刘玉华

北京燕华工程建设有限公司设备制造公司 北京 102502

1 序言

近几年我公司承接了多台热高分气与混氢换热器、预加氢进料换热器等设备。由于介质特殊，设备中的U形换热管多采用S32750超级双相不锈钢或S32205双相不锈钢，而管板大都采用12Cr2Mo1Ⅳ锻件（或14Cr1Mo锻件或16Mn锻件）堆焊309MoL+2205双相钢。2205为Cr、Ni含量分别（质量分数，下同）为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。而带极堆焊技术条件中要求带极堆焊层铁素体含量为35%~65%，堆焊层Ni含量6.5%~9.5%（见表1）。

表1 堆焊层化学成分（质量分数）技术要求 （%）

2 焊接工艺的确定

2.1 进口堆焊焊带、焊剂试验

之前我公司制造过多台管板要求堆焊双相钢的设备，当时进行了广泛地调研并查阅了有关资料，国内几家双相钢带极堆焊大部分处于试验阶段。试验结果表明带极堆焊层铁素体含量偏低，一般在20%左右。为了能达到设备堆焊技术条件中铁素体含量为35%~65%，堆焊层Ni含量6.5%~9.5%的要求，我公司最终采用进口比利时苏得凯的焊带和焊剂（过渡层：焊带Soudotape 21.13.3L/焊剂Record INT109；表面层：焊带Soudotape 22.6.3L/焊剂Record EST 4462-1）。焊带的化学成分见表2。

使用苏得凯的焊带进行了焊接工艺评定，虽然苏得凯Soudotape 22.6.3L焊带的Ni含量只有6%，但通过堆焊过程中焊剂的合金过渡，堆焊层的Ni含量能满足6.5%~9.5%的要求，见表3。且铁素体含量为35%~65%。完全满足堆焊技术条件的要求。

表2 焊带的化学成分（质量分数） 技术要求 （%）

表3 堆焊层化学成分分析（质量分数） （%）

2.2 国产堆焊焊带、焊剂试验

但由于进口焊带价格贵（进口焊带是国内价格的2.5倍，进口焊剂是国内焊剂价格的3.5倍）且供货周期太长，往往不能满足设备制造工期的要求。因此我们进行了国内2205双相钢带极堆焊试验。通过试验，我们发现目前国内双相钢带极堆焊基本上堆焊层满足铁素体含量35%~65%的要求，但满足不了Ni含量6.5%~9.5%的要求。而当Ni含量满足6.5%~9.5%的要求时，铁素体含量基本上达不到下限35%的要求。其他化学成分没有问题。

2205双相钢为Cr、Ni含量分别为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，双相不锈钢材料S32205化学成分见表4。

表4 双相不锈钢S32205化学成分（质量分数）（%）

双相不锈钢焊接的难点是焊缝组织铁素体比例很难控制在35%~65%之间。影响因素主要是两个方面：一方面是焊材的影响。众所周知，熔焊意味着对焊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状态，用与母材化学成分相同的填充金属焊接就会获得铁素体过高、力学与腐蚀性能较差的焊缝金属。镍是奥氏体稳定元素，因此，填充金属含较多的镍可使焊缝获得高比例的奥氏体。故一般2205双相钢焊条中的含镍量9%（母材含镍量5%），即焊条牌号为E2209。另一方面是焊接参数的影响。如前所述，熔焊意味着对近缝区造成不希望的热处理。这个区域，即热影响区（HAZ）或者更精确地称为高温热影响区，材料被加热到几乎全部变成铁素体的温度，冷却时部分铁素体才转变为奥氏体[1-2]。焊接双相不锈钢时，热输入和冷却速度是很重要的。为了获得最优的结果，焊接时应严格控制热输入，焊接热输入见表5。

表5 焊接热输入

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≤0.5kJ/mm；壁厚越厚，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℃。

双相钢焊条电弧焊使用E2209焊条完美解决了铁素体含量35%~65%，Ni含量6.5%~9.5%的要求。

而对于管板带极堆焊双相不锈钢的焊接，由于管板带极堆焊的焊带较宽为0.4mm×60mm，管板带极堆焊的焊接参数过高，层间温度较高，焊后冷却速度较慢，当焊带中Ni含量为9%时，使得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35%~65%的要求。

而目前国内还做不到通过焊剂过渡Ni，所以如果采用和苏得凯焊带一样Ni含量6%的焊带，堆焊层铁素体含量能达到35%~65%的要求，但就满足不了Ni含量6.5%~9.5%的要求。为此，我们采用北京钢铁研究总院的D309MoL+ D2209焊带。焊带的化学成分见表6。

表6 焊带的化学成分（质量分数） （%）

从表6可以看出，2205双相钢堆焊的焊带Ni含量是7.72%，我们通过与SJ15B焊剂（电渣堆焊）、SHD202焊剂（电渣堆焊）、SJ2209DM焊剂（埋弧堆焊）进行了焊接试验，并使用苏得凯Soudotape 22.6.3L焊带分别与Record EST 4462-1和SJ15B匹配，进行了焊接试验。焊接试验结果见表7。

表7 焊接试验结果

从表7中可以看出，使用同一种堆焊焊带，配用不同的焊剂，铁素体含量有很大区别。由于SJ15B焊接脱渣性非常好，堆焊后渣壳立即脱落，使得堆焊层冷却速度加快，铁素体含量较高，满足了堆焊技术条件中铁素体含量35%~65%的要求，同时也满足了Ni含量6.5%~9.5%的要求。而采用SHD202焊剂，脱渣性略差，冷却速度减慢，铁素体含量不能满足堆焊技术条件中铁素体含量35%~65%的要求，但满足了Ni含量6.5%~9.5%的要求。SJ2209DM是埋弧焊焊剂同时过渡合金元素，铁素体含量和Ni含量都能满足技术要求，但焊剂吸潮严重，400℃×2h烘干后，还是在堆焊层中出现气孔、夹渣等缺陷，无法满足堆焊要求。

苏得凯Soudotape 22.6.3L焊带配苏得凯Record EST4462-1焊剂，虽然焊带含Ni量不高，但堆焊层满足了堆焊技术条件中铁素体含量35%~65%的要求，同时也满足了Ni含量6.5%~9.5%的要求。而苏得凯Soudotape 22.6.3L焊带使用SJ15焊剂，铁素体含量可以达到堆焊技术条件中铁素体含量35%~65%的要求，但Ni含量只有5.99%。这也证明了苏得凯焊带是通过焊剂过渡合金元素的。

3 结束语

1）国内双相钢焊带目前现状：如果满足堆焊层铁素体含量35%~65%，就达不到Ni含量6.5%~9.5%的要求。而Ni含量满足6.5%~9.5%的要求，堆焊层铁素体含量就达不到下限35%的要求。

2）目前国内双相钢焊带堆焊是通过调节Cr含量取上线，Ni含量偏下限，然后提高冷却速度（可以通过改善焊剂的脱渣性）来达到堆焊层铁素体含量35%~65%，同时也满足了Ni含量6.5%~9.5%的要求。

3）国内焊带也在尝试通过埋弧焊剂过渡合金元素来达到铁素体和Ni含量的要求。但我们试验的结果是埋弧焊剂成形很差，容易产生缺陷，应用还不成熟。

4）国内目前也在做试验，采用电渣焊焊剂过渡合金元素，达到铁素体和Ni含量的要求。但还需要进一步试验改进。

5）根据试验结果，合理匹配国内焊带、焊剂，是可以保证堆焊层铁素体含量35%~65%和Ni含量6.5%~9.5%的要求。