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(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)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(bi)例影響因(yin)素(su)
為了保證(zheng)換熱管束與管板的(de)(de)焊接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)強度(du)及耐氯化物腐蝕(shi)性(xing)能，按照(zhao)雙相(xiang)鋼材料特(te)性(xing)，其性(xing)能主要取決于焊接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)金相(xiang)組織。當焊縫中鐵素(su)體和奧氏體量各接(jie)近50％時，性(xing)能較(jiao)好，如(ru)何在焊接(jie)中控制(zhi)焊接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的(de)(de)相(xiang)比例是關鍵(jian)，它與下列因(yin)素(su)有(you)直(zhi)接(jie)關系(xi)：
1. 焊接參(can)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
對于含氮雙相不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(re)循環(huan)
雙相不(bu)(bu)銹鋼在焊(han)接時，焊(han)接熱(re)循環對(dui)焊(han)接接頭內(nei)部的(de)(de)組(zu)織(zhi)有(you)很大(da)的(de)(de)影響，無論焊(han)縫還(huan)是熱(re)影響區(qu)都(dou)會有(you)相變發生。當采用多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道焊(han)接時，后續焊(han)道能(neng)促使前層焊(han)道金(jin)屬中的(de)(de)鐵素體(ti)進一步(bu)轉變成奧氏(shi)體(ti)，得到最終(zhong)焊(han)縫和熱(re)影響區(qu)的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)相增多(duo)(duo)，而且(qie)能(neng)夠細(xi)化(hua)(hua)鐵素體(ti)晶粒，減(jian)少碳化(hua)(hua)物和氮(dan)化(hua)(hua)物從晶內(nei)和晶界析出。雙相不(bu)(bu)銹鋼焊(han)接用低(di)熔敷率和多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道焊(han)，能(neng)改善整個(ge)焊(han)接接頭的(de)(de)組(zu)織(zhi)和性能(neng)。
二、雙相不銹鋼(gang)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(xiu)鋼管(guan)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(yi)評定
換熱(re)管(guan)為(wei)(wei)雙相(xiang)不銹鋼管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格為(wei)(wei)ф19mmx2mm;管(guan)板(ban)采(cai)用Q345R堆(dui)(dui)焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量法測定(ding)，管(guan)板(ban)堆(dui)(dui)焊層表面鐵(tie)素體(ti)含量（體(ti)積(ji)分(fen)數，％）為(wei)(wei)：42、47、47、43。
換熱管(guan)與(yu)管(guan)板坡(po)口形式如(ru)圖5-29所示，采用(yong)全自動鎢極氬(ya)弧焊(han)，焊(han)絲(si)選用(yong)ER2209ф1.0mm。換熱管(guan)、管(guan)板堆焊(han)層、焊(han)絲(si)的化學(xue)成(cheng)分見表5-57，焊(han)接參數見表5-58。
焊(han)接時，從零(ling)點引(yin)弧按(an)順時針方向焊(han)接，并采用(yong)填充焊(han)絲雙道焊(han)，相鄰(lin)兩焊(han)道的引(yin)弧位(wei)置需錯開180°。焊(han)接完畢并貼脹(zhang)后，分別進行下列項目試驗(yan)，其結果如下：
①. 10個焊(han)接(jie)接(jie)頭進行PT檢(jian)測，Ⅰ級合格。
②. 沿評定用管中心線切開(kai)兩個焊接接頭，試樣經(jing)酸蝕(shi)后宏觀檢(jian)查8個受檢(jian)面，均未發現焊接缺陷。同時，觀察管子剖面時特別觀察了管子與管孔貼(tie)脹處的貼(tie)合情況，不存在可視間隙。
③. 對兩(liang)件試樣進行拉脫試驗，當(dang)拉脫載(zai)荷分別為48kN、44kN時，斷于(yu)管子，符合GB151-1999中的規定。
④. 測(ce)(ce)量焊縫金屬中(zhong)的鐵素(su)體含量，表層(ceng)的鐵素(su)體含量（體積分數）為(wei)35％～65％，該測(ce)(ce)定結果(guo)合(he)格(ge)。采用磁性儀(yi)測(ce)(ce)量法，測(ce)(ce)定焊縫金屬鐵素(su)體含量（體積分數，％）為(wei)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(jie)接(jie)頭表面(mian)進行HRC硬度測定(ding)，其測定(ding)結(jie)果(guo)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(jie)頭(tou)解剖后進行［H］值(zhi)（mL／100g）測(ce)量為(wei)：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊(han)接(jie)
中變氣水冷器的雙相不(bu)銹鋼換熱管與管板共308個管頭，焊接(jie)時嚴格執(zhi)行以下(xia)工藝措施：
①. 產品焊接前，用丙酮清(qing)洗雙相不銹鋼換熱管(guan)與管(guan)板的坡口。
②. 按合格的工(gong)藝(yi)(yi)評定制訂焊接工(gong)藝(yi)(yi)，施(shi)焊時嚴(yan)格按制訂的焊接工(gong)藝(yi)(yi)執行。
③. 焊(han)(han)(han)接(jie)過程中，采(cai)用(yong)可靠的(de)測(ce)溫儀對焊(han)(han)(han)件進(jin)行層(ceng)(ceng)間溫度控(kong)制，嚴(yan)格(ge)控(kong)制層(ceng)(ceng)間溫度不高于150℃；采(cai)用(yong)小的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)熱(re)輸入焊(han)(han)(han)接(jie)，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采(cai)用(yong)雙道(dao)填絲焊(han)(han)(han)，熄(xi)(xi)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)道(dao)要覆蓋起始(shi)焊(han)(han)(han)道(dao)，根部焊(han)(han)(han)道(dao)應被后一道(dao)的(de)焊(han)(han)(han)道(dao)充(chong)分覆蓋，相繼焊(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)的(de)引弧(hu)(hu)和熄(xi)(xi)弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)道(dao)要相互錯(cuo)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）檢測，檢測結果I級合格，且抽查(cha)接(jie)頭的(de)(de)鐵(tie)素體含量(liang)（體積分(fen)數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到(dao)了較好的(de)(de)相(xiang)比例(li)。
