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(xiang)不(bu)銹鋼管(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(yi)、相比例影響因素(su)
為了保(bao)證(zheng)換熱管束與管板的(de)焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)強(qiang)度及(ji)耐氯化(hua)物腐蝕性(xing)能(neng)，按照雙(shuang)相鋼材(cai)料特性(xing)，其性(xing)能(neng)主要取決于焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)金相組織(zhi)。當焊縫中(zhong)鐵素體和奧(ao)氏體量各接(jie)近(jin)50％時，性(xing)能(neng)較好，如何在焊接(jie)中(zhong)控制焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)相比例是關(guan)鍵，它與下列因素有(you)直接(jie)關(guan)系：
1. 焊接(jie)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. 焊接材料
對于含氮雙相不銹鋼(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. 焊接熱循環
雙(shuang)相不銹鋼在焊(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)接(jie)(jie)熱循環(huan)對(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭內(nei)部(bu)的組織有很大的影響(xiang)，無論(lun)焊(han)(han)縫還(huan)是熱影響(xiang)區都(dou)會(hui)有相變發生。當采用多(duo)(duo)層(ceng)多(duo)(duo)道(dao)焊(han)(han)接(jie)(jie)時，后續焊(han)(han)道(dao)能(neng)促使前層(ceng)焊(han)(han)道(dao)金屬中的鐵素體(ti)進(jin)一步(bu)轉變成奧氏(shi)體(ti)，得到(dao)最終焊(han)(han)縫和熱影響(xiang)區的奧氏(shi)體(ti)相增多(duo)(duo)，而且能(neng)夠細化(hua)(hua)鐵素體(ti)晶(jing)粒，減少碳(tan)化(hua)(hua)物和氮(dan)化(hua)(hua)物從晶(jing)內(nei)和晶(jing)界析出(chu)。雙(shuang)相不銹鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)用低熔敷率和多(duo)(duo)層(ceng)多(duo)(duo)道(dao)焊(han)(han)，能(neng)改善(shan)整個焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的組織和性能(neng)。
二、雙相(xiang)不銹鋼(gang)換熱管與管板的焊接
按GB 151-1999附錄B及中變氣水冷器雙相不(bu)銹(xiu)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)藝評定(ding)
換熱管(guan)為雙(shuang)相(xiang)不銹鋼管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格(ge)為ф19mmx2mm;管(guan)板采用Q345R堆(dui)(dui)焊(han)（A042＋E2209），規格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經磁性儀測量(liang)法(fa)測定，管(guan)板堆(dui)(dui)焊(han)層(ceng)表面鐵素體含量(liang)（體積分數，％）為：42、47、47、43。
換熱管與(yu)管板坡口形式(shi)如圖5-29所示，采用(yong)全自動鎢極氬弧焊(han)，焊(han)絲選(xuan)用(yong)ER2209ф1.0mm。換熱管、管板堆焊(han)層、焊(han)絲的化學成(cheng)分(fen)見表5-57，焊(han)接(jie)參數見表5-58。
焊(han)(han)接(jie)時(shi)，從零點引(yin)弧(hu)按順時(shi)針方(fang)向焊(han)(han)接(jie)，并(bing)采用(yong)填充焊(han)(han)絲雙道焊(han)(han)，相鄰兩焊(han)(han)道的(de)引(yin)弧(hu)位(wei)置需錯(cuo)開180°。焊(han)(han)接(jie)完畢并(bing)貼脹(zhang)后，分別進行下(xia)列項(xiang)目試驗，其(qi)結果如下(xia)：
①. 10個(ge)焊接(jie)接(jie)頭進(jin)行PT檢測(ce)，Ⅰ級合格。
②. 沿(yan)評定用管中心線(xian)切開(kai)兩個焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭，試(shi)樣經酸(suan)蝕后宏觀檢查8個受檢面(mian)，均未(wei)發現焊(han)接(jie)(jie)缺陷(xian)。同時，觀察管子剖面(mian)時特別觀察了管子與(yu)管孔貼(tie)脹處的貼(tie)合情(qing)況，不存在可(ke)視間隙。
③. 對兩件試樣進行(xing)拉脫試驗(yan)，當(dang)拉脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合(he)GB151-1999中的規定。
④. 測量(liang)焊縫(feng)金屬中的鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)，表(biao)層的鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)積(ji)(ji)分數(shu)）為(wei)35％～65％，該(gai)測定結(jie)果合格(ge)。采用磁(ci)性儀測量(liang)法，測定焊縫(feng)金屬鐵(tie)素體(ti)(ti)含量(liang)（體(ti)(ti)積(ji)(ji)分數(shu)，％）為(wei)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(tou)表面進行HRC硬度測定，其測定結果為：管(guan)板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)22.0，焊縫區(qu)(qu)25.5，S31803 熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)22.0，換熱(re)管(guan)S31803母材區(qu)(qu)22.2。
⑥. 對(dui)管接頭解(jie)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(pin)焊接
中變氣水冷器的雙相不銹鋼換熱管與管板共(gong)308個管頭，焊(han)接時(shi)嚴格執行(xing)以下工藝(yi)措施：
①. 產品焊接前(qian)，用丙酮(tong)清洗雙相不(bu)銹鋼換(huan)熱管(guan)與管(guan)板的坡口(kou)。
②. 按合格的工(gong)藝(yi)(yi)評(ping)定(ding)制訂(ding)焊(han)(han)(han)接工(gong)藝(yi)(yi)，施(shi)焊(han)(han)(han)時嚴格按制訂(ding)的焊(han)(han)(han)接工(gong)藝(yi)(yi)執行。
③. 焊(han)(han)接過程中，采用可靠的測溫儀對焊(han)(han)件進行層(ceng)間溫度控制，嚴格控制層(ceng)間溫度不高于150℃；采用小的焊(han)(han)接熱輸(shu)入(ru)焊(han)(han)接，其控制在5～12kJ／cm；采用雙道填絲焊(han)(han)，熄弧焊(han)(han)道要覆蓋起(qi)始焊(han)(han)道，根(gen)部焊(han)(han)道應被后(hou)一道的焊(han)(han)道充分覆蓋，相繼焊(han)(han)層(ceng)的引弧和熄弧焊(han)(han)道要相互錯(cuo)開。
焊接(jie)完畢并(bing)貼脹(zhang)后，按JB/T 4730-2005逐(zhu)根對(dui)管頭進100％滲(shen)透（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結(jie)果I級合格，且(qie)抽(chou)查(cha)接(jie)頭的鐵素體含(han)量（體積(ji)分數，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了(le)較好的相比例。
