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)比例(li)影響因(yin)素
為了保證換(huan)熱管束與管板(ban)的焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的強度及耐氯化物腐(fu)蝕性能，按照雙相鋼材料特(te)性，其(qi)性能主要取決于焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的金相組織。當(dang)焊(han)縫中鐵素體(ti)和奧氏體(ti)量各接(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)(tou)的相比例(li)是關(guan)鍵，它與下列因(yin)素有直接(jie)(jie)(jie)關(guan)系(xi)：
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. 焊接(jie)材料
對于含氮雙相不銹鋼焊接(jie)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)相不銹鋼在焊接(jie)(jie)(jie)時(shi)，焊接(jie)(jie)(jie)熱循環對焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭內(nei)部(bu)的(de)(de)組(zu)織有很大的(de)(de)影(ying)響，無論焊縫還是熱影(ying)響區都會有相變發生。當(dang)采用多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道(dao)(dao)焊接(jie)(jie)(jie)時(shi)，后(hou)續(xu)焊道(dao)(dao)能(neng)(neng)促使前層焊道(dao)(dao)金(jin)屬(shu)中的(de)(de)鐵(tie)(tie)素體進一步轉(zhuan)變成奧(ao)氏體，得到最(zui)終焊縫和(he)(he)(he)熱影(ying)響區的(de)(de)奧(ao)氏體相增(zeng)多(duo)(duo)，而且能(neng)(neng)夠細化鐵(tie)(tie)素體晶粒，減(jian)少碳(tan)化物(wu)和(he)(he)(he)氮化物(wu)從晶內(nei)和(he)(he)(he)晶界析出。雙(shuang)相不銹鋼焊接(jie)(jie)(jie)用低熔敷率和(he)(he)(he)多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道(dao)(dao)焊，能(neng)(neng)改善(shan)整個焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)組(zu)織和(he)(he)(he)性能(neng)(neng)。
二、雙相不(bu)銹(xiu)鋼換(huan)熱管與管板(ban)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(gong)藝(yi)評(ping)定
換熱管為雙(shuang)相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規格為ф19mmx2mm;管板(ban)采用Q345R堆焊(han)（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量法測定，管板(ban)堆焊(han)層表面鐵素體含量（體積分數，％）為：42、47、47、43。
換熱管與管板(ban)坡口形式如圖5-29所示(shi)，采(cai)用全自動鎢極氬弧焊(han)(han)(han)，焊(han)(han)(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換熱管、管板(ban)堆焊(han)(han)(han)層、焊(han)(han)(han)絲的化(hua)學成分(fen)見表5-57，焊(han)(han)(han)接參數(shu)見表5-58。
焊接時(shi)，從零點引(yin)弧(hu)按順時(shi)針方(fang)向(xiang)焊接，并(bing)采用填充焊絲(si)雙(shuang)道(dao)焊，相鄰兩焊道(dao)的引(yin)弧(hu)位置(zhi)需錯開(kai)180°。焊接完畢并(bing)貼脹后，分別進行下列項目試(shi)驗，其結果(guo)如下：
①. 10個焊(han)接接頭進行PT檢測(ce)，Ⅰ級合格。
②. 沿評(ping)定用管中心線(xian)切開兩個(ge)(ge)焊接接頭，試樣經酸(suan)蝕后(hou)宏觀(guan)檢(jian)查8個(ge)(ge)受檢(jian)面，均未發現(xian)焊接缺陷(xian)。同時，觀(guan)察管子剖面時特別觀(guan)察了(le)管子與(yu)管孔貼脹處的貼合情況，不(bu)存在可視間隙。
③. 對兩件試樣進行拉(la)(la)脫試驗，當拉(la)(la)脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于管(guan)子，符合GB151-1999中的規定(ding)。
④. 測(ce)量(liang)(liang)焊縫(feng)金屬中的鐵(tie)素體(ti)含量(liang)(liang)，表層的鐵(tie)素體(ti)含量(liang)(liang)（體(ti)積分數(shu)）為35％～65％，該測(ce)定結(jie)果合格。采用(yong)磁性儀(yi)測(ce)量(liang)(liang)法(fa)，測(ce)定焊縫(feng)金屬鐵(tie)素體(ti)含量(liang)(liang)（體(ti)積分數(shu)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其(qi)他合格。
⑤. 對(dui)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭表面進行HRC硬度(du)測(ce)定(ding)，其測(ce)定(ding)結果為：管(guan)板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響區22.0，焊(han)縫區25.5，S31803 熱(re)影響區22.0，換熱(re)管(guan)S31803母材區22.2。
⑥. 對管(guan)接頭解(jie)剖后進行(xing)［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)變氣水冷器(qi)的雙相(xiang)不銹鋼換熱管與管板(ban)共(gong)308個管頭，焊接時嚴格執行以下工藝措施：
①. 產(chan)品焊接前(qian)，用丙(bing)酮清(qing)洗雙相不銹鋼換(huan)熱管與管板的(de)坡口。
②. 按(an)合格的工藝(yi)(yi)評定制(zhi)訂焊(han)接(jie)工藝(yi)(yi)，施(shi)焊(han)時(shi)嚴格按(an)制(zhi)訂的焊(han)接(jie)工藝(yi)(yi)執行。
③. 焊(han)(han)(han)(han)接過程中，采(cai)(cai)用可靠的測(ce)溫儀對焊(han)(han)(han)(han)件進行層(ceng)間(jian)溫度控(kong)(kong)制，嚴格(ge)控(kong)(kong)制層(ceng)間(jian)溫度不高于150℃；采(cai)(cai)用小(xiao)的焊(han)(han)(han)(han)接熱輸入焊(han)(han)(han)(han)接，其(qi)控(kong)(kong)制在5～12kJ／cm；采(cai)(cai)用雙道(dao)填絲焊(han)(han)(han)(han)，熄弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)道(dao)要覆(fu)蓋(gai)起始焊(han)(han)(han)(han)道(dao)，根(gen)部焊(han)(han)(han)(han)道(dao)應被后一道(dao)的焊(han)(han)(han)(han)道(dao)充(chong)分(fen)覆(fu)蓋(gai)，相(xiang)繼(ji)焊(han)(han)(han)(han)層(ceng)的引弧(hu)(hu)和熄弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)道(dao)要相(xiang)互錯(cuo)開。
焊接完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根(gen)對(dui)管頭(tou)進100％滲透（PT）檢測，檢測結(jie)果I級合格，且(qie)抽查接頭(tou)的(de)鐵素(su)體含量（體積分(fen)數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的(de)相(xiang)比(bi)例。
