对于搅拌釜类压力容器，结构上通常需要设计夹套进行冷热交换，目前压力容器常用的夹套结构型式有整体夹套、蜂窝夹套、半管夹套等。与整体夹套、蜂窝夹套相比，半管夹套可用于更高的设计温度与设计压力，并且具有更高的换热效率。由于半管夹套焊缝较多，焊接工作量大，焊接质量不稳定的概率增加，半管夹套设备经常发生焊缝泄露的情况，因此半管夹套焊接质量的好坏决定了设备是否可以正常运行的关键。

1设备概况

某搅拌釜国外项目按ASMEVIII－1标准设计，设计选材为N镍基合金。设备本体设计压力0.6MPa，工作温度℃。半管夹套设计压力1.03MPa，工作温度70℃，半管夹套介质为导热油。设备内径Φmm，筒体壁厚10mm，半管外径Φ88.9mm，半管厚度4mm，设备具体结构型式如图1所示。

2N镍基合金的焊接

N镍基合金满足ASMEII卷B篇SB－的要求，N俗称C－22镍基合金，为HAYNES公司研制的一种固溶镍－铬－钼抗腐蚀合金，适应非常多样的环境。N镍基合金的焊接方法有GTAW和SMAW，为了获得良好焊缝成型以及耐腐蚀性，半管的焊接更多采用了GTAW焊接方法。N镍基合金焊接气孔的敏感性高，焊前对坡口及其边缘采用丙酮清洗，达到去除油污的目的，防止气孔的产生。N镍基合金焊接时不宜采用大的热输入焊接，焊接道间温度应控制在93℃以下，过大的热输入量和过高的道间温度会增加焊接热裂纹的倾向，同时会使焊缝及焊接热影响区发生氧化，导致合金元素烧损和有害相析出，降低材料性能。由于合金成分中具有高含量的镍元素，致使焊接熔池十分粘稠，增大电流不能明显改善金属的流动性，因此焊接操作时应采用微摆动焊道焊接，使熔池金属在焊接电弧吹力的作用下铺开。N镍基合金焊道应为微凸起状，不宜焊接成内凹焊道，焊接收弧弧坑应保证填满，否则会产生热裂纹。

3半管坡口的选择及焊接顺序

半管夹套与筒体的坡口通常有不开坡口角焊缝，开内坡口全焊透角焊缝，开外坡口全焊透角焊缝三种型式，如图2所示。图2(a)不开坡口角焊缝根部无法焊透，焊缝根部应力集中，设备运行过程中在筒体与夹套温差应力的作用下极易泄露，该坡口结构型式极少使用，也不建议工程人员选用该型式坡口。图2(b)内坡口全焊透的坡口型式，由于坡口开在内侧，内侧坡口不需要焊接，仅根部焊透即可，焊接操作更容易，也更能保证根部焊透，但该坡口型式不适用于循环载荷和疲劳工况。图2(c)坡口型式多用于循环载荷和疲劳工况，具有良好的抗疲劳能力，与内坡口相比，该坡口焊接难度高，施焊时，坡口根部焊接视线差，宜造成根部未焊透和根部形成焊瘤。坡口根部如有焊瘤，会形成焊接死角，设备介质换热过程中，降低介质流速。半管与筒体开坡口焊接时，根部间隙应保证2～4mm，间隙过小容易造成根部未焊透，间隙过大，填充金属量大，增加了焊接应力，引起筒体变形，降低结构的稳定性。半管对接的坡口型式均为V形外坡口，不留钝边，根部间隙留2～3mm，可保证全焊透。半管对接焊缝与角焊缝的焊接顺序对残余应力有着非常重要的影响。如果先焊接角焊缝，那么半管焊后没有收缩余地，在对接焊缝间将留下较大的装配应力，这一装配应力一般表现为拉伸应力，极易造成焊接裂纹，降低焊缝的抗拉强度。因此，半管焊接时应先焊接对接焊缝，然后再焊接半管与筒体角焊缝。

4半管间距

半管夹套设备设计时，夹套间距应作为设计者重点考虑因素之一。半管夹套间距过大，会降低设备换热效率，间距过小，焊接难度大，甚至无法正常施焊，半管间距的大小对焊接质量有较大的影响。由于半管外坡口角焊缝的焊接难度高，外坡口的半管间距应比不开坡口角焊缝和内坡口角焊缝更大些，半管尺寸增大，相应的间距也应该增大，保证焊接操作空间，常用的半管最小间距尺寸如表1所示。

