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(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(xiang)比(bi)例影響因素
為了(le)保證(zheng)換熱管束與管板的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)強度及耐氯化物腐蝕性能，按照雙相鋼材料特(te)性，其性能主(zhu)要取決于焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)金相組織。當焊(han)縫(feng)中鐵素體和奧(ao)氏體量(liang)各接(jie)(jie)(jie)近50％時，性能較好，如何在焊(han)接(jie)(jie)(jie)中控制焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)相比例是(shi)關鍵，它與下(xia)列因素有直接(jie)(jie)(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(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(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)在焊(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)循環對焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭內部的組織有很大的影響，無論焊(han)(han)縫還是(shi)熱(re)影響區(qu)都會有相變發生(sheng)。當采用多層(ceng)多道焊(han)(han)接(jie)(jie)時，后續(xu)焊(han)(han)道能(neng)(neng)促(cu)使(shi)前層(ceng)焊(han)(han)道金屬中的鐵(tie)素體進一步轉(zhuan)變成奧(ao)氏體，得到最終(zhong)焊(han)(han)縫和(he)熱(re)影響區(qu)的奧(ao)氏體相增多，而且能(neng)(neng)夠細化鐵(tie)素體晶(jing)粒，減少(shao)碳化物和(he)氮化物從(cong)晶(jing)內和(he)晶(jing)界析出。雙(shuang)相不(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)用低熔(rong)敷(fu)率和(he)多層(ceng)多道焊(han)(han)，能(neng)(neng)改善整個(ge)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的組織和(he)性能(neng)(neng)。
二(er)、雙(shuang)相(xiang)不銹鋼換熱管與管板的焊接(jie)
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
換熱管為(wei)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)管2205（SA789 UNS S31803），規格為(wei)ф19mmx2mm;管板采用Q345R堆焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁性儀(yi)測(ce)量(liang)法測(ce)定(ding)，管板堆焊層表面鐵素體含量(liang)（體積分數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換熱管(guan)與(yu)管(guan)板坡口形式(shi)如圖(tu)5-29所(suo)示，采用(yong)全自動(dong)鎢極氬弧焊(han)，焊(han)絲(si)(si)選(xuan)用(yong)ER2209ф1.0mm。換熱管(guan)、管(guan)板堆焊(han)層、焊(han)絲(si)(si)的化學(xue)成分(fen)見(jian)表5-57，焊(han)接(jie)參數見(jian)表5-58。
焊(han)(han)接時，從零點引弧按順時針方向焊(han)(han)接，并(bing)采(cai)用填充焊(han)(han)絲雙道焊(han)(han)，相鄰兩焊(han)(han)道的引弧位置需錯開180°。焊(han)(han)接完畢(bi)并(bing)貼脹后，分(fen)別進行下列項目(mu)試(shi)驗，其結(jie)果如下：
①. 10個焊接(jie)接(jie)頭(tou)進(jin)行PT檢(jian)測，Ⅰ級合格。
②. 沿評定用(yong)管中(zhong)心線切開兩個(ge)焊(han)接接頭，試樣經酸蝕后宏觀(guan)檢查8個(ge)受檢面(mian)，均未發現焊(han)接缺陷。同時(shi)，觀(guan)察管子(zi)剖(pou)面(mian)時(shi)特(te)別觀(guan)察了管子(zi)與管孔貼(tie)(tie)脹(zhang)處的貼(tie)(tie)合情況，不(bu)存在可(ke)視間(jian)隙(xi)。
③. 對兩件試樣進行拉脫試驗(yan)，當拉脫載荷分別為(wei)48kN、44kN時(shi)，斷于(yu)管子，符合(he)GB151-1999中的規定(ding)。
④. 測(ce)(ce)量(liang)(liang)焊縫金屬中的(de)(de)鐵(tie)(tie)素體含量(liang)(liang)，表層(ceng)的(de)(de)鐵(tie)(tie)素體含量(liang)(liang)（體積(ji)分(fen)數）為35％～65％，該測(ce)(ce)定結果合格(ge)。采用磁(ci)性儀測(ce)(ce)量(liang)(liang)法(fa)，測(ce)(ce)定焊縫金屬鐵(tie)(tie)素體含量(liang)(liang)（體積(ji)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. 對焊接接頭表面(mian)進行(xing)HRC硬度測(ce)定，其測(ce)定結(jie)果為：管(guan)板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影響區22.0，焊縫區25.5，S31803 熱影響區22.0，換熱管(guan)S31803母材區22.2。
⑥. 對管接(jie)頭解剖后(hou)進行［H］值（mL／100g）測量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產品焊接(jie)
中(zhong)變氣水(shui)冷器的(de)雙(shuang)相不銹鋼換熱管與管板共308個管頭(tou)，焊接時(shi)嚴(yan)格執行以(yi)下工(gong)藝措施(shi)：
①. 產品焊接前，用(yong)丙酮清洗雙相(xiang)不(bu)銹鋼換(huan)熱(re)管與管板的坡口。
②. 按合格的(de)工(gong)藝評(ping)定(ding)制訂(ding)焊接工(gong)藝，施焊時(shi)嚴格按制訂(ding)的(de)焊接工(gong)藝執行(xing)。
③. 焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)過程中，采(cai)用可靠的(de)測溫(wen)儀對焊(han)(han)(han)件(jian)進行層(ceng)間(jian)溫(wen)度控(kong)制(zhi)，嚴格控(kong)制(zhi)層(ceng)間(jian)溫(wen)度不高(gao)于150℃；采(cai)用小的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱輸入焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，其控(kong)制(zhi)在5～12kJ／cm；采(cai)用雙道(dao)(dao)填絲(si)焊(han)(han)(han)，熄(xi)弧焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)要(yao)覆蓋(gai)起始焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)，根部(bu)焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)應被后一道(dao)(dao)的(de)焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)充(chong)分覆蓋(gai)，相繼焊(han)(han)(han)層(ceng)的(de)引弧和熄(xi)弧焊(han)(han)(han)道(dao)(dao)要(yao)相互錯開。
焊接完畢(bi)并(bing)貼脹(zhang)后(hou)，按JB/T 4730-2005逐根對(dui)管(guan)頭(tou)進100％滲(shen)透（PT）檢測，檢測結果I級合格(ge)，且抽查接頭(tou)的鐵素體(ti)含量(liang)（體(ti)積分(fen)數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得(de)到(dao)了(le)較好(hao)的相(xiang)比例。
