SAF-2205双相不锈钢管束焊接

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(中国石油 辽阳石油化纤公司 机械检修部， 辽宁 辽阳 111003)

制造技术

SAF-2205双相不锈钢管束焊接

高利和，里杨，林春风，孙全，高博，谢亮

(中国石油 辽阳石油化纤公司 机械检修部， 辽宁 辽阳 111003)

对石油化工行业用SAF-2205双相不锈钢换热器制造过程中的焊接工艺要点做简单介绍。结果表明，采用合适的焊接参数，电渣堆焊、焊条电弧焊以及钨极手工氩弧焊完全可以用于SAF-2205双相不锈钢焊接。

SAF-2205双相不锈钢； 电渣堆焊； 焊条电弧焊； 钨极手工氩弧焊

近年来，随着石化等行业的高速发展，操作工况的高参数化使得相应的设备规格也趋于大型化，以往所采用的普通奥氏体不锈钢已经不能满足耐腐蚀要求更高的场合，具有优良综合性能的双相不锈钢逐渐得到了广泛的应用。

双相不锈钢是指同时含有铁素体相与奥氏体相，通过合理控制相比，使其同时具有奥氏体不锈钢优良的韧性及焊接性与铁素体不锈钢的较高强度和耐氯化物应力腐蚀的优点。双相不锈钢的性能与铁素体相和奥氏体相的平衡比例(也称相比例)有着密切的关系，其焊接要点就是保证焊缝金属具有合适的相比例，进而可以保证具有良好的耐腐蚀性能[1]。SAF-2205属于双相不锈钢的一种，其固溶组织中α铁素体相和γ奥氏体相约各占一半，具有高强度、良好的冲击韧性、优良的耐点蚀、耐均匀腐蚀及耐缝隙腐蚀能力，是在实际生产中应用较为广泛的一种双相不锈钢。

某石化公司350万t/a常减压装置中有2台规格(内径×名义厚度)为Ø1 000 mm×14 mm的初顶后冷器(BIU型式)、1台规格(内径×名义厚度)为Ø800 mm×12 mm的常顶后冷器(BIU型式)，其换热管材质均为SAF-2205，管板材质为16Mn+2205。文中对初顶后冷器管板堆焊以及管板与换热管的连接接头工艺进行详细介绍。

1 初顶后冷器设计参数及制造分析

1.1设计参数

初顶后冷器按照GB 150.1～150.4—2011《压力容器》、GB 151—2014《热交换器》以及TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》进行设计、制造、检验及验收[2-4]。

管程介质为初顶油气，设计温度100 ℃，设计压力0.58 MPa，腐蚀裕量6 mm，焊接接头系数1.0，A、B类焊接接头采用100%射线检测，应当符合NB/T 47013.1～ 47013.6—2015《承压设备无损检测》[5]，Ⅱ级合格；壳程介质为循环水，设计温度为80 ℃，设计压力0.58 MPa，腐蚀裕量2 mm，焊接接头系数0.85，A、B类焊接接头采用20%射线检测，应符合NB/T 47013.3—2015，Ⅲ级合格。

管箱短节、壳程短节材质均采用压力容器专用板材之一Q245R，管板材质16Mn Ⅳ+堆焊2205，换热管材质为SAF-2205。

1.2制造分析

此设备的制造关键点及难点是管板的堆焊以及换热管与管板连接接头的焊接，管板堆焊及换热管与管板连接接头在焊缝正式施焊前，都分别进行焊接工艺评定，除满足NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》[6]相关要求外，尚应满足设备制造技术条件中的要求。

2 焊接方法确定及焊接工艺评定试验

SAF-2205双相不锈钢焊接的关键是要保证奥氏体与铁素体组织以合适的比例存在，从而使焊接接头具有优良的力学与耐腐蚀性能。焊接时，必须注意控制线能量和层间温度，且应多层多道焊。焊接线能量过低会使奥氏体相析出大量减少，甚至形成纯铁素体组织。而过高线能量会使焊缝和热影响区晶粒粗大，韧性下降。

根据以往的资料介绍及分析后可以知道，双相不锈钢常用的焊接方法有焊条电弧焊和钨极氩弧焊两种，结合我厂制造经验及考虑劳动强度和生产率等因素，决定在管板堆焊中采用电渣堆焊+局部焊条电弧焊(主要用于隔板槽堆焊及焊接返修)，换热管与管板连接接头焊缝焊接采用惰性气体钨极手工氩弧焊。

电渣堆焊的焊接规范相比焊条电弧焊的大，为保证焊缝金属的相比，在生产中应当严格控制焊接线能量[7]。

2.1管板堆焊

管板堆焊试件母材选用Q345R热轧钢板 ，符合GB 713—2008《锅炉和压力容器用钢板》[8]的有关规定。

堆焊过渡层焊材选用EQ309MoL焊带+10SW(E309MoL焊条电弧焊)、覆层选用EQ2209焊带+10SW(E2209焊条电弧焊)。

焊接工艺评定试件分别采用电渣堆焊和焊条电弧焊进行施焊，焊前预热50 ℃，过渡层消应力热处理。由于堆焊线能量大，焊缝冷却速度较慢容易形成有害相，影响堆焊层耐蚀性能。因此，采用风冷进行冷却[9，10]，且层间温度小于150 ℃，堆焊试件焊接参数见表1和表2。

