浙江至德钢业有限公司承接某石化公司300万吨／年柴油加氢及配套工程50000Nm3／h制氢装置中变气水冷器的制造任务。该设备壳程介质为中变气（易燃介质），其设计压力为3.08MPa，设计温度为140℃；管程介质为循环水（第二组介质），设计压力为2.46MPa，设计温度为58℃。为了达到最好的换热效果、更高的耐蚀性及耐压强度，中变气水冷器的U形换热管束采用了耐蚀性优异的双相不锈钢管2205（SA789 UNSS31803相当于我国标准钢号022Cr19Ni5Mo3Si2N），管板采用了16 MnIV锻件、该设备管程侧堆焊SAF2209。
一、相比例影响因素
为了保证换热管束与管板的焊接接头的强度及耐氯化物腐蚀性能，按照双相钢材料特性，其性能主要取决于焊接接头的金相组织。当焊缝中铁素体和奥氏体量各接近50％时，性能较好，如何在焊接中控制焊接接头的相比例是关键，它与下列因素有直接关系：
1. 焊接参数
焊接热输入对双相组织的平衡起着重要作用。由于双相不锈钢在高温下的主体相是铁素体，若热输入过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量的铁素体就会在室温下过冷保持下来；若热输人过大冷却速度太慢，尽管可以获得足量的奥氏体，但也会引起热影响区的铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出，造成接头脆化。为了避免上述情况发生，最佳的措施是控制焊接热输入在0.5～1.5kJ／mm，并控制层间温度不大于150℃。
2. 焊接材料
对于含氮双相不锈钢焊接材料通常采用比母材较高的Ni和母材相当的N的材料。N在保证焊缝金属和焊后热影响区内形成足够量的奥氏体方面具有重要作用。N和Ni一样是形成奥氏体和扩大奥氏体元素，但是，N的能力远远大于Ni。在高温下N稳定奥氏体的能力也比Ni大，可防止焊后出现单相铁素体。因此，经过对比分析，决定选用ER2209焊丝，其Ni含量高于母材，N含量与母材接近，化学成分对比见表5-57。
3. 焊接热循环
双相不锈钢在焊接时，焊接热循环对焊接接头内部的组织有很大的影响，无论焊缝还是热影响区都会有相变发生。当采用多层多道焊接时，后续焊道能促使前层焊道金属中的铁素体进一步转变成奥氏体，得到最终焊缝和热影响区的奥氏体相增多，而且能够细化铁素体晶粒，减少碳化物和氮化物从晶内和晶界析出。双相不锈钢焊接用低熔敷率和多层多道焊，能改善整个焊接接头的组织和性能。
二、双相不锈钢换热管与管板的焊接
按GB 151-1999附录B及中变气水冷器双相不锈钢管束制造技术条件进行换热管与管板的焊接工艺评定。
1. 焊接工艺评定
换热管为双相不锈钢管2205（SA789 UNS S31803），规格为ф19mmx2mm;管板采用Q345R堆焊（A042＋E2209），规格δ＝（20.0＋4）mm，经磁性仪测量法测定，管板堆焊层表面铁素体含量（体积分数，％）为：42、47、47、43。
换热管与管板坡口形式如图5-29所示，采用全自动钨极氩弧焊，焊丝选用ER2209ф1.0mm。换热管、管板堆焊层、焊丝的化学成分见表5-57，焊接参数见表5-58。
焊接时，从零点引弧按顺时针方向焊接，并采用填充焊丝双道焊，相邻两焊道的引弧位置需错开180°。焊接完毕并贴胀后，分别进行下列项目试验，其结果如下：
①. 10个焊接接头进行PT检测，Ⅰ级合格。
②. 沿评定用管中心线切开两个焊接接头，试样经酸蚀后宏观检查8个受检面，均未发现焊接缺陷。同时，观察管子剖面时特别观察了管子与管孔贴胀处的贴合情况，不存在可视间隙。
③. 对两件试样进行拉脱试验，当拉脱载荷分别为48kN、44kN时，断于管子，符合GB151-1999中的规定。
④. 测量焊缝金属中的铁素体含量，表层的铁素体含量（体积分数）为35％～65％，该测定结果合格。采用磁性仪测量法，测定焊缝金属铁素体含量（体积分数，％）为45.8、49.8、48.3、44.7、46.7、46.7、46.8、46.4，其他合格。
⑤. 对焊接接头表面进行HRC硬度测定，其测定结果为：管板（Q345R＋A042＋E2209） 22.7，（Q345R＋A042＋E2209）热影响区22.0，焊缝区25.5，S31803 热影响区22.0，换热管S31803母材区22.2。
⑥. 对管接头解剖后进行［H］值（mL／100g）测量为：4.2、4.0、4.3、4.0、4.6、4.0、4.0。
2. 产品焊接
中变气水冷器的双相不锈钢换热管与管板共308个管头，焊接时严格执行以下工艺措施：
①. 产品焊接前，用丙酮清洗双相不锈钢换热管与管板的坡口。
②. 按合格的工艺评定制订焊接工艺，施焊时严格按制订的焊接工艺执行。
③. 焊接过程中，采用可靠的测温仪对焊件进行层间温度控制，严格控制层间温度不高于150℃；采用小的焊接热输入焊接，其控制在5～12kJ／cm；采用双道填丝焊，熄弧焊道要覆盖起始焊道，根部焊道应被后一道的焊道充分覆盖，相继焊层的引弧和熄弧焊道要相互错开。
焊接完毕并贴胀后，按JB/T 4730-2005逐根对管头进100％渗透（PT）检测，检测结果I级合格，且抽查接头的铁素体含量（体积分数，％）为：52.1、51.7、52.6、47.4，得到了较好的相比例。
