馬甲科（中國核工業(yè)第二三建設有限公司，山東 榮成 264312）

核電廠管道彎曲工藝

馬甲科
（中國核工業(yè)第二三建設有限公司，山東 榮成 264312）

目前，在核電管道安裝中大量使用了彎管，這些彎管不僅改善了流體的力學性能，同時也減少了管道上的焊口數(shù)量，提高了管線運行的可靠性；彎管可根據(jù)技術(shù)要求采用冷彎或熱彎工藝，每種工藝又各有幾種方法，彎管的加工一般都在車間進行，生產(chǎn)環(huán)境和精度上有可靠地保證，是工廠化管道生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，而合理地選取彎曲工藝和方法是保證彎管質(zhì)量的關(guān)鍵，目前工藝管道彎曲半徑普遍都在3倍公稱直徑以上，管徑愈大，彎曲半徑也愈大，工藝操作難度愈大，所以在選材、彎制、檢查、處理等環(huán)節(jié)上必須嚴格執(zhí)行標準；隨著彎管在核電、化工等領(lǐng)域的普遍應用，彎管的加工工藝水平還在不斷的提升。

管道；彎曲方法；處理

對一些受力復雜的、在役期間不易更換的核電管道，設計上都采用彎管來改變流體流向，其目的是為了減少焊口，改善流體的力學性能，提高管線運行可靠性，延長使用壽命。

目前彎管分兩大類制造：冷彎曲成形和熱彎曲成形[1]。溫度低于金屬臨界點AC1時的彎管操作稱冷彎曲，高于金屬臨界點AC1時的彎管操作稱熱彎曲，AC1為加熱時珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度點，所以冷彎并非通常字面理解的不加熱即為冷彎的概念。

美國管道預制協(xié)會對管道彎曲方法做了詳細說明，一般引進裝置都參照它執(zhí)行，國標敘述比較詳細的是在《電站彎管》DL／T 515-2004中（適用于核電廠主蒸汽、再熱蒸汽、主給水管道及一般鋼制汽水管道彎管，其他鋼制管道可參考使用），確切地給出了彎管冷熱彎曲分界點[2]。

實際應用中，無論采取哪類彎曲，哪種方法，都要和材料特性相匹配，和施工裝備相匹配，每種方法都有它的優(yōu)點和不足。

1 各種彎曲方法

1.1 管道冷彎的方法

冷彎有轉(zhuǎn)動彎曲、頂推彎曲和滾動彎曲3種方法。

冷彎曲是對管線施加一定的力矩，使管線沿預定的軌跡屈服，對材料的性能影響小，特別適用于現(xiàn)場作業(yè)，目前機械彎管機最大可對口徑以達150 mm管道進行彎曲，操作靈活、方便，生產(chǎn)效率高，在核電、火電、化工各個領(lǐng)域都有應用。

1.2 管道熱彎曲的方法

熱彎有火爐加熱彎曲、中頻和高頻感應加熱彎曲3種方法。

火爐加熱彎曲因其工程簡單，現(xiàn)場易實施，但僅僅局限于材料和精度要求不高的場合適用。

中頻、高頻感應電熱彎管是在紫銅制作的感應線圈兩端通入2 500～8 000 Hz的中頻或200～300 kHz的高頻交流電，在線圈兩端將產(chǎn)生交變的磁場，同時使工件內(nèi)產(chǎn)生相應的電磁感應電流。由于電能向熱能轉(zhuǎn)化，管線表面溫度將迅速升高到900～1 200 ℃，在此高溫下進行管線彎制作業(yè)并同時進行表面淬火工藝處理，之后在加熱區(qū)后段噴射冷卻水或風冷進行冷卻，使冷卻段的溫度降低到300 ℃左右。

