半圆管夹套（盘管）half-pipe coils

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摘要

本文介绍了夹套的类型，特别是半管夹套的设计计算、生产制造、失效分析以及检验与试验。半管夹套常用于高设计温度与压力，但存在焊接质量问题和易泄漏的风险。设计计算需遵循国内外标准，生产时需合理选择坡口形式并注意焊接顺序和间隙大小。失效分析表明，半管与筒体的角焊缝易因焊不透和应力集中导致失效。检验与试验包括气体泄漏试验、射线检测和水压试验，以确保焊接质量。文中还讨论了焊接返修和射线检测布置的细节。

正文

半圆管夹套（盘管）half-pipe coils

0 简介

夹套常用型式：整体夹套、蜂窝夹套、半管夹套。

半管夹套：用于较高的设计温度和设计压力，换热效率也较高，但半管夹套焊缝较长，焊接工作量大，较容易出现焊接质量问题，常发生泄漏。

1 设计计算

国标HG/T20582、美标ASME Ⅷ-1附录EE、欧标EN13445-3

2 生产制造

半管成型：管子剖一半或用钢带压成型后打磨坡口。

与设备焊接：氩弧焊打底，氩弧焊盖面或者气保护焊盖面。

半管与筒体的坡形式：不开坡口、开内坡口、开外坡口。

1）不开坡口：角焊缝无法焊透，焊缝根部存在应力集中，运行过程中容易出现泄漏，不建议采用。

2）开内坡口：内侧坡口不需要（也无法）焊接，仅需根部焊透即可，焊接操作相对容易，但该型式坡口不适用于循环载荷和疲劳工况。

3）开外坡口：多用于循环载荷和疲劳工况，与开内坡口相比，开外坡口焊接难度高，施焊时，坡口根部视线差，易造成根部未焊透或在根部形成焊瘤。外坡口充氩气要比内坡口难度大。

4）半管与筒体开坡口（内坡口、外坡口）焊接，根部应留有一定间隙。间隙过小容易造成根部未焊透，间隙过大，所需填充金属量大，易引起筒体变形。根据BS EN 1708-1-2010关于半管的焊接节点。

5）半管焊接时应先焊对接焊缝，然后再焊半管与筒体的角焊缝。

6）若半管夹套间距过大，会降低换热效率，间距过小，增大焊接难度。其中，开外坡口的半管夹套间距应比不开坡口和开内坡口大。半管间的间距不过分小时，内坡口容易焊透；外坡口也可以焊透。

7）半管壁厚2mm管子不加丝，内部容易成型，5mm不加丝内壁成型难度大。道理是大同小异的。个人认为：密封焊接后气密泄漏试验合格之后强度焊接，这种盘管内坡口更加容易全焊透。

3 失效与分析

1）半管接头失效问题：用户现场很多半管失效都是半管与筒体的角焊缝失效，焊缝焊不透是应力集中点，使用过程中容易撕裂，若半管内走的介质带有腐蚀性，此处会出现缝隙腐蚀等。很多设备半管要保证较高的传热，其压力较高，间距较密，压力高会导致半管比较厚，这时采用外坡口无法保证焊接时根部焊透（旁边的半管干涉焊枪，电弧可达性不好），且半管焊接后难有有效手段检查半管内侧根部焊接质量（当然也有用RT检测或内窥镜检查的），设备在服役时半管焊缝极易失效。若采用内坡口，焊接时电弧可达性性较好，熔池穿透根部背面形成较为平滑，避免了应力集中和缝隙。

2）半管夹套角焊缝泄漏失效分析认为泄漏原因大致为：

1)半管内温与容器壳体外温差异，产生附加应力，作用于半管焊缝；

2)半管焊缝不好施焊，易产生缺陷；

3)受结构限制，表面检测多只能用渗透，渗透剂窝在一起，灵敏度不高。贯穿性缺陷，压力试验能检出，消除了；大的非贯穿缺陷，使用时温度一变就扩展，引起不定时、非预期泄漏，原因是有了温度，附加应力甚至远高于压力试验应力。

3）返修：半管焊缝的长度一般较长，设备服役过后的半管，半管内部无法清洁，焊接容易出气孔，返修比较难。无论何种坡口结构，需要切实地能够保证全焊透。半管焊接与螺旋板换热器螺旋通道端面角焊缝(半管焊接位置更难)相似，焊道长，焊接工艺评定文件可以做得好，但实际施焊会相差较大。总之，应该属于执行焊接工艺、控制焊接过程，方能保证焊缝质量的范畴。此外，焊接返修降低焊缝质量也很明显。

4 检验与试验

1）气体泄漏试验

2）射线检测

程序：实践发现，达到检测最佳效果是采用倾斜角度检测。检测操作应按照有关规范，亦即，采用X 射线。只有在特殊情况下公司规定时才允许采用伽玛射线(Ir 192)应采用符合DIN EN444 C3 级胶片作射线透照的底片，胶片组合应与射线能量的界限匹配，胶片(长度48cm)放置位置应当把对接焊缝(横向焊缝)也包括到检测范围之内。

半管角焊缝/单边坡口焊缝射线检测布置(半管与容器的焊接)