SAF2205_双相不锈钢带极堆焊焊接工艺

择与换热管配套的 瑞典山特维克（Ｓ－ ＡＮＤＶＩＫ）生产的 焊 接材料。考虑到超 级 双 相不锈钢材料 Ｓ３２７５０（ ＳＡＦ２５０７） 的焊接还要求组织成分为奥氏体＋４０％ ￣６５％的铁素体，因此，焊接工艺参数 必须稳定，故超级双相不锈钢Ｓ３２７５０ 管－管板的焊接采用自动氩弧焊。我公 司２００６年承接了４台燕化炼油厂１０００万 吨／年炼油系统改造工程，８００万吨／年 常减压蒸馏装置Ⅰ异地改造常顶水冷 器。设备中的Ｕ型换热管就是采用Ｓ３２７５０
２ 焊接工艺的确定
换热管超级双相不锈钢Ｓ３２７５０（ＳＡＦ ２５０７）为瑞典山特维克（ＳＡＮＤＶＩＫ） 钢材有限公司生产，管板采用１２Ｃｒ２－ Ｍｏ１Ⅳ 锻 件 堆 焊 ３０９ＭｏＬ＋ＳＡＦ２２０５。 双 相不锈钢材料Ｓ３１８０３（ＳＡＦ２２０５）化
作者简介：刘玉华（１９６２－），女，焊接工程师。主要从事 焊接的工艺评定、编制和指导车间的实际生产。
γ 奥氏体γ
δ 铁素体 δ
接接头和近缝区母材做了一次局部热
处理，由于焊接热循环非常快，从热
动力学角度来看焊缝金属达不到平衡
Ｎｉ＋Ｎ
Ｃｒ ＆ Ｍｏ
状态，用与母材化学成分相同的填充
图２ 双相钢的凝固
表３ 焊带的化学成分
焊材牌号
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｐ
Ｓ
Ｃｒ
Ｎｉ Ｍｏ Ｎ
Ｓｏｕｄｏｔａｐｅ ２ １．１３．３Ｌ ０．０１ ０．２０ １．８０ ０．０２０ ０．０１０ ２０．２０ １４ ２．９
特别需要注意的是，双相钢的堆 焊，必须保证电弧电压的稳定。由于 焊机、电缆线等衰减作用，堆焊工艺 参数中的电压，不能是焊机电压表上 的指示电压，而应该使用钳式电压表 测量出的介于工件与堆焊机头导电嘴 之间的电位差的实测值。
堆焊层的厚度，可在电压保持不 变的情况下，细微调节焊接电流及堆 焊速率来控制。在选定以上堆焊工艺 参数下，过渡层堆焊厚度大约为３．５ｍｍ， 表面层厚度大约为５ｍｍ。
容器类别 设计温度 接头系数
壳程材料
表１ 热高分气与混氢换热器主要技术参数
二类
设计压力 壳程：９．６６ＭＰａ 管程：８．６１ＭＰａ
壳程：２５０℃ 管程：２６０℃ 操作介质 壳程：混氢 管程：热高分气
壳程：１．０ 管程： １．０
管板形式 双层堆焊３０９ＭｏＬ＋２２０５
管板：１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ⅳ堆焊３０９ＭｏＬ＋２２０５（管板厚度
３ 结束语
３．１ 管板采用带极堆焊双相不锈钢， 要保证堆焊层铁素体含量４０％￣６５％虽 然存在较大难度，但只要采取有效措 施，焊接质量是完全可以保证的。 ３．２ 对于双相不锈钢焊接应避免过低 或者过高的热输入，因为两个极端会 降低焊接接头的耐腐蚀能力。 ３．３ 对于带极堆焊双相不锈钢，应严 格控制层间温度，以保证双相钢堆焊 层的铁素体含量。 ３．４ 双相不锈钢的带极堆焊，应严格 控制焊接工艺规范，特别是电弧电压 不能是焊机电压表上的指示电压，而 应该使用钳式电压表测量出的介于工 件与堆焊机头导电嘴之间的电位差的 实测值。 ３．５ 要想得到表面平整的堆焊焊道， 必须增加磁控装置。 ３．６ 合理选择焊带制造商对保证堆焊 层中的铁素体含量是非常重要的。 ３．７ 双相不锈钢焊后清理对外观和耐 腐蚀性都很重要，表面清理在一定程 度也可提高耐腐蚀性能。
