浙江至德鋼業(yè)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(huán)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(yōu)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
為了保證換熱管束與管板的焊接接頭的強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。當焊縫中鐵素體和奧氏體量各接近50％時，性能較好，如何在焊接中控制焊接接頭的相比例是關鍵，它與下列因素有直接關系：
1. 焊接參數(shù)
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(qū)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(qū)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(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?shù)腘的材料。N在保證焊縫金屬和焊后熱影響區(qū)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(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(huán)
雙相不銹鋼在焊接時，焊接熱循環(huán)對焊接接頭內部的組織有很大的影響，無論焊縫還是熱影響區(qū)都會有相變發(fā)生。當采用多層多道焊接時，后續(xù)焊道能促使前層焊道金屬中的鐵素體進一步轉變成奧氏體，得到最終焊縫和熱影響區(qū)的奧氏體相增多，而且能夠細化鐵素體晶粒，減少碳化物和氮化物從晶內和晶界析出。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條件進行換熱管與管板的焊接工藝評定。
1. 焊接工藝評定
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，經磁性儀測量法測定，管板堆焊層表面鐵素體含量（體積分數(shù)，％）為：42、47、47、43。
換熱管與管板坡口形式如圖5-29所示，采用全自動鎢極氬弧焊，焊絲選用ER2209ф1.0mm。換熱管、管板堆焊層、焊絲的化學成分見表5-57，焊接參數(shù)見表5-58。
焊接時，從零點引弧按順時針方向焊接，并采用填充焊絲雙道焊，相鄰兩焊道的引弧位置需錯開180°。焊接完畢并貼脹后，分別進行下列項目試驗，其結果如下：
①. 10個焊接接頭進行PT檢測，Ⅰ級合格。
②. 沿評定用管中心線切開兩個焊接接頭，試樣經酸蝕后宏觀檢查8個受檢面，均未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。同時，觀察管子剖面時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. 對兩件試樣進行拉脫試驗，當拉脫載荷分別為48kN、44kN時，斷于管子，符合GB151-1999中的規(guī)定。
④. 測量焊縫金屬中的鐵素體含量，表層的鐵素體含量（體積分數(shù)）為35％～65％，該測定結果合格。采用磁性儀測量法，測定焊縫金屬鐵素體含量（體積分數(shù)，％）為45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格。
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
中變氣水冷器的雙相不銹鋼換熱管與管板共308個管頭，焊接時嚴格執(zhí)行以下工藝措施：
①. 產品焊接前，用丙酮清洗雙相不銹鋼換熱管與管板的坡口。
②. 按合格的工藝評定制訂焊接工藝，施焊時嚴格按制訂的焊接工藝執(zhí)行。
③. 焊接過程中，采用可靠的測溫儀對焊件進行層間溫度控制，嚴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開。
焊接完畢并貼脹后，按JB/T 4730-2005逐根對管頭進100％滲透（PT）檢測，檢測結果I級合格，且抽查接頭的鐵素體含量（體積分數(shù)，％）為：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了較好的相比例。
