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(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、相比例影響因素(su)
為了保證換熱管束(shu)與(yu)管板(ban)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)強度及耐氯化(hua)物(wu)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)，按(an)照雙相鋼材料特性(xing)，其性(xing)能(neng)主要取決于(yu)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)金相組織。當焊(han)縫中鐵(tie)素體和奧(ao)氏(shi)體量各接(jie)(jie)(jie)近(jin)50％時，性(xing)能(neng)較好，如(ru)何(he)在焊(han)接(jie)(jie)(jie)中控制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)相比(bi)例是關鍵(jian)，它(ta)與(yu)下列因素有直接(jie)(jie)(jie)關系(xi)：
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(xiang)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(jie)材料(liao)
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)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)循環對(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭內(nei)部的組織有很大的影響(xiang)，無論焊(han)(han)縫還(huan)是熱(re)影響(xiang)區(qu)都會有相(xiang)(xiang)變發生。當(dang)采用多(duo)層多(duo)道焊(han)(han)接(jie)(jie)時，后續焊(han)(han)道能(neng)促使(shi)前層焊(han)(han)道金屬中的鐵素(su)體(ti)進一(yi)步(bu)轉變成奧氏(shi)體(ti)，得(de)到最(zui)終焊(han)(han)縫和(he)熱(re)影響(xiang)區(qu)的奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)增多(duo)，而且能(neng)夠細化鐵素(su)體(ti)晶(jing)粒，減少碳化物和(he)氮化物從晶(jing)內(nei)和(he)晶(jing)界析出。雙相(xiang)(xiang)不銹(xiu)(xiu)鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)用低熔(rong)敷率和(he)多(duo)層多(duo)道焊(han)(han)，能(neng)改善整個焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的組織和(he)性能(neng)。
二(er)、雙相不銹鋼(gang)換熱管與管板的(de)焊接
按GB 151-1999附錄B及中變氣水冷器雙相不銹(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. 焊接工藝(yi)評定
換熱管(guan)為雙相不銹鋼管(guan)2205（SA789 UNS S31803），規格(ge)為ф19mmx2mm;管(guan)板采(cai)用Q345R堆焊（A042＋E2209），規格(ge)δ＝（20.0＋4）mm，經(jing)磁性儀(yi)測量法測定(ding)，管(guan)板堆焊層(ceng)表面鐵(tie)素體含(han)量（體積(ji)分數，％）為：42、47、47、43。
換(huan)熱(re)管與管板坡口形式如圖5-29所示(shi)，采用全自動鎢極氬弧焊，焊絲選用ER2209ф1.0mm。換(huan)熱(re)管、管板堆焊層、焊絲的(de)化學成分見表(biao)5-57，焊接參數見表(biao)5-58。
焊接(jie)(jie)時，從零點引弧(hu)按順時針方向焊接(jie)(jie)，并(bing)采用填充焊絲雙道(dao)焊，相鄰(lin)兩焊道(dao)的引弧(hu)位(wei)置需錯(cuo)開180°。焊接(jie)(jie)完畢并(bing)貼脹后，分別進行下(xia)(xia)列項目試(shi)驗，其(qi)結果如下(xia)(xia)：
①. 10個焊接接頭進(jin)行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿評定用管(guan)(guan)中心線(xian)切開兩個焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)，試樣經酸蝕(shi)后宏(hong)觀檢(jian)查8個受檢(jian)面，均(jun)未發現焊(han)接(jie)缺陷。同時(shi)，觀察管(guan)(guan)子(zi)剖面時(shi)特(te)別觀察了管(guan)(guan)子(zi)與管(guan)(guan)孔貼脹(zhang)處(chu)的貼合(he)情(qing)況，不(bu)存(cun)在可視間(jian)隙。
③. 對兩件試樣(yang)進行拉脫試驗(yan)，當拉脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合GB151-1999中的規定。
④. 測量焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)的鐵素體含量，表層的鐵素體含量（體積分數(shu)）為(wei)35％～65％，該測定結果合格。采(cai)用磁性儀測量法，測定焊(han)縫(feng)金屬鐵素體含量（體積分數(shu)，％）為(wei)45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格。
⑤. 對焊接(jie)接(jie)頭(tou)表面進(jin)行(xing)HRC硬度測(ce)(ce)定(ding)，其測(ce)(ce)定(ding)結果為：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）熱(re)影響區(qu)(qu)22.0，焊縫區(qu)(qu)25.5，S31803 熱(re)影響區(qu)(qu)22.0，換(huan)熱(re)管S31803母材區(qu)(qu)22.2。
⑥. 對管接(jie)頭解剖后(hou)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(han)接
中變氣水冷器的雙(shuang)相不銹鋼(gang)換熱管(guan)與管(guan)板共308個管(guan)頭，焊(han)接時嚴格執(zhi)行(xing)以下工藝(yi)措施：
①. 產品(pin)焊接(jie)前(qian)，用丙酮清洗雙相不(bu)銹鋼換(huan)熱管與管板的坡口(kou)。
②. 按合格(ge)的(de)工(gong)藝(yi)評定制訂(ding)焊接(jie)工(gong)藝(yi)，施焊時嚴格(ge)按制訂(ding)的(de)焊接(jie)工(gong)藝(yi)執行。
③. 焊(han)(han)接過(guo)程中，采用可靠的測溫儀對焊(han)(han)件進(jin)行(xing)層間溫度(du)(du)控(kong)制，嚴格(ge)控(kong)制層間溫度(du)(du)不高于(yu)150℃；采用小的焊(han)(han)接熱輸(shu)入焊(han)(han)接，其控(kong)制在5～12kJ／cm；采用雙道(dao)(dao)(dao)(dao)填(tian)絲焊(han)(han)，熄弧(hu)焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)(dao)要覆(fu)蓋(gai)起始焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)(dao)，根部焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)(dao)應被后一道(dao)(dao)(dao)(dao)的焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)(dao)充分覆(fu)蓋(gai)，相(xiang)繼焊(han)(han)層的引弧(hu)和熄弧(hu)焊(han)(han)道(dao)(dao)(dao)(dao)要相(xiang)互錯開(kai)。
焊接完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根(gen)對管(guan)頭進100％滲透（PT）檢測(ce)，檢測(ce)結果I級合格，且抽查(cha)接頭的(de)鐵素體(ti)含(han)量（體(ti)積分數，％）為(wei)：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較(jiao)好的(de)相比例(li)。
