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、相比(bi)例影響因素
為了保證換熱管束與管板的焊(han)接接頭(tou)(tou)的強度(du)及(ji)耐(nai)氯化物腐蝕性(xing)(xing)(xing)能，按照雙相(xiang)鋼材料特性(xing)(xing)(xing)，其(qi)性(xing)(xing)(xing)能主要(yao)取決于焊(han)接接頭(tou)(tou)的金相(xiang)組織。當焊(han)縫中鐵(tie)素體和奧氏體量各接近50％時，性(xing)(xing)(xing)能較好，如何在(zai)焊(han)接中控制焊(han)接接頭(tou)(tou)的相(xiang)比例(li)是關鍵，它與下列因素有直接關系：
1. 焊(han)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(bu)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. 焊接材(cai)料
對于含氮雙(shuang)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(bu)銹鋼在(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)循環對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)內部的(de)(de)組織有很大的(de)(de)影響，無論(lun)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)還是熱(re)影響區都會有相(xiang)變發(fa)生。當采用(yong)多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，后續焊(han)(han)(han)(han)道(dao)能(neng)促使前(qian)層焊(han)(han)(han)(han)道(dao)金屬中(zhong)的(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)進一步轉變成奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)，得到最(zui)終焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)和(he)熱(re)影響區的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)增多(duo)，而且能(neng)夠(gou)細(xi)化鐵素(su)(su)體(ti)晶(jing)粒，減少(shao)碳化物(wu)和(he)氮化物(wu)從晶(jing)內和(he)晶(jing)界析出。雙相(xiang)不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)用(yong)低(di)熔敷率和(he)多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)(han)(han)(han)，能(neng)改善整個焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)組織和(he)性能(neng)。
二、雙相不銹(xiu)鋼換熱管(guan)(guan)與管(guan)(guan)板的(de)焊接
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(yi)評定
換熱管為(wei)雙相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規格(ge)為(wei)ф19mmx2mm;管板(ban)采用Q345R堆(dui)焊（A042＋E2209），規格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量(liang)法測定，管板(ban)堆(dui)焊層表(biao)面鐵素(su)體(ti)含量(liang)（體(ti)積分數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換熱(re)管與(yu)管板(ban)坡口形式如(ru)圖5-29所示，采用全自動鎢極氬弧(hu)焊(han)(han)，焊(han)(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換熱(re)管、管板(ban)堆焊(han)(han)層、焊(han)(han)絲的化學成分見表5-57，焊(han)(han)接參數見表5-58。
焊(han)接(jie)(jie)時，從零點引弧按順時針(zhen)方向焊(han)接(jie)(jie)，并采用填充焊(han)絲雙道焊(han)，相(xiang)鄰兩焊(han)道的引弧位置需錯(cuo)開180°。焊(han)接(jie)(jie)完畢(bi)并貼脹后，分別進(jin)行(xing)下(xia)列(lie)項目試驗，其結果如下(xia)：
①. 10個(ge)焊(han)接(jie)接(jie)頭進行PT檢測，Ⅰ級合(he)格。
②. 沿評(ping)定用管(guan)中心線切開兩個焊接接頭，試樣(yang)經酸蝕后(hou)宏觀(guan)(guan)檢查8個受(shou)檢面(mian)，均未發現焊接缺陷。同時(shi)，觀(guan)(guan)察管(guan)子(zi)剖面(mian)時(shi)特(te)別觀(guan)(guan)察了管(guan)子(zi)與管(guan)孔貼脹處的貼合情況，不存在可視間隙(xi)。
③. 對(dui)兩件試樣進行拉(la)脫試驗，當拉(la)脫載荷分別為48kN、44kN時(shi)，斷于管子，符合GB151-1999中的規定。
④. 測量焊縫(feng)金(jin)(jin)屬中的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)含(han)量，表層的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)含(han)量（體(ti)積分(fen)數）為(wei)(wei)35％～65％，該(gai)測定(ding)結(jie)果合格。采用磁(ci)性儀測量法，測定(ding)焊縫(feng)金(jin)(jin)屬鐵(tie)素體(ti)含(han)量（體(ti)積分(fen)數，％）為(wei)(wei)45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他(ta)合格。
⑤. 對焊(han)接接頭表(biao)面進行HRC硬(ying)度測定，其(qi)測定結(jie)果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影響區(qu)22.0，焊(han)縫(feng)區(qu)25.5，S31803 熱影響區(qu)22.0，換(huan)熱管S31803母材區(qu)22.2。
⑥. 對(dui)管接頭解剖后(hou)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)
中變氣(qi)水冷器的雙相不銹鋼換(huan)熱管與管板共308個(ge)管頭，焊接(jie)時嚴格執行以下工藝措施(shi)：
①. 產(chan)品焊接(jie)前，用丙(bing)酮(tong)清洗雙相不銹鋼換熱管與管板的(de)坡口。
②. 按(an)合格的(de)工藝評定制(zhi)訂焊接工藝，施焊時嚴格按(an)制(zhi)訂的(de)焊接工藝執行(xing)。
③. 焊(han)(han)(han)接過(guo)程中(zhong)，采用(yong)可(ke)靠的測溫(wen)儀(yi)對焊(han)(han)(han)件進行(xing)層(ceng)間溫(wen)度控(kong)制(zhi)，嚴格控(kong)制(zhi)層(ceng)間溫(wen)度不高于150℃；采用(yong)小的焊(han)(han)(han)接熱(re)輸入焊(han)(han)(han)接，其控(kong)制(zhi)在(zai)5～12kJ／cm；采用(yong)雙道(dao)填絲焊(han)(han)(han)，熄(xi)(xi)弧(hu)焊(han)(han)(han)道(dao)要(yao)覆蓋起始焊(han)(han)(han)道(dao)，根部(bu)焊(han)(han)(han)道(dao)應(ying)被(bei)后(hou)一道(dao)的焊(han)(han)(han)道(dao)充(chong)分覆蓋，相(xiang)繼(ji)焊(han)(han)(han)層(ceng)的引弧(hu)和(he)熄(xi)(xi)弧(hu)焊(han)(han)(han)道(dao)要(yao)相(xiang)互錯開。
焊接完(wan)畢并貼脹(zhang)后，按JB/T 4730-2005逐根(gen)對管頭進100％滲透(tou)（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結果I級合(he)格，且抽查接頭的鐵素體含量（體積分(fen)數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相比(bi)例(li)。