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 应用广角
过渡层 表面层
焊带牌号
２１．１３．３Ｌ ２２．６．３Ｌ
表５ 堆焊工艺参数
焊带规格 焊接电流
（ｍｍ）
（Ａ）
０．４×６０
７４０￣７６０
０．４×６０ １２４０￣１２６０
电压 （Ｖ）
２６ ２４
焊接速度 （ｍｍ／ｓ） １５０￣１６０ １７５￣１８５
试样
大侧弯试样 小侧弯试样
１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ｒ 管程材料
１８２ｍｍ，堆焊层加工后厚度６．５ｍｍ）
换热管：Ｓ３２７５０（ＳＡＦ２５０７）
表２ 双相不锈钢材料Ｓ３１８０３（ＳＡＦ２２０５）化学成分及力学性能
材质 山特维克 ＵＮＳ
ＳＡＦ ２５０５ Ｓ３１８０３
Ｃ ≤０．０３
Ｓｉ ＜１．０
σｂ（ＭＰａ） ６８０￣８８０
化学成分（％）
Ｍｎ
１前言
我公司２００７年承接了中国石化青 岛炼油化工有限责任公司４１０万吨／年 柴油加氢精制装置热高分气与混氢换 热器。设备设计参数见表１，结构形式 如图１所示。热高分气与混氢换热器是 加氢精制装置中的关键设备之一。由 于介质特殊，设备中的Ｕ型换热管采用 Ｓ３２７５０（ＳＡＦ２５０７）超级双相不锈钢， 管板采用１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ⅳ锻件堆焊３０９ＭｏＬ ＋ＳＡＦ２２０５双相钢（ＳＡＦ２５０７为Ｃｒ、Ｎｉ含 量２５％和７％的超级双相不锈钢，ＳＡＦ ２２０５为Ｃｒ、Ｎｉ含量２２％和５％的双相不 锈钢，即组织为５０％铁素体＋５０％奥氏 体的双相组织）。由于带极堆焊要求 堆焊层铁素体含量为４０％￣６５％，因此， 堆焊遇到了极大难度。
表６ 弯曲试验参数
试样厚度Ｓ 弯心直径Ｄ 支座间距
（ｍｍ） （ｍｍ） （ｍｍ）
１０
４０
６３
３
１２
２１
弯曲角度 （°）
１８０ １８０
弯曲面 情况 ４件合格 ４件合格
热处理，热处理温度 ６９０±１０ ℃。 ２．２．１．７ 堆焊层１００％着色检测，１００％ 超探。 ２．２．１．８ 电渣带极堆焊表面层（起弧 处相互错开）。 ２．２．１．９ 动态测量铁素体含量，保证 铁素体含量４０％￣６５％。 ２．２．１．１０ 堆焊层焊后缓冷。 ２．２．１．１１ 堆焊层１００％超探，１００％着 色检测。 ２．２．１．１２ 焊接双相不锈钢应在不锈钢 车间，不能与碳钢工具混用。 ２．２．１．１３ 严格按焊材供应商提供的带 极堆焊的焊接工艺参数执行，堆焊工 艺参数见表５。
表面层：焊带Ｓｏｕｄｏｔａｐｅ ２２．６．３Ｌ／ 焊剂 铬”会降低耐蚀性，因此焊接厚壁结
Ｒｅｃｏｒｄ ＥＳＴ ４４６２－１）。焊带的化学成 构必须避免过低的热输入。另一方面，
分见表３。
如果热输入太高，会形成金属间沉淀
２．２ 焊接工艺的确定
相，有一种沉淀相叫做二次奥氏体，
ＳＡＦ２２０５双相钢是一种耐蚀性优 如果它出现在表面的铁素体晶粒内，
越的中合金双相钢，具有良好的耐点 会产生与氮化铬一样的危害。因此，
腐蚀和氯离子引起的应力腐蚀开裂的 为了获得最优的结果，焊接时应严格
性能，因而含有大量的铬、钼和氮元 素。此外，它还具有优良的机械性能。
