浙江宏盛特钢有限公司分析了换热管管板用双相不锈钢的焊接性，选用脉冲钨极氩弧焊，进行焊接工艺评定试验，通过渗透检测、宏观金相检查、金相组织和显微硬度分析，确定了合理的焊接工艺，保证焊缝金属获得较理想的相比例，防止焊缝脆性和裂纹的产生，并指导产品生产。

  双相不锈钢是指铁素体与奥氏体各占50%的不锈钢，它与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，与奥氏体不锈钢相比，热导率大，线膨胀系数小，很适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。宏盛特钢针对SAF2205双相不锈钢换热管与管板焊接采用脉冲钨极氩弧焊的焊接工艺进行研究。

一、双相不锈钢的焊接特点

   双相不锈钢具有良好的焊接性，它不像铁素体不锈钢焊接热影响区由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅减低，也不像奥氏体不锈钢对热裂纹很敏感，选用合适的焊接工艺一般不会发生焊接热裂纹和冷裂纹。但双相不锈钢中毕竟具有较高的铁素体，焊接工艺不当，可能会出现下列问题：

  1. 当在300~500℃停留时间较长时，会发生“475℃脆性”；在600~900℃温度停留时间长时，还会出现σ相脆性和高温晶粒长大脆性，这都会降低焊接接头耐腐蚀性能。

  2. 当拘束度较大时，还存在氢致裂纹的危险。

  3.一般较少相至少在30%以上，相比例的平衡对防止热影响区腐蚀与脆化非常重要。

二、焊接工艺评定试验

 1. 焊接方法的选择

   结合产品换热管较薄准32mm×2.5mm和管板焊接的特点，至德钢业选用WZM1-315C管板自动焊机进行自动脉冲钨极氩弧焊。通过脉冲电流、脉冲时间和基值电流、基值时间的调节，能够调节较小的热输入，可防止焊接接头过热晶粒粗大和脆化。另外，高频电弧具有很强的穿透力，能增加焊缝熔深，其振荡作用有利于晶粒细化、消除气孔，得到优良的焊接接头。

 2.焊接材料的选择

  SAF2205双相不锈钢焊接时，焊接材料的化学成分通常与母材略有不同，焊材中的Ni含量要高于母材，以促进铁素体向奥氏体的转变，并能稳定焊缝中的奥氏体相。根据换热管和管板结构特点，选择准0.8 mm的ER2209焊丝，母材和焊材的化学成分比较见表。

 3. 焊前准备

  按照NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》附录D要求，换热管与管板组对如图所示，管头伸出长为5mm。其中换热管是准32 mm×2.5 mm的SAF2205，管板是Q345R采用堆焊而成的，过渡层采用E309L-16焊条，耐蚀层采用E2209-16焊条，堆焊层厚度为10 mm，堆焊层化学成分见表1。焊前要对换热管的被焊管端与管板进行清理，清除毛刺、油污等污物，用不锈钢丝刷将待焊部位的表面及附近清理干净，直至露出不锈钢金属光泽，然后用丙酮液清洗。

 4. 焊接

   焊接时先进行定位焊，不能直接在根部点固焊定位，需采用同材质的小定位块定位装配，焊缝长度约3～5mm，定位块定位好后，用贴纸密封坡口，背面充Ar保护，直流正接，准0.8mm的ER2209焊丝，准2.5mm的铈钨极，φ（Ar）99.99%的氩气保护，气体流量8～10L/min，喷嘴直径为12mm，焊接2层，第2道焊缝的引弧点应避开第1道的引弧和熄弧点，焊接顺序和方位如图所示，道间温度控制在150℃以下。具体焊接工艺参数见表。

5. 焊接工艺要点

   双相不锈钢焊接时，除了严格控制焊接工艺参数外，还需严格遵照下列注意事项和技术措施，才能保证良好的焊接质量。

  a. 清理采用机械或化学方法，对焊接坡口及两侧的氧化皮、油脂、灰尘、水和污染物等进行彻底清理，以减少焊缝中的H含量，防止氢致裂纹；清理工具如钢丝刷、敲渣锤等须由不锈钢制成，打磨用砂轮也必须为专用于打磨双相不锈钢的砂轮；焊接完成后，立即使用专用的不锈钢钢丝刷趁热擦刷焊缝表面，消除焊缝表面的氧化色，以防止焊接接头耐腐蚀性能下降。

  b.引弧和熄弧严禁在管板上引弧；熄弧时，弧坑要填满，过渡要平滑，不应有明显凸棱和凹陷。

  c.气体保护采用大直径喷嘴，加大保护气体流量，提高气体保护效果。

  d.防变形措施为防止管板变形，焊接时应从中心向四周以对称放射状向外焊接。

三、焊接试板检验

  换热管管板焊接试板检查，首先需外观检查焊缝表面是否平整光滑、波纹细密以及无肉眼可见焊接缺陷。

1. 渗透检测

  按照JB/T 4730—2005对换热管管板10个焊接接头进行100%渗透检测（PT），没有发现气孔和裂纹等缺陷，检验合格。

2.宏观金相检查

  按照NB/T 47014—2011取呈对角线位置的2个管接头切开，两切口互相垂直。切口一侧面通过换热管中心线，对两接头中4个剖面的8个观察面进行检查，其中包括1个取自接弧处；将宏观金相试样的检查面磨光，使焊缝区与热影响区界限清晰，采用10倍放大镜进行检验，焊缝根部焊透、没有裂纹、未熔合。然后测定8个金相检查面上每个角焊缝的厚度为2.0～2.2mm，大于合格值1.7mm，宏观检验合格。

3.金相组织检验

  对换热管、管板堆焊层和焊缝进行了金相检验，金相组织分别如图所示，图中黑色的是铁素体，白色的是奥氏体。用网格交点技术法对铁素体测定，管材铁素体约各占50%；管板堆焊层中铁素体含量约为35%，焊缝中铁素体含量约为40%，满足技术要求的30%～60%，没有出现相脆硬组织，且得到了细小均匀的两相混合组织。试件分2层焊接，1次焊接热影响区经受2次焊接热循环，不仅促进了奥氏体相的进一步转变，而且还细化了晶粒。

 4. 显微硬度试验
从剩余的不锈钢管头上取试样进行显微硬度试验，采用HVS-50型数显维氏硬度计测量接头的显微硬度，测量方法从换热管、焊缝金属到管板依次进行测量，如图6所示，测量结果如图所示。从测定结果可知，无淬硬倾向，满足技术要求。

四、产品焊接

  经过对SAF2205双相不锈钢换热管管板焊接工艺评定试验和分析，确定焊接工艺的正确性，为管板焊接提供了有力保障，将此焊接工艺运用在实际产品换热器管板的焊接生产，焊后经0.2 MPa压缩空气试漏、100%PT检测（I级），全部合格。换热器管板焊接如图8所示。

  焊接换热器管板时，焊接操作要注意：

 1. 要控制好焊枪倾角和送丝角度，机头需水平放置送丝在钨极的稍前下方，一般焊枪钨极对准坡口的外边缘1/3处，送丝贴着管壁与坡口的根部为最佳角度。

 2. 控制好开关。焊接过程中根据情况不断调节电弧长度，防止出现未熔合、钨极打管板等情况。

五、结论

   通过对双相不锈钢换热管管板的焊接工艺分析、评定试验和检验以及产品焊接生产，该管束装置经过3个月的使用，运行稳定，满足使用要求，证明本文选择的自动脉冲钨极氩弧焊的焊接工艺和确定的操作要点是合理的，保证了焊缝金属获得较理想的相比例，防止焊缝脆性相和裂纹的产生。