這種感應彎管工藝具有很多的優(yōu)點：第一，用途廣泛，可以彎制多種曲率半徑、形狀復雜的彎管，另外對熱彎角度有嚴格要求的不銹鋼管也可以用此方法進行彎制。第二，加熱速度快、時間短、過熱度大，使彎制后的管線具有高表面強度、高表面硬度和良好的耐磨性，不僅提高了管線疲勞強度，同時彎管變形小。第三，操作自動化程度高，適于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。所以目前核電、火電工程中最常用的彎管方法就是中頻和高頻感應電熱彎管法。

2 根據(jù)材料特性選取適當?shù)膹澢椒?/h2>

冷彎曲適用于一切材質(zhì)的鋼管，是設計中優(yōu)先選取的彎管方法，但因模具、管道口徑的限制（僅局限在口徑在150 mm以下的管道彎曲），對大口徑鋼管和高壓厚壁不適用；大口徑和高壓厚壁碳鋼管、不銹鋼管、合金鋼管及彎曲半徑在3倍以下的管道均要采用熱彎成形，設計時可根據(jù)標準給定加工要求。

3 管材選用

彎曲用直管段一般情況下應按設計要求選用正偏差，彎曲用直管段應壁厚均勻，目視無起皮、裂紋、銹蝕，表面要光滑。

設計要預先提供管道的最小選用壁厚，如AP1000核電還對其在3D、5D情況下的彎曲結(jié)果予以數(shù)據(jù)證明是否合格，其要求和ASME及國標上一致，均需在管子最小壁厚基礎上加一定的余量，《電站彎管》DL／T 515-2004和ASME B31.1對管子壁厚選用標準如表1所示。

在美標中，表1數(shù)值僅適用于爐加熱彎曲管道，對轉(zhuǎn)動彎曲、頂推彎曲、滾動彎曲和中、高頻加熱彎曲的要求如表2～表4所示[4]。

表1 管道最小壁厚[3]Table 1 Minimum thickness of pipe wall

表2 管道最小壁厚（適用于轉(zhuǎn)動彎曲）Table 2 Minimum thickness of pipe wall（applicable for rotary bending）

表3 管道最小壁厚（適用于頂推彎曲、滾動彎曲）Table 3 Minimum thickness of pipe wall（applicable for ram & roll bending）

表4 管道最小壁厚（適用于中、高頻加熱彎曲）Table 4 Minimum thickness of pipe wall（applicable for medium-and high-frequency induction bending）

4 彎曲成形

重要彎管必須做彎管工藝評定，以在實踐基礎上驗證彎曲工藝的符合性和產(chǎn)品可靠性。

工藝評定要求：在某個車間所進行的評定試驗，可以擴展到對制造廠的所有車間有效；但這些車間所用的設備必須與評定試驗所用的類型相同。

工藝評定的幾何準則如下[5]：

1）較小R/OD的彎管的評定結(jié)果適用于較大R/OD的彎管；

2）評定的壁厚有效范圍為0.5S～2S；

3）下列范圍的鋼管外徑視為等效：

① OD≤50 mm；

② 50 mm＜OD＜150 mm；

③ OD＞150 mm。

采用冷彎工藝，當管子的外徑大于50 mm時，建議在管內(nèi)放置彎曲芯棒。芯棒的外徑比管內(nèi)徑小1～1.5 mm, 芯棒的前端為一圓錐頭，圓錐部分和圓柱部分的交界線要放在管子開始彎曲的面上。芯棒安置的部位，應按彎管機的使用說明來試驗調(diào)整。使用芯棒時，管子的內(nèi)腔應清掃干凈。

鋼管冷彎曲時，要考慮彎制后的回彈，因為鋼管冷彎曲是一個比較復雜的受力過程，機械性能或變形越大回彈就越大，彎制作業(yè)時間越短回彈越大，回彈系數(shù)可以彎管工藝評定或?qū)嶋H經(jīng)驗來控制。