ＳＡＦ２２０５双相不锈钢焊接的难点
温度
液体
是焊缝组织铁素体比例很难控制在４０％ ￣６５％之间。影响因素主要是：①焊材 的影响。众所周知，熔焊意味着对焊
不得超过１５０℃，并在堆焊过程中，由
于某种原因，必须间断堆焊工作时， 应使堆焊部件保持在１００￣１５０℃，直至
焊接工作重新开始。否则，应立即进
行２ｈ ３５０￣４００℃消氢处理。 ２．２．１．５ 埋弧带极堆焊过渡层（起弧
处相互错开）。
２．２．１．６ 堆焊过渡层后进行消除应力
Ｊ－ ４２ 现代焊接 ２００８年第１０期 总第７０期
焊国内还不太多，我们采访了国内一 ＜ＨＡＺ＞或者更精确地称为高温热影响
些厂家，他们做过一些试验。试验结 区）的材料被加热到几乎全部变成铁
果表明，堆焊层铁素体含量偏低，很 素体的温度，冷却时部分铁素体才转
难达到４０％￣６５％的要求，一般在２０％左 变为奥氏体（见图２）。焊接双相不锈
右。因此，国内制造厂大多采用手工 钢时，热输入和冷却速度是很重要的。
２．２．１ 在综合考虑了以上因素后，我 们制定了堆焊方案：
２．２．１．１ 管板采用带极堆焊，过渡层
３０９ＭｏＬ（焊带Ｓｏｕｄｏｔａｐｅ ２１．１３．３Ｌ／焊 剂Ｒｅｃｏｒｄ ＩＮＴ１０９）采用埋弧带极堆焊
（ＳＡＷ），面层ＳＡＦ２２０５双相钢（焊
带Ｓｏｕｄｏｔａｐｅ ２２．６．３Ｌ／焊剂Ｒｅｃｏｒｄ ＥＳＴ
北京燕华建筑安装工程有限责任公司设备制造分公司 刘玉华
［摘要］ 本文通过对中国石化青岛炼油化工有限责任公司４１０万吨／年柴油加氢精制装置热高分气与混氢换热 器中管板带极堆焊ＳＡＦ２２０５双相不锈钢焊接工艺的确定，介绍了为保证ＳＡＦ２２０５双相不锈钢带极堆焊焊接质量应采 取的工艺措施。
［关键词］ 双相钢；铁素体；焊接
４４６２－１）采用电渣带极堆焊（ＥＳＷ）。 ２．２．１．２ 机械加工管板待堆焊表面，
并应进行１００％磁粉检测，待堆焊表
面不得存在油、锈、棉丝等残留物。 ２．２．１．３ 预热，待堆焊部件应预热到
１００￣１２０℃。
２．２．１．４ 在堆焊过程中，应严格控制 堆焊层间温度，保证待堆焊部件应始
终保持在≥１００ ℃，且最高层间温度
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 应用广角
Ｓ３１８０３（ＳＡＦ２２０５）双相不锈钢
带极堆焊焊接工艺的确定
Determination of
the welding process of S31803（SAF2205）Байду номын сангаасwo-phase stainless steel strip surfacing
另外，由于焊带规格为０．４ｍｍ× ６０ｍｍ，因此，为保证堆焊层焊道表 面平整，应使用磁控装置。 ２．２．２ 在采取了以上工艺措施后，我 们对堆焊试板按ＳＥＩ的《ＢＣＥＱ－９３３８／ Ａ１压力容器内部双层堆焊Ｅ３０９ＭｏＬ＋ Ｅ２２０５型》技术条件要求进行了以下 检验：
