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、相比例影響因素(su)
為了保證換(huan)熱管束與管板的(de)焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)強度及耐氯(lv)化(hua)物腐蝕性(xing)能(neng)(neng)(neng)，按照雙相(xiang)鋼(gang)材料(liao)特性(xing)，其性(xing)能(neng)(neng)(neng)主要(yao)取決于焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)金相(xiang)組織。當焊縫中鐵(tie)素體(ti)和奧氏體(ti)量各接(jie)(jie)(jie)近50％時，性(xing)能(neng)(neng)(neng)較好，如何(he)在(zai)焊接(jie)(jie)(jie)中控制(zhi)焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)相(xiang)比例是(shi)關鍵，它(ta)與下列因(yin)素有直接(jie)(jie)(jie)關系：
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(bu)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(shuang)相不銹鋼(gang)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(xun)環(huan)
雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼在焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時，焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)循環對焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)內部的(de)組織(zhi)有(you)很大的(de)影響(xiang)(xiang)，無論焊(han)縫還是熱(re)影響(xiang)(xiang)區(qu)都會(hui)有(you)相(xiang)變發生。當采用多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道(dao)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時，后續焊(han)道(dao)能(neng)(neng)促使前層焊(han)道(dao)金屬中的(de)鐵(tie)素體進一步(bu)轉變成奧(ao)氏(shi)體，得(de)到最終焊(han)縫和(he)(he)熱(re)影響(xiang)(xiang)區(qu)的(de)奧(ao)氏(shi)體相(xiang)增(zeng)多(duo)(duo)，而且能(neng)(neng)夠細化(hua)鐵(tie)素體晶粒，減少(shao)碳化(hua)物(wu)和(he)(he)氮化(hua)物(wu)從晶內和(he)(he)晶界(jie)析出(chu)。雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)用低熔敷率(lv)和(he)(he)多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道(dao)焊(han)，能(neng)(neng)改善(shan)整(zheng)個(ge)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)組織(zhi)和(he)(he)性能(neng)(neng)。
二、雙相不(bu)銹鋼換熱管(guan)與管(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(han)接(jie)工藝(yi)評定
換熱管(guan)(guan)為雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)2205（SA789 UNS S31803），規(gui)格(ge)為ф19mmx2mm;管(guan)(guan)板采用Q345R堆(dui)焊（A042＋E2209），規(gui)格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁性儀測(ce)量法測(ce)定，管(guan)(guan)板堆(dui)焊層表面鐵素體含(han)量（體積分數(shu)，％）為：42、47、47、43。
換熱(re)管與(yu)管板坡口(kou)形式如(ru)圖5-29所示，采用全自動鎢(wu)極氬弧焊(han)，焊(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換熱(re)管、管板堆焊(han)層、焊(han)絲的化學成分見表5-57，焊(han)接(jie)參數見表5-58。
焊(han)接(jie)時(shi)，從零(ling)點(dian)引弧按順時(shi)針方向焊(han)接(jie)，并采用填充焊(han)絲雙道(dao)焊(han)，相鄰(lin)兩(liang)焊(han)道(dao)的引弧位(wei)置需錯(cuo)開180°。焊(han)接(jie)完畢并貼脹后，分別進行下(xia)列(lie)項(xiang)目(mu)試(shi)驗(yan)，其結果如下(xia)：
①. 10個焊接(jie)接(jie)頭進(jin)行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿(yan)評定用(yong)管(guan)(guan)(guan)(guan)中心線切開兩個(ge)(ge)焊(han)接接頭(tou)，試(shi)樣經酸(suan)蝕(shi)后宏觀檢查8個(ge)(ge)受檢面，均未(wei)發現(xian)焊(han)接缺(que)陷(xian)。同時(shi)，觀察管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)剖面時(shi)特別觀察了(le)管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)與管(guan)(guan)(guan)(guan)孔(kong)貼脹處的貼合情況，不(bu)存(cun)在可視間隙(xi)。
③. 對(dui)兩件試樣進行拉(la)脫試驗(yan)，當拉(la)脫載(zai)荷分別(bie)為48kN、44kN時，斷于管子(zi)，符合GB151-1999中的(de)規定。
④. 測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)焊縫金(jin)(jin)屬中的鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)(liang)，表層的鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)(liang)（體(ti)(ti)積分數）為(wei)35％～65％，該測(ce)(ce)(ce)定結果合格。采用(yong)磁(ci)性儀測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)法(fa)，測(ce)(ce)(ce)定焊縫金(jin)(jin)屬鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)(liang)（體(ti)(ti)積分數，％）為(wei)45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其(qi)他(ta)合格。
⑤. 對焊接接頭表面進行HRC硬度測定，其測定結果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影響(xiang)區(qu)22.0，焊縫區(qu)25.5，S31803 熱影響(xiang)區(qu)22.0，換熱管S31803母材(cai)區(qu)22.2。
⑥. 對(dui)管接頭解剖后進行［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
中(zhong)變氣水冷(leng)器的雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)換熱(re)管與管板共308個(ge)管頭，焊接時(shi)嚴格執(zhi)行(xing)以下(xia)工藝措(cuo)施：
①. 產品焊接前，用丙酮清洗雙相不銹鋼(gang)換(huan)熱(re)管(guan)與管(guan)板的坡口。
②. 按合格的(de)工藝(yi)評定制(zhi)訂焊接(jie)(jie)工藝(yi)，施焊時嚴(yan)格按制(zhi)訂的(de)焊接(jie)(jie)工藝(yi)執行。
③. 焊(han)接過程中，采(cai)用可靠的測溫儀對焊(han)件(jian)進(jin)行層間溫度(du)控(kong)制，嚴格控(kong)制層間溫度(du)不高(gao)于150℃；采(cai)用小的焊(han)接熱輸入焊(han)接，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采(cai)用雙道(dao)填絲焊(han)，熄(xi)弧(hu)焊(han)道(dao)要覆蓋起(qi)始焊(han)道(dao)，根部焊(han)道(dao)應被后一(yi)道(dao)的焊(han)道(dao)充分覆蓋，相繼焊(han)層的引(yin)弧(hu)和熄(xi)弧(hu)焊(han)道(dao)要相互錯開。
焊接完畢并貼脹后(hou)，按(an)JB/T 4730-2005逐根(gen)對管頭進100％滲透（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結果(guo)I級合(he)格，且抽查接頭的(de)鐵(tie)素(su)體含量（體積分數(shu)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的(de)相比例(li)。
