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(xiang)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(xiang)因(yin)素
為了保證換(huan)熱(re)管(guan)(guan)束與管(guan)(guan)板的(de)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)強度及耐氯化物腐蝕性(xing)(xing)能，按照雙相鋼材(cai)料(liao)特性(xing)(xing)，其性(xing)(xing)能主要取決于焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)金(jin)相組織。當焊(han)縫中(zhong)(zhong)鐵(tie)素體和奧氏體量各接(jie)(jie)近50％時，性(xing)(xing)能較好，如何在焊(han)接(jie)(jie)中(zhong)(zhong)控制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)相比例是關鍵，它與下列因素有(you)直接(jie)(jie)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(shuang)相不銹(xiu)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
對于含氮雙相不(bu)銹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(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)熱循環對焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭內(nei)部(bu)的(de)組織(zhi)有很大的(de)影響，無論焊(han)(han)縫(feng)還是熱影響區都(dou)會有相(xiang)變(bian)發生。當采用(yong)多層多道(dao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)，后(hou)續焊(han)(han)道(dao)能(neng)(neng)促使前層焊(han)(han)道(dao)金(jin)屬中的(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)進一(yi)步轉(zhuan)變(bian)成奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，得到最(zui)終焊(han)(han)縫(feng)和(he)熱影響區的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)增多，而且(qie)能(neng)(neng)夠細化(hua)(hua)鐵素體(ti)(ti)(ti)晶(jing)(jing)粒，減少碳化(hua)(hua)物和(he)氮化(hua)(hua)物從(cong)晶(jing)(jing)內(nei)和(he)晶(jing)(jing)界析(xi)出。雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)用(yong)低熔敷率(lv)和(he)多層多道(dao)焊(han)(han)，能(neng)(neng)改善整個(ge)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)組織(zhi)和(he)性能(neng)(neng)。
二、雙相不銹鋼換熱管與(yu)管板(ban)的焊接(jie)
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(han)接工藝評定
換熱管(guan)為雙相(xiang)不銹鋼(gang)管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格為ф19mmx2mm;管(guan)板(ban)(ban)采用(yong)Q345R堆焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁(ci)性儀測(ce)量法(fa)測(ce)定，管(guan)板(ban)(ban)堆焊層表面鐵(tie)素(su)體含量（體積分數，％）為：42、47、47、43。
換(huan)熱(re)管與管板(ban)坡口形式如圖(tu)5-29所示，采用(yong)全自(zi)動鎢極氬弧焊(han)(han)，焊(han)(han)絲(si)選(xuan)用(yong)ER2209ф1.0mm。換(huan)熱(re)管、管板(ban)堆焊(han)(han)層、焊(han)(han)絲(si)的化學(xue)成(cheng)分見(jian)表5-57，焊(han)(han)接參(can)數見(jian)表5-58。
焊(han)接時(shi)，從零點(dian)引(yin)弧按順時(shi)針方向(xiang)焊(han)接，并(bing)采用填(tian)充焊(han)絲雙(shuang)道焊(han)，相鄰兩焊(han)道的(de)引(yin)弧位(wei)置需(xu)錯開180°。焊(han)接完畢并(bing)貼脹后，分別進(jin)行(xing)下(xia)列項目(mu)試驗，其結果(guo)如下(xia)：
①. 10個焊接(jie)接(jie)頭進行PT檢測，Ⅰ級合(he)格(ge)。
②. 沿評定用管(guan)中心線切開兩個焊(han)(han)接接頭，試(shi)樣(yang)經酸蝕(shi)后宏觀檢(jian)查8個受檢(jian)面，均未發(fa)現焊(han)(han)接缺陷。同時，觀察管(guan)子剖面時特別觀察了管(guan)子與(yu)管(guan)孔貼脹處的貼合情況，不存在可視間隙(xi)。
③. 對兩(liang)件試樣進行拉脫試驗(yan)，當拉脫載荷分別(bie)為48kN、44kN時，斷(duan)于管子(zi)，符合GB151-1999中的規定。
④. 測(ce)量焊縫(feng)金屬(shu)中的鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量，表層(ceng)的鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量（體(ti)(ti)積分數(shu)）為35％～65％，該測(ce)定結(jie)果合格。采用磁(ci)性儀測(ce)量法，測(ce)定焊縫(feng)金屬(shu)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)含(han)量（體(ti)(ti)積分數(shu)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格。
⑤. 對焊接(jie)接(jie)頭表面進行HRC硬度(du)測定(ding)，其測定(ding)結果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)(re)影響區(qu)22.0，焊縫區(qu)25.5，S31803 熱(re)(re)影響區(qu)22.0，換熱(re)(re)管S31803母材區(qu)22.2。
⑥. 對管接頭解(jie)剖后進行［H］值（mL／100g）測(ce)量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品(pin)焊接
中變氣水冷(leng)器(qi)的(de)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼換(huan)熱管(guan)與管(guan)板共308個管(guan)頭(tou)，焊接時嚴格執行(xing)以下工藝措施(shi)：
①. 產品(pin)焊接(jie)前，用丙酮(tong)清(qing)洗(xi)雙相不銹(xiu)鋼(gang)換熱管與管板的坡口(kou)。
②. 按合格的(de)工藝評定制訂焊接(jie)工藝，施(shi)焊時嚴格按制訂的(de)焊接(jie)工藝執行。
③. 焊接過(guo)程中(zhong)，采用可(ke)靠的(de)(de)(de)測溫(wen)儀對焊件進行層(ceng)間(jian)溫(wen)度控制，嚴(yan)格控制層(ceng)間(jian)溫(wen)度不高于150℃；采用小的(de)(de)(de)焊接熱輸入焊接，其控制在(zai)5～12kJ／cm；采用雙道(dao)填絲焊，熄(xi)弧(hu)(hu)焊道(dao)要覆蓋起始焊道(dao)，根部焊道(dao)應被后一道(dao)的(de)(de)(de)焊道(dao)充分覆蓋，相繼焊層(ceng)的(de)(de)(de)引弧(hu)(hu)和(he)熄(xi)弧(hu)(hu)焊道(dao)要相互錯開(kai)。
焊接完畢并貼(tie)脹后(hou)，按JB/T 4730-2005逐根對(dui)管頭進100％滲透(tou)（PT）檢(jian)測(ce)，檢(jian)測(ce)結果I級合格，且抽查(cha)接頭的(de)鐵素體含量（體積分數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了(le)較(jiao)好的(de)相比例。
