浙江至德鋼業(yè)有限公司承接某石化公司300萬(wàn)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(wù)。該設(shè)備殼程介質(zhì)為中變氣（易燃介質(zhì)），其設(shè)計(jì)壓力為3.08MPa，設(shè)計(jì)溫度為140℃；管程介質(zhì)為循環(huán)水（第二組介質(zhì)），設(shè)計(jì)壓力為2.46MPa，設(shè)計(jì)溫度為58℃。為了達(dá)到最好的換熱效果、更高的耐蝕性及耐壓強(qiáng)度，中變氣水冷器的U形換熱管束采用了耐蝕性優(yōu)異的雙相不銹鋼管2205（SA789 UNSS31803相當(dāng)于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)022Cr19Ni5Mo3Si2N），管板采用了16 MnIV鍛件、該設(shè)備管程側(cè)堆焊SAF2209。
一、相比例影響因素
為了保證換熱管束與管板的焊接接頭的強(qiáng)度及耐氯化物腐蝕性能，按照雙相鋼材料特性，其性能主要取決于焊接接頭的金相組織。當(dāng)焊縫中鐵素體和奧氏體量各接近50％時(shí)，性能較好，如何在焊接中控制焊接接頭的相比例是關(guān)鍵，它與下列因素有直接關(guān)系：
1. 焊接參數(shù)
焊接熱輸入對(duì)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(guò)小，熱影響區(qū)冷卻速度快，奧氏體來(lái)不及析出，過(guò)量的鐵素體就會(huì)在室溫下過(guò)冷保持下來(lái)；若熱輸人過(guò)大冷卻速度太慢，盡管可以獲得足量的奧氏體，但也會(huì)引起熱影響區(qū)的鐵素體晶粒長(zhǎng)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(fā)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(duì)于含氮雙相不銹鋼焊接材料通常采用比母材較高的Ni和母材相當(dāng)?shù)腘的材料。N在保證焊縫金屬和焊后熱影響區(qū)內(nèi)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(kuò)大奧氏體元素，但是，N的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ni。在高溫下N穩(wěn)定奧氏體的能力也比Ni大，可防止焊后出現(xiàn)單相鐵素體。因此，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，決定選用ER2209焊絲，其N(xiāo)i含量高于母材，N含量與母材接近，化學(xué)成分對(duì)比見(jiàn)表5-57。
3. 焊接熱循環(huán)
雙相不銹鋼在焊接時(shí)，焊接熱循環(huán)對(duì)焊接接頭內(nèi)部的組織有很大的影響，無(wú)論焊縫還是熱影響區(qū)都會(huì)有相變發(fā)生。當(dāng)采用多層多道焊接時(shí)，后續(xù)焊道能促使前層焊道金屬中的鐵素體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成奧氏體，得到最終焊縫和熱影響區(qū)的奧氏體相增多，而且能夠細(xì)化鐵素體晶粒，減少碳化物和氮化物從晶內(nèi)和晶界析出。雙相不銹鋼焊接用低熔敷率和多層多道焊，能改善整個(gè)焊接接頭的組織和性能。
二、雙相不銹鋼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銹鋼管束制造技術(shù)條件進(jìn)行換熱管與管板的焊接工藝評(píng)定。
1. 焊接工藝評(píng)定
換熱管為雙相不銹鋼管2205（SA789 UNS S31803），規(guī)格為ф19mmx2mm;管板采用Q345R堆焊（A042＋E2209），規(guī)格δ＝（20.0＋4）mm，經(jīng)磁性儀測(cè)量法測(cè)定，管板堆焊層表面鐵素體含量（體積分?jǐn)?shù)，％）為：42、47、47、43。
換熱管與管板坡口形式如圖5-29所示，采用全自動(dòng)鎢極氬弧焊，焊絲選用ER2209ф1.0mm。換熱管、管板堆焊層、焊絲的化學(xué)成分見(jiàn)表5-57，焊接參數(shù)見(jiàn)表5-58。
焊接時(shí)，從零點(diǎn)引弧按順時(shí)針?lè)较蚝附?，并采用填充焊絲雙道焊，相鄰兩焊道的引弧位置需錯(cuò)開(kāi)180°。焊接完畢并貼脹后，分別進(jìn)行下列項(xiàng)目試驗(yàn)，其結(jié)果如下：
①. 10個(gè)焊接接頭進(jìn)行PT檢測(cè)，Ⅰ級(jí)合格。
②. 沿評(píng)定用管中心線切開(kāi)兩個(gè)焊接接頭，試樣經(jīng)酸蝕后宏觀檢查8個(gè)受檢面，均未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。同時(shí)，觀察管子剖面時(shí)特別觀察了管子與管孔貼脹處的貼合情況，不存在可視間隙。
③. 對(duì)兩件試樣進(jìn)行拉脫試驗(yàn)，當(dāng)拉脫載荷分別為48kN、44kN時(shí)，斷于管子，符合GB151-1999中的規(guī)定。
④. 測(cè)量焊縫金屬中的鐵素體含量，表層的鐵素體含量（體積分?jǐn)?shù)）為35％～65％，該測(cè)定結(jié)果合格。采用磁性儀測(cè)量法，測(cè)定焊縫金屬鐵素體含量（體積分?jǐn)?shù)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格。
⑤. 對(duì)焊接接頭表面進(jìn)行HRC硬度測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱影響區(qū)22.0，焊縫區(qū)25.5，S31803 熱影響區(qū)22.0，換熱管S31803母材區(qū)22.2。
⑥. 對(duì)管接頭解剖后進(jìn)行［H］值（mL／100g）測(cè)量為：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 產(chǎn)品焊接
中變氣水冷器的雙相不銹鋼換熱管與管板共308個(gè)管頭，焊接時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行以下工藝措施：
①. 產(chǎn)品焊接前，用丙酮清洗雙相不銹鋼換熱管與管板的坡口。
②. 按合格的工藝評(píng)定制訂焊接工藝，施焊時(shí)嚴(yán)格按制訂的焊接工藝執(zhí)行。
③. 焊接過(guò)程中，采用可靠的測(cè)溫儀對(duì)焊件進(jìn)行層間溫度控制，嚴(yán)格控制層間溫度不高于150℃；采用小的焊接熱輸入焊接，其控制在5～12kJ／cm；采用雙道填絲焊，熄弧焊道要覆蓋起始焊道，根部焊道應(yīng)被后一道的焊道充分覆蓋，相繼焊層的引弧和熄弧焊道要相互錯(cuò)開(kāi)。
焊接完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對(duì)管頭進(jìn)100％滲透（PT）檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果I級(jí)合格，且抽查接頭的鐵素體含量（體積分?jǐn)?shù)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相比例。
