不锈钢管道中频煨弯质量控制浅析

不锈钢管道中频煨弯质量控制浅析
摘要：管道是AP1000核电管道工程的重要组成部分，弯管加工的质量直接关系到整个核岛建设周期的长短和安装质量，本文围绕AP1000的弯管制造过程中的特点和难点，介绍了不锈钢热煨弯管的质量控制方法，强调了不锈钢弯管在加工过程中质量控制的重要性，为以后质量管理提供了可借鉴的经验。

关键词：管道煨弯质量管理过程质量控制
1.引言
AP1000作为世界首堆第三代核电采用了先进的模块化施工技术，而管道的模块化施工，作为 AP1000模块化施工的重要组成部分，将直接影响到机组施工能否顺利进行。

AP1000将管道模块化设计后，使得管道系统的部分安装工作从施工现场转移到了预制加工厂进行，弯管作为管道预制中的重点和难点应受到格外的关注.
本文以AP1000核电技术目前施工的弯管进行了质量控制方法和要点进行总结，针对弯管实际制作过程中容易出现的质量问题进行了系统的分析，并提出了解决办法。

对AP1000首台机组弯管加工制造的质量控制经验进行积累，对未来AP1000模块化施工发展能得到大规模应用，打下良好的基础。

2工作流程
2.1主要工作流程
图1 不锈钢管道煨弯部位PT检查流程图表
3.2不锈钢管道煨弯过程中的质量控制要点主要包括：
3.3.1.弯前管道测量放线
根据委托加工的图纸和弯管清单，将弯管起弯点在管子上标出，标识的笔可用不锈钢专用笔或者石膏笔。

3.3.2.煨弯时温度的要求
煨弯时管道经中频电流加热，其温度不得低于1040℃。

弯管机的工夹具均为碳钢，在煨弯过程中应用不锈钢的铁皮，将管道与夹具隔开。

3.3不锈钢弯管的目视检查以及热处理前尺寸的测量质量控制
待管道煨弯成型，完全冷却后，将弯管放置在不锈钢平台上进行初步的角度以及目视检查，对于所有的弯管来说，弯曲部分应该平整，没有波浪、折痕、龟裂或对其使用有害的其他缺陷。

如有可能弯管的内外都要进行目视检查。

对于管体内外表面的凹痕、缺陷宽度与深度比值不小于3，并且凹痕深度不超过管内径的1%，同时该区域经过MT或PT检查合格的凹痕可以接受。

弯管角度的测量：应将管道水平放置，用水平尺和钢直尺找管中并做好标记，将做好的标记用细线连接组成一个三角形，再由余弦定理算出弯管角度，
3.4不锈钢弯管的热处理质量控制要点
按照采购技术规格书的要求，不锈钢弯管在煨弯完成后应进行热处理，其质量控制要点如下：
（1）弯管装炉时，应均匀分布在炉的底部，并用耐高温材料隔开，以避免工件产生严重的变形，对于薄壁大口径管，在管口应加支护，以防管口变形。

（2）所有弯管需在车台上垫高300mm以上，以避免火焰与工件的直接接触。

（3）热处理的温度将通过热电偶来控制，用记录装置来记录。

这些记录包括热处理的全部参数，并附有表明热电偶位置的略图。

（4）热处理温度要求：最终加热温度1038℃-1121℃，每英寸厚度保温1/2小时，总体时间不得小于15min，入水冷却时管道外壁温度不得低于850℃，且冷却池中的水达到B级水要求。

3.5不锈钢弯管热处理后弯管尺寸检查
3.7.1.弯曲处背弧壁厚要求
需要符和APP-PL02-Z0-001中对应级别管道最小壁厚要求。

弯曲后的壁厚要用超声波的方法进行检测。

在每个相切部位和曲弧的中间处，需进行一组含三个厚度测量数据。

对于弯曲角度大于45°的弯管，则需在曲弧中间和每个切点的中间再增加壁厚测量组。

3.7.2.弯曲处壁厚减薄率要求：
弯曲半径为3D 的管道弯曲允许有12.5%的减薄率。

弯曲半径为5D 的管道弯曲允许有8%的减薄率。

关于减薄率的要求，AP1000技术规格书及相关标准规范中并未提及，且与最小壁厚要求重复。

3.7.3.弯曲后管子的椭圆度要求（见PFI-ES24）：
（Dmax-Dmin）×100%/Do ≤8 %
Do …弯曲前管子的名义外径；Dmax …弯曲后管子的最大外径
Dmin 弯曲后管子的最小外径
3.7.
4.弯曲角度要求
管道的弯曲角度误差应控制在0.5度内。