２．２．２．１ 对堆焊试板进行了大侧弯、 小侧弯试验，试验结果见表６。 ２．２．２．２ 堆焊层硬度检测，在堆焊层 表面上，任意取６点测量表面硬度，其 值不得大于２５ＨＲＣ。测量结果见表７。 ２．２．２．３ 应在堆焊层两处取样，按ＧＢ／ Ｔ２２３进行化学成分分析。取样步骤为： 先从堆焊层表面刨去２．５ｍｍ，然后在 ２．５￣３．５ｍｍ范围内取样。分析结果见表 ８。 ２．２．２．４ 堆焊层铁素体含量检测。堆 焊层铁素体含量检测，采用两种检测 方法：一是使用铁素体测量仪，在焊 态下直接测量，测量多点，铁素体含 量在４１％￣５５％之间；二是在堆焊层上 取样送钢铁研究院国家钢铁材料检测 中心用６线对法计算铁素体含量。检验 结果：采用ＰＨＩＬＩＰＳ Ｘ射线衍射仪，ＣＯ 靶功率３５ｋＶ、３５ｍＡ，石墨晶体单色 器，步进扫描，步长０．０２度，积分时 间０．４ｓ，用６线对法计算铁素体含量为 ４９％。两种检测方法都达到了铁素体 含量４０％￣６５％的要求。 ２．２．２．５ 堆焊层Ｎ含量的测定。在堆焊 层上取屑，送钢铁研究院国家钢铁材 料检测中心检测，测定Ｎ含量为０．１２％；
管－管板焊接，我们去年已经做了大量 多的镍可使焊缝获得高比例的奥氏体。
试验，取得了良好的效果。这里不再 因此焊材中的含镍量９％（母材含镍量
介绍。针对这台设备，我们主要进行 ５％）。②焊接工艺参数的影响。如前
管板带极堆焊双相钢的工艺试验。
所述，熔焊意味着对近缝区造成不希
由于管板堆焊双相钢采用带极堆 望的热处理。这个区域（即热影响区
现代焊接 ２００８年第１０期 总第７０期 Ｊ－ ４１
应用广角 Ｗｅｌｄｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
（ＳＡＦ２５０７）超级双相不锈钢，管板采 金属焊接就会获得铁素体过高、机械
用１６Ｍｎ锻件复合Ｓ３２７５０（ＳＡＦ２５０７）超 与腐蚀性能较差的焊缝金属。镍是奥
级双相不锈钢。因此，对于双相钢的 氏体稳定元素，因此，填充金属含较
焊条堆焊双相钢的工艺，但效率太低。 高温时氮在铁素体中的溶解度增加；
经国内制造厂及国外焊材制造商的大 冷却速度过快时，溶解度下降而形成
量调研，最终决定采用比利时苏得凯 氮化铬。有限量的氮化铬对焊缝的性
公司生产的焊带和焊剂（过渡层：焊 能不会有任何影响。除非它们位于接
带Ｓｏｕｄｏｔａｐｅ ２１．１３．３Ｌ／焊剂Ｒｅｃｏｒｄ ＩＮＴ１０９； 近表面的晶粒中；这种情况下，“贫
大，热输入越要接近上限。层间温度
在任何情况下都应该控制在＜１５０℃。 对于管板带极堆焊双相不锈钢的
焊接还存在一个问题，因管板带极堆
焊的焊带较宽，为０．４ｍｍ×６０ｍｍ，管
板带极堆焊的焊接工艺参数过高，层 间温度较高，焊后冷却速度较慢，焊 缝中铁素体含量过低，从而达不到技
术条件中铁素体含量４０％￣６５％的要求。
Ｐ
Ｓ Ｃｒ
＜２．０ ０．０３０ ０．１５ ２２
力学性能
σｓ（ＭＰａ） ４５０
δ（％） ２５
Ｎｉ Ｍｏ Ｎ ５ ３．２ ０．１８
硬度（维氏） ２６０
学成分及力学性能见表２。 ２．１ 焊接材料的选择
由于此设备中超级双相不锈钢材 料Ｓ３２７５０（ＳＡＦ２５０７）及双相不锈钢 Ｓ３１８０３（ＳＡＦ２２０５）材料特殊，换热 管、管板堆焊及管－管板焊接的焊接材 料国内还不能生产，均需进口。为保 证焊接质量，在管－管板焊接中我们选
Ｓｏｕｄｏｔａｐｅ ２２．６．３Ｌ ０．０２ ０．４０ １．４０ ０．０２０ ０．０１０ ２２．１０ ６
３ ０．１５
材料 ＳＡＦ ２５０５
表４
热输入（ｋＪ／ｍｍ） 层间温度（℃）
０．５￣２．５
＜１５０
控制热输入，焊接热输入见表４。
另外，热输入的大小还取决于材
料的厚度和焊接工艺，如薄管件，最 好取下限且不超过０．５ｋＪ／ｍｍ；壁厚越