表1 堆焊试件电渣堆焊焊接参数

表2 堆焊试件焊条电弧焊焊接参数

2.1.1弯曲试验

按照产品制造技术协议及NB/T 47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》[11]中6.2进行弯曲试验，技术协议要求制备两种规格试样试验，试样数据见表3。

表3 弯曲试验试样参数

试验结果显示，电渣堆焊和焊条电弧焊堆焊试件的堆焊层和熔合线均无裂纹，符合制造技术协议以及NB/T 47016—2011中6.2.4条的要求，侧弯试样合格。

2.1.2硬度检测

按照产品制造技术协议进行堆焊层硬度检测，电渣堆焊试件硬度值207～217HB，焊条电弧焊试件硬度值211～215 HB，符合技术协议的不大于250HB的要求。

2.1.3覆层焊缝

覆层焊缝化学成分分析见表4。

表4 复层焊缝化学成分(质量分数) %

2.1.4铁素体含量检测

按照GB/T 6401—1986《铁素体奥氏体型双相不锈钢中α-相面积含量金相测定法》[12]进行铁素体含量检测，结果为36%～40%，符合图样制造技术协议中35%～65%的要求[13]。堆焊试样金相组织见图1。

图1 电渣堆焊及焊条电弧焊堆焊试样金相组织

2.1.5氯化物应力腐蚀试验

按GB/T 17898—1999《不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法》[14]进行氯化物应力腐蚀试验，试样未见裂纹，符合要求。

结合以上检测证明，双相不锈钢电渣堆焊和焊条电弧焊堆焊焊评试验结果满足NB/T 47014—2011和图样制造技术协议相关技术要求。

2.2换热管与管板连接接头焊接

管板材质16MnⅣ+堆焊2205，换热管材质2205 (ASTM A789M S32205)，有两种规格(外径×厚度)，分别为Ø25 mm×2.0 mm和Ø25 mm×2.5 mm。因此，焊接工艺评定采用两个试样进行。

换热管与管板连接接头焊接采用惰性气体钨极手工氩弧焊，选用Ø1.6 mm的ER2209 (Sandvik 22.8.3.L)焊丝。为减少N损失，采用99.95%(体积分数)氩气+2%(体积分数)N2保护，两层加丝水平固定全位置焊接[15]。采用的焊接线能量0.5～1.5 kJ/mm，焊前不预热，层间温度小于150 ℃，试件焊接参数见表5。

表5 换热管与管板连接接头试件焊接参数

2.2.1无损检测

按照NB/T 47013.5—2015《承压设备无损检测 第5部分：渗透检测》[15]进行渗透检测，10个接头全部合格。

2.2.2铁素体含量检测

按照GB/T 6401—1986《铁素体奥氏体型双相不锈钢中α-相面积含量金相测定法》[12]进行铁素体含量检测，结果为52%～57%，金相组织见图2。

结合以上检测结果证明，双相不锈钢换热管与管板的连接接头采用钨极手工氩弧焊，焊接工艺评定试验结果符合NB/T 47014—2011[6]附录D《换热管与管板焊接工艺评定和焊接工艺附加评定》及产品制造技术要求。

3 产品制造

在实际产品制造中，焊前和焊后对焊件表面进行严格清理，避免水分、油脂、油污、氧化物及其他杂质影响焊接接头质量。要求焊工采用合理的工艺措施，严格遵守工艺纪律，焊接操作均在无尘车间完成。焊接全过程严格将线能量保持在合理范围内。

图2 两种换热管焊缝金相组织

4 结语

实践证明，SAF2205双相不锈钢管板堆焊采用电渣堆焊+局部焊条电弧焊手工堆焊切实可行，既可以提高生产效率，又能保证设备预期使用性能。因换热管数量少，焊接采用钨极手工氩弧焊，该工艺可满足产品设计要求，产品各项检验数据均合格。

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(许编)

SummaryaboutWeldingofDuplexStainlessSteel2205

GAOLi-he，LIYang，LINChun-feng，SUNQuan，GAOBo，XIELiang

(CNPC Liaoyang Petrochemical Fibre Company Mechanical Maintenance Department， Liaoyang 111003， China)

The welding point during the producing of duplex stainless steel 2205 heat exchangers in petrochemical industry is summarized. It has been shown that use of proper parameters, electroslag welding, shielded metal-arc welding, and gas tungsten-arc welding can be used for the welding of duplex stainless steel 2205.

duplex stainless steel 2205; electroslag welding; shielded metal-arc welding; gas tungsten-arc welding

TQ050.6； TQ406

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.01.011

1000-7466(2017)01-0058-04

2016-08-10

高利和(1982-)，男，辽宁瓦房店人，工程师，学士，主要从事压力容器焊接工作。