5半管的焊接位置

半管焊接位置受半管装配工艺的影响，对于筒体长度较短的设备，采取筒体立式装配半管，筒体立式焊接半管，半管对接焊缝始终处于5G位置，此时半管与筒体焊缝处于2G焊接位置，半管一侧角焊缝焊后，翻转筒体，焊接另一侧角焊缝。对于筒体长度较长的设备，采取筒体卧式装配半管，筒体卧式焊接半管，焊接时，可转动筒体，使半管对接缝处于2G焊接位置，半管与筒体角焊缝处于3G焊接位置。此次项目筒体直径较大，筒体长度较短，更适合立式装配半管，因此半管的MOCK－UP试验按筒体立式装配进行模拟焊接。

6半管MOCK－UP试验

半管MOCK－UP试验即半管模拟焊接试验，半管焊接的焊工除了具有符合标准要求的焊工资质外，还要通过半管MOCK－UP试验考试，只有MOCK－UP试验合格的焊工才可以对产品进行焊接。半管MOCK－UP试验的母材、坡口型式及结构形式等均要与产品一致。半管试验内容包含半管对接及角焊缝的PT、ＲT检测，半管与筒体焊缝有效厚度的检测，正常焊接位置、点焊位置、起弧/熄弧位置的角焊缝剖面检测，半管与筒体角焊缝的模拟返修、焊缝微观试验等，具体的模拟焊接方案及检验内容如下:

6.1焊接方案

1)筒体试板画好半管位置线，半管与筒体试板采用GTAW焊接方法组对点焊，点焊采用加丝点焊，禁止自熔点焊。每个半管点焊不少于4点，点焊须在坡口内进行，并做好标记，例如A－A，作为后续半管点焊剖面检验位置，如图3所示。

2)在正式焊接前，半管四周用纸胶带密封，半管内充入氩气(纯度99．%)进行焊接保护，先进行半管对接焊缝的焊接，产品半管厚度4mm，半管对接焊缝GTAW焊接两道，打底一道，盖面一道。

3)半管对接焊缝焊后，焊缝两端边缘会形成焊瘤，破坏了半管与筒体角焊缝的坡口，在角焊缝焊接前应采用砂轮对焊瘤进行打磨处理，打磨后的坡口与原坡口保证基本一致。如若不对坡口打磨修整，焊瘤的存在容易导致焊接未熔合，对于N镍基合金而言，未熔合倾向更加严重。

4)半管与筒体角焊缝采用GTAW焊接三道，打底、填充、盖面各一道。当焊接到点焊位置，砂轮打磨去除焊点后再继续焊接。选取某一位置起弧/熄弧点，并进行标记，例如B－B，作为后续半管起弧/熄弧点剖面检验位置，如图3所示。

5)产品半管焊后可能存在返修的情况，返修也是对焊工技能的考验，因此模拟了半管与筒体焊缝返修。在半管间角焊缝选取一个位置作为模拟产品焊缝返修，采用砂轮打磨去除原焊缝，直至坡口根部，然后再重新焊接。

6.2焊接规范参数

半管的焊接采用GTAW方法焊接，与N镍基合金化学成分相匹配的GTAW氩弧焊丝为EＲNiCrMo－10，半管MOCK－UP焊接具体参数如表2所示。

6.3无损检测

半管焊缝焊后进行外观检查，焊缝成型良好，焊缝颜色为银白色，未出现发蓝、发黑氧化现象。对接焊缝及角焊缝经FULL－PT－APP．8及FULL－ＲT－UW－51检测，未发现裂纹、气孔、未焊透、未熔合等缺陷，满足标准要求。

6.4理化试验

对MOCK－UP试板采用机械加工的方法按照图3所示的A－A、B－B、C－C、D－D方向剖开，试样抛开后，对背面打底焊道检查，背面焊道成型良好，无焊瘤存在。机加工方法制取角焊缝正常焊接位置、点焊位置、起弧/熄弧点位置的宏观试样，角焊缝弯曲试样，焊缝微观试样。各焊接位置宏观试样经抛光，采用王水溶液侵蚀后，焊缝10倍放大观察未发现缺陷，并对宏观试样角焊缝有效厚度检测，有效厚度大于半管壁厚4mm，满足设计要求，如图4所示。半管角焊缝弯曲试样经压力机°弯曲后，焊缝根部未发生开裂，证明根部焊接质量良好，弯曲试样如图5所示。焊缝微观试样在电子显微镜下倍放大观察，焊缝无显微裂纹及其它缺陷，如图6所示。

7结束语

通过掌握N镍基合金的焊接特性，按照客户要求进行MOCK－UP试验，只允许通过MOCK－UP考试的焊工进行产品焊接，使产品质量得到了保证。产品半管焊后，半管内部增加了内窥镜检测，根部焊缝焊接质量良好，得到了客户的肯定。