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)相不銹(xiu)鋼管(guan)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、相比例影響因(yin)素
為了保證換熱管(guan)束與管(guan)板的焊(han)接接頭的強度及(ji)耐氯化(hua)物腐蝕性能，按照雙相(xiang)(xiang)鋼材料特性，其性能主要取(qu)決(jue)于焊(han)接接頭的金相(xiang)(xiang)組織。當焊(han)縫中鐵(tie)素體和奧氏體量(liang)各接近50％時，性能較好，如何在焊(han)接中控制焊(han)接接頭的相(xiang)(xiang)比例是(shi)關鍵，它與下(xia)列因素有(you)直接關系：
1. 焊接參(can)數(shu)
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(gang)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(jie)材料(liao)
對于含氮雙(shuang)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)銹鋼(gang)在焊(han)接(jie)(jie)(jie)時，焊(han)接(jie)(jie)(jie)熱循(xun)環對焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)內部的(de)組(zu)織(zhi)(zhi)有很(hen)大的(de)影響(xiang)，無論焊(han)縫(feng)還是熱影響(xiang)區都會有相變(bian)發生。當采用(yong)多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)(dao)焊(han)接(jie)(jie)(jie)時，后(hou)續焊(han)道(dao)(dao)能促使前層(ceng)焊(han)道(dao)(dao)金屬中的(de)鐵(tie)素體進一步轉變(bian)成奧(ao)(ao)氏體，得到最終焊(han)縫(feng)和(he)(he)熱影響(xiang)區的(de)奧(ao)(ao)氏體相增(zeng)多(duo)，而(er)且能夠細化(hua)鐵(tie)素體晶(jing)粒，減少(shao)碳化(hua)物(wu)和(he)(he)氮化(hua)物(wu)從晶(jing)內和(he)(he)晶(jing)界析(xi)出。雙相不(bu)銹鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)用(yong)低熔敷率和(he)(he)多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)(dao)焊(han)，能改(gai)善整個焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)組(zu)織(zhi)(zhi)和(he)(he)性能。
二(er)、雙相不銹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(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(han)接工藝評定
換熱(re)管(guan)為(wei)(wei)雙相不銹鋼管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格為(wei)(wei)ф19mmx2mm;管(guan)板采用Q345R堆(dui)焊(han)(han)（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁性儀測量法(fa)測定，管(guan)板堆(dui)焊(han)(han)層(ceng)表(biao)面鐵素體(ti)含(han)量（體(ti)積分數(shu)，％）為(wei)(wei)：42、47、47、43。
換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)與管(guan)(guan)(guan)板坡口形式(shi)如圖5-29所示(shi)，采用(yong)全(quan)自動鎢極氬弧(hu)焊，焊絲(si)選(xuan)用(yong)ER2209ф1.0mm。換(huan)熱管(guan)(guan)(guan)、管(guan)(guan)(guan)板堆(dui)焊層、焊絲(si)的化(hua)學成分見表5-57，焊接參(can)數見表5-58。
焊接時(shi)，從零點引弧按順時(shi)針方向(xiang)焊接，并采(cai)用(yong)填(tian)充焊絲雙道(dao)焊，相鄰兩焊道(dao)的引弧位置需錯開(kai)180°。焊接完畢并貼脹后，分別進(jin)行下(xia)列項目試(shi)驗，其結果(guo)如下(xia)：
①. 10個焊接接頭進行PT檢測，Ⅰ級(ji)合格。
②. 沿評(ping)定用(yong)管(guan)(guan)中心線切開兩(liang)個焊接接頭，試(shi)樣經酸(suan)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(cha)管(guan)(guan)子剖面時特別觀察(cha)了(le)管(guan)(guan)子與管(guan)(guan)孔貼脹處的(de)貼合情況，不存在可視(shi)間隙。
③. 對兩(liang)件(jian)試(shi)(shi)樣進行拉(la)脫(tuo)試(shi)(shi)驗，當拉(la)脫(tuo)載荷分(fen)別為48kN、44kN時，斷于(yu)管子，符合(he)GB151-1999中(zhong)的規定。
④. 測(ce)(ce)量(liang)焊縫(feng)金屬(shu)中的(de)鐵素(su)(su)體(ti)含量(liang)，表層的(de)鐵素(su)(su)體(ti)含量(liang)（體(ti)積分(fen)數）為35％～65％，該(gai)測(ce)(ce)定(ding)結果合格(ge)。采用磁性儀測(ce)(ce)量(liang)法，測(ce)(ce)定(ding)焊縫(feng)金屬(shu)鐵素(su)(su)體(ti)含量(liang)（體(ti)積分(fen)數，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格(ge)。
⑤. 對(dui)焊接接頭表(biao)面進(jin)行HRC硬度測(ce)定，其測(ce)定結果(guo)為：管板(ban)（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影(ying)響區22.0，焊縫區25.5，S31803 熱影(ying)響區22.0，換熱管S31803母材區22.2。
⑥. 對管(guan)接(jie)頭解剖后進(jin)行［H］值（mL／100g）測量(liang)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(shui)冷器(qi)的雙相不銹(xiu)鋼換熱(re)管與管板共308個管頭，焊(han)接時嚴格執行以下(xia)工藝措施(shi)：
①. 產品焊接前，用丙酮清洗雙(shuang)相不銹鋼換熱管與管板的坡口。
②. 按合格的工(gong)(gong)藝評定制訂焊接(jie)工(gong)(gong)藝，施焊時(shi)嚴格按制訂的焊接(jie)工(gong)(gong)藝執(zhi)行。
③. 焊接過程中，采(cai)用可靠的測溫儀對焊件進行層(ceng)間溫度(du)控制，嚴格控制層(ceng)間溫度(du)不高于150℃；采(cai)用小的焊接熱輸(shu)入焊接，其控制在5～12kJ／cm；采(cai)用雙道(dao)(dao)填絲焊，熄(xi)弧(hu)焊道(dao)(dao)要(yao)覆蓋起始焊道(dao)(dao)，根部焊道(dao)(dao)應(ying)被后一道(dao)(dao)的焊道(dao)(dao)充分覆蓋，相(xiang)繼焊層(ceng)的引弧(hu)和熄(xi)弧(hu)焊道(dao)(dao)要(yao)相(xiang)互(hu)錯開。
焊接完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管頭進(jin)100％滲透(tou)（PT）檢(jian)測(ce)，檢(jian)測(ce)結果I級合格(ge)，且(qie)抽查接頭的(de)(de)鐵素體(ti)含(han)量(liang)（體(ti)積分數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的(de)(de)相比例。
