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
為了(le)保證換熱管束與管板的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)強(qiang)度(du)及(ji)耐(nai)氯化物腐(fu)蝕性能，按照雙相鋼材料(liao)特性，其性能主要取決于焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)金相組織(zhi)。當焊(han)縫中(zhong)鐵素體和(he)奧氏體量各(ge)接(jie)(jie)(jie)近(jin)50％時，性能較(jiao)好，如何在焊(han)接(jie)(jie)(jie)中(zhong)控制焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)相比例(li)是關鍵，它(ta)與下列因素有直接(jie)(jie)(jie)關系(xi)：
1. 焊接參數(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
對于含氮雙相(xiang)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
雙相(xiang)不(bu)銹鋼在焊(han)接時(shi)，焊(han)接熱循環對焊(han)接接頭(tou)內部的組(zu)織有很(hen)大(da)的影(ying)響，無論(lun)焊(han)縫還是熱影(ying)響區(qu)都會有相(xiang)變發生。當(dang)采(cai)用(yong)多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)接時(shi)，后續焊(han)道(dao)能(neng)(neng)促使前層焊(han)道(dao)金屬(shu)中的鐵(tie)(tie)素體(ti)進一步轉變成奧氏(shi)體(ti)，得到(dao)最終焊(han)縫和(he)熱影(ying)響區(qu)的奧氏(shi)體(ti)相(xiang)增多(duo)，而且能(neng)(neng)夠(gou)細化(hua)鐵(tie)(tie)素體(ti)晶(jing)粒，減少(shao)碳化(hua)物(wu)和(he)氮化(hua)物(wu)從晶(jing)內和(he)晶(jing)界析出。雙相(xiang)不(bu)銹鋼焊(han)接用(yong)低(di)熔敷(fu)率和(he)多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)，能(neng)(neng)改善整個焊(han)接接頭(tou)的組(zu)織和(he)性能(neng)(neng)。
二、雙(shuang)相不銹(xiu)鋼換熱管與(yu)管板的焊接
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(huan)熱管為(wei)雙(shuang)相不(bu)銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規格為(wei)ф19mmx2mm;管板采(cai)用Q345R堆(dui)焊（A042＋E2209），規格δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁(ci)性儀(yi)測(ce)量法測(ce)定(ding)，管板堆(dui)焊層(ceng)表(biao)面鐵素體含量（體積分(fen)數，％）為(wei)：42、47、47、43。
換(huan)熱管與管板坡(po)口形式如圖5-29所(suo)示，采用全自動鎢極氬弧焊(han)(han)，焊(han)(han)絲選用ER2209ф1.0mm。換(huan)熱管、管板堆(dui)焊(han)(han)層、焊(han)(han)絲的(de)化學成(cheng)分(fen)見表5-57，焊(han)(han)接參數見表5-58。
焊接時，從零點(dian)引弧按順(shun)時針方向焊接，并采用填(tian)充焊絲(si)雙道焊，相(xiang)鄰(lin)兩(liang)焊道的引弧位置需錯開180°。焊接完畢并貼脹后，分別進行下(xia)列項(xiang)目(mu)試驗(yan)，其(qi)結果如下(xia)：
①. 10個焊接接頭進行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿評(ping)定用管(guan)中心線切開兩個焊(han)接接頭，試樣經酸蝕后宏觀(guan)(guan)檢(jian)(jian)查8個受檢(jian)(jian)面，均(jun)未(wei)發現焊(han)接缺陷。同時，觀(guan)(guan)察(cha)管(guan)子剖(pou)面時特(te)別觀(guan)(guan)察(cha)了管(guan)子與(yu)管(guan)孔貼(tie)(tie)脹處的貼(tie)(tie)合情(qing)況，不存(cun)在可視間隙。
③. 對兩件試(shi)樣進行(xing)拉(la)脫(tuo)(tuo)試(shi)驗，當拉(la)脫(tuo)(tuo)載(zai)荷分別為48kN、44kN時(shi)，斷于(yu)管子(zi)，符(fu)合(he)GB151-1999中的規定(ding)。
④. 測量(liang)焊(han)縫(feng)金屬(shu)中的(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)含(han)量(liang)，表(biao)層的(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)含(han)量(liang)（體(ti)(ti)積分數(shu)）為35％～65％，該測定結果(guo)合(he)格。采(cai)用磁性儀測量(liang)法，測定焊(han)縫(feng)金屬(shu)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)含(han)量(liang)（體(ti)(ti)積分數(shu)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合(he)格。
⑤. 對焊(han)接接頭表面進(jin)行HRC硬度測定(ding)，其測定(ding)結果為(wei)：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響區(qu)22.0，焊(han)縫區(qu)25.5，S31803 熱(re)影響區(qu)22.0，換熱(re)管S31803母材(cai)區(qu)22.2。
⑥. 對管(guan)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(jie)
中變氣水冷(leng)器的雙相不銹鋼(gang)換熱管與(yu)管板(ban)共308個管頭，焊接(jie)時(shi)嚴格執行(xing)以下工藝措施：
①. 產品焊(han)接前，用丙(bing)酮清(qing)洗雙相不(bu)銹鋼換熱管與(yu)管板(ban)的坡口(kou)。
②. 按合格的(de)工(gong)(gong)藝(yi)評(ping)定制(zhi)訂焊接工(gong)(gong)藝(yi)，施(shi)焊時嚴格按制(zhi)訂的(de)焊接工(gong)(gong)藝(yi)執行(xing)。
③. 焊(han)(han)接過程中(zhong)，采用可(ke)靠(kao)的(de)測溫(wen)儀對焊(han)(han)件進行層間溫(wen)度控制，嚴格控制層間溫(wen)度不高于150℃；采用小的(de)焊(han)(han)接熱輸入焊(han)(han)接，其控制在5～12kJ／cm；采用雙(shuang)道(dao)(dao)填絲焊(han)(han)，熄弧焊(han)(han)道(dao)(dao)要(yao)(yao)覆(fu)蓋起(qi)始焊(han)(han)道(dao)(dao)，根部焊(han)(han)道(dao)(dao)應被后(hou)一道(dao)(dao)的(de)焊(han)(han)道(dao)(dao)充(chong)分覆(fu)蓋，相繼焊(han)(han)層的(de)引弧和熄弧焊(han)(han)道(dao)(dao)要(yao)(yao)相互錯開(kai)。
焊接完畢并貼(tie)脹后，按JB/T 4730-2005逐根對(dui)管頭(tou)進100％滲透（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結果I級合(he)格(ge)，且抽查接頭(tou)的鐵(tie)素(su)體含量（體積分數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了(le)較好的相比例。
