性(xing)(xing)能(neng)，按照雙(shuang)相鋼材料特性(xing)(xing)，其性(xing)(xing)能(neng)主要(yao)取(qu)決于焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)金(jin)相組(zu)織(zhi)。當焊縫中鐵素體(ti)和(he)奧氏體(ti)量各接(jie)(jie)(jie)近50％時，性(xing)(xing)能(neng)較好，如何在焊接(jie)(jie)(jie)中控制(zhi)焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)相比例是關(guan)鍵，它與(yu)下列(lie)因(yin)素有直接(jie)(jie)(jie)關(guan)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(bu)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)材料
對于含氮雙相不銹(xiu)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. 焊接熱循環
雙相不銹鋼在焊(han)接(jie)時(shi)，焊(han)接(jie)熱循環對焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)內部的組織有(you)很大的影(ying)響(xiang)，無論焊(han)縫還是(shi)熱影(ying)響(xiang)區(qu)都會有(you)相變(bian)發生。當采用多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)接(jie)時(shi)，后續焊(han)道(dao)能(neng)促(cu)使前層焊(han)道(dao)金屬中的鐵(tie)素體(ti)進一步轉變(bian)成(cheng)奧氏(shi)體(ti)，得到最終焊(han)縫和熱影(ying)響(xiang)區(qu)的奧氏(shi)體(ti)相增多(duo)，而且能(neng)夠(gou)細化(hua)(hua)鐵(tie)素體(ti)晶(jing)粒，減少(shao)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)和氮化(hua)(hua)物(wu)從晶(jing)內和晶(jing)界析出。雙相不銹鋼焊(han)接(jie)用低(di)熔敷率和多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)，能(neng)改(gai)善整個焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的組織和性(xing)能(neng)。
二、雙相不銹(xiu)鋼換熱管與管板的焊接
按GB 151-1999附錄B及中變氣水冷器雙相不(bu)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
換熱管(guan)為雙相不(bu)銹鋼管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規(gui)格為ф19mmx2mm;管(guan)板(ban)采用Q345R堆焊（A042＋E2209），規(gui)格δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁(ci)性儀測量法測定，管(guan)板(ban)堆焊層表面鐵(tie)素體含量（體積分數，％）為：42、47、47、43。
換熱管(guan)(guan)與(yu)管(guan)(guan)板坡口(kou)形式如圖5-29所示，采用(yong)全(quan)自動鎢極氬弧焊，焊絲(si)選用(yong)ER2209ф1.0mm。換熱管(guan)(guan)、管(guan)(guan)板堆(dui)焊層、焊絲(si)的(de)化學(xue)成分(fen)見表(biao)5-57，焊接(jie)參(can)數(shu)見表(biao)5-58。
焊(han)(han)接時，從(cong)零點(dian)引(yin)弧按(an)順(shun)時針方(fang)向焊(han)(han)接，并(bing)采用(yong)填充焊(han)(han)絲(si)雙道焊(han)(han)，相鄰兩焊(han)(han)道的引(yin)弧位置需(xu)錯開180°。焊(han)(han)接完畢并(bing)貼脹后(hou)，分別進行下(xia)列項目試驗，其結(jie)果(guo)如下(xia)：
①. 10個焊(han)接接頭進行PT檢測，Ⅰ級合格(ge)。
②. 沿評(ping)定用(yong)管(guan)(guan)中(zhong)心線切開兩個(ge)焊接接頭(tou)，試樣經酸蝕后宏觀檢(jian)查8個(ge)受檢(jian)面，均未(wei)發現焊接缺陷。同時(shi)，觀察(cha)管(guan)(guan)子剖面時(shi)特別觀察(cha)了(le)管(guan)(guan)子與(yu)管(guan)(guan)孔貼脹處的(de)貼合情況(kuang)，不存在可視(shi)間隙。
③. 對兩件試(shi)樣進行(xing)拉(la)脫試(shi)驗，當拉(la)脫載荷分別為(wei)48kN、44kN時，斷于管子，符合GB151-1999中的規定。
④. 測量(liang)(liang)(liang)焊縫金屬(shu)中的(de)鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang)(liang)(liang)，表層的(de)鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang)(liang)(liang)（體(ti)積分數）為(wei)35％～65％，該測定結果合格。采用磁性儀測量(liang)(liang)(liang)法，測定焊縫金屬(shu)鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang)(liang)(liang)（體(ti)積分數，％）為(wei)45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其(qi)他合格。
⑤. 對焊(han)接接頭表面進行(xing)HRC硬度測定(ding)(ding)，其測定(ding)(ding)結果為：管(guan)板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影(ying)響區(qu)(qu)22.0，焊(han)縫區(qu)(qu)25.5，S31803 熱影(ying)響區(qu)(qu)22.0，換熱管(guan)S31803母(mu)材區(qu)(qu)22.2。
⑥. 對管(guan)接頭(tou)解(jie)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(chan)品焊接
中(zhong)變氣(qi)水(shui)冷器的(de)雙(shuang)相不(bu)銹鋼換熱(re)管與管板共308個管頭，焊接(jie)時嚴格(ge)執行以下工藝措施(shi)：
①. 產品焊接(jie)前，用(yong)丙酮清洗雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼換熱管與管板的坡口。
②. 按合格(ge)的(de)(de)工(gong)(gong)藝評(ping)定制訂(ding)焊接(jie)工(gong)(gong)藝，施(shi)焊時嚴格(ge)按制訂(ding)的(de)(de)焊接(jie)工(gong)(gong)藝執(zhi)行(xing)。
③. 焊(han)(han)(han)接過程中，采用可靠的(de)測溫(wen)(wen)儀對(dui)焊(han)(han)(han)件進(jin)行層(ceng)間(jian)溫(wen)(wen)度控制，嚴格控制層(ceng)間(jian)溫(wen)(wen)度不高于150℃；采用小的(de)焊(han)(han)(han)接熱輸入(ru)焊(han)(han)(han)接，其控制在(zai)5～12kJ／cm；采用雙道(dao)(dao)(dao)填絲焊(han)(han)(han)，熄弧焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)(dao)要覆(fu)蓋起(qi)始焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)(dao)，根部焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)(dao)應被后一道(dao)(dao)(dao)的(de)焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)(dao)充分覆(fu)蓋，相(xiang)繼焊(han)(han)(han)層(ceng)的(de)引(yin)弧和熄弧焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)(dao)要相(xiang)互(hu)錯(cuo)開。
焊接完畢并(bing)貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管(guan)頭進100％滲透（PT）檢(jian)測，檢(jian)測結果I級合(he)格，且抽查接頭的鐵素體含量（體積分(fen)數，％）為(wei)：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相比例(li)。