3.7.5.弯曲半径要求
管道的弯曲半径误差应控制在1% 内。

3.7.6.弯曲平面变化角度公差
管道的弯曲平面变化角度公差应控制在1度内。

3.7.7.褶皱度要求
褶皱需为平缓过度，且两个相邻褶皱的冠部高度平均值减去其间谷部高度应小于管道通
径的3%，两个相邻褶皱的冠部的距离与高度平均值减去其间谷部高度的比值要大于12：1，
如下图所示；
图3 褶皱度计算示意图
4.不锈钢中频煨弯管道质量问题产生的原因及控制措施
一般来讲，常见弯管缺陷主要有以下几种形式：圆弧处变扁严重（椭圆形）、圆弧外侧
管壁减薄量过大、圆弧外侧弯裂、圆弧内侧起皱（波浪形皱纹）等，随着弯曲半径的不同这
些缺陷产生的方式及部位有所不同，而且不一定同时发生，所以对于AP1000核电所需的弯
管应在弯制之前采取对应措施加以防止，从而保证产品的各项性能指标和外观质量。

图4 常见不锈钢弯管缺陷示意图
4.1弯管质量问题产生的原因
4.1.1.弯管圆弧外侧严重变扁
如前所述，弯管过程中，弯管机的推力和夹具对管道的束缚力的合力使圆弧处的横截面
趋向椭圆形，对于相同规格的管子弯曲半径越小，合力越大，变扁趋势越明显。

4.1.2.弯管圆弧外侧减薄量过大
当弯管的弯曲半径较小时，如果弯管机不带外侧面助推装置及尾端顶推装置，则由于弯
管机夹具的阻力作用将使圆弧外侧的拉应力增大，同时中性层内移，弯制弯管的圆弧外侧就
会减薄，压紧力越大，阻力也越大，减薄也越严重。

尤其当相对弯曲半径及相对壁厚越小时，减薄量越明显。

4.1.3.弯管圆弧外侧裂纹
弯管过程中圆弧外侧出现裂纹或者断裂，其原因可能是多方面的。

如管材热处理不当、
晶粒度过大；压紧轮压力过大，造成弯管阻力过大等都可能使圆弧外侧产生裂纹。

4.2防止产生弯管质量缺陷的措施
为防止减轻弯管缺陷的产生，得到满意的弯管质量，就应在弯管过程中采取相应的对策
加以解决。

首先，在产品设计结果允许范围内，弯制的管道应尽可能设计较大的弯曲半径，
同时采用带有侧面助推及尾端顶推机构的弯管机。

通常情况下，对于前面提到的几种常见的
缺陷，应有针对性的采取措施，提高弯管质量，具体的控制措施可以按照以下进行：
（1）对于圆弧外侧变扁严重的弯管，弯曲时应选择合适的推力以及弯管速度，另外在
安装模具时，要保证各件的管槽轴线在同一水平面上。

（2）小半径的弯管时外侧减薄是弯曲工艺的特性决定的，是无法避免的，但应采取措
施克服减薄量过大的情况，常用的有效方法是使用侧面带有推力装置或尾部有顶推装置或者
两者兼而有之的弯管机，这样，助推装置或顶推机构推动管子向前，抵消煨弯时的部分阻力，改善管道表面的应力分布，从而达到减少管子外侧壁厚减薄量的目的。

（3）对于管子圆弧外侧弯裂的情况，应仔细分析其原因，首先应保证管材具有良好的
热处理状态，排除管材的因素后再检查压紧模的压力是否太大，并调整时期压力适当，在煨
弯的过程中应随时监测煨弯处的温度，防止温度过高。

同时采取适当的措施避免机床抖动。

5.结束语
本文通过对AP1000不锈钢弯管加工过程的质量控制方法进行描述，同时结合了管道弯
曲过程中的重点和难点，强调过程质量控制，对整个AP1000项目的不锈钢热弯管道的质量
控制有一定的借鉴意义。

参考文献
[1]美国管道预制协会弯管制作规范 PFI Standard ES-24
[2]ASME动力管道规范 ASME B31.1
[3]ASME 第三卷 NB、NC、ND分卷
[6]美国管道预制协会管道安装公差规范 PFI Standard ES-3。