熱彎工藝采用中頻加熱方法，嚴禁在704 ℃至899 ℃的金屬相變區(qū)進行管道彎曲。不銹鋼管嚴禁采用火焰方法加熱，奧氏體不銹鋼應在燃油（低硫油）、電爐或燃氣爐內(nèi)中性氣氛或氧化氣氛下進行加熱。

直縫焊管彎曲時，應該使縱向焊縫位于彎曲的中性點軸上。

連續(xù)彎管兩彎切點之間的直線長度不得小于下列值[4]：

冷彎：規(guī)格在1～6 in，tm＞2D，（D為管子外徑）；

熱彎：規(guī)格在8～24 in，tm＞24 in。

5 彎曲后檢驗

管道彎曲后其不圓度應小于8%，計算按式（1）[2]：

式中：D為成形前的管道最小直徑，in；Dmax為成形后的管道最大直徑，in；Dmin為成形后的管道最小直徑，in。

應用超聲方法測量彎曲后的壁厚。測點應選彎曲弧度外側(cè)中間處，測量一組3個厚度值，一個點在彎曲平面上，另外兩個在與彎曲平面上、下與管道中心線大約60°處測量。對于彎曲度超過45°的彎管，在彎曲弧中部與各個切點之間的中間處，也應另外測出幾組測量值。小于管道公稱壁厚87.5%的任何值要通知采購方逐項進行驗收。

國標要求對彎管進行無損檢驗抽檢，AP1000核電要求對于彎曲半徑小于公稱直徑10倍的所有彎管，彎曲后管道的最小壁厚要大于管道材料標準所要求的最小壁厚的75%，彎曲后的壁厚要用超聲波的方法進行檢測。

AP1000核電要求：除了最大直徑與最小直徑之差不應該超過直管部分外直徑測量平均值的8%之外，彎曲應該滿足ASME III和PFI標準ES-24的所有要求。除非采購方批準，否則，禁止操作以校正超過PFI標準ES-24允許值的變形。

6 彎曲后處理

公稱尺寸大于或等于100 mm，或名義厚度大于表5的碳鋼、碳錳鋼、鉻鉬合金鋼、低溫鎳鋼管制作彎管后的熱處理如表5所示[1]。

表5 熱處理參數(shù)Table 5 Heat treatment parameter

7 結(jié)束語

彎管質(zhì)量主要取決于采用的工藝方法，由于大型彎管機在一些管件加工企業(yè)和安裝企業(yè)已普遍應用，彎管的角度加工精度已控制在±0.5°以內(nèi)，不圓度在8%以下，都滿足設計文件要求；但是對不銹鋼管在彎制時一定要杜絕與碳鋼、低溶點金屬接觸；在對彎管的固溶退火處理時，高溫下彎管的剛性變?nèi)酰纱藭饛澒芙嵌劝l(fā)生輕微變化，在固溶退火處理后，須進行二次微調(diào)和表面處理，一般采用管托模加千斤頂，微調(diào)幅度應控制在±1°內(nèi)，如果彎管有超過此界限的調(diào)整，則需對彎管進行二次熱處理。

[1] GB 50235-2010，工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范[S].（GB 50235-2010, Construction Specifications for Industrial Metal Piping Work [S].）

[2] DL／T515-2004，電站彎管[S].（DL/T515-2004, Bent Pipe in Power Plant[S].）

[3] ASME B 31.1-2007，動力管道[S].（ASME B 31.1-2007, Power Piping[S].）

[4] ES-24,管道彎曲方法、偏差、處理、材料要求[S].（ES-24, Pipe Bending Method, Deviation, Treatment and Material Requirements[S].）

[5] EJT1012-1996，壓水堆核電廠核島機械設備制造規(guī)范[S].（EJT1012-1996, NI Mechanical Equipment Manufacture Criteria for PWR NPP[S].）

Nuclear Power Plant Pipe Bending Process

MA Jia-ke
(The 23rdConstruction Co., Ltd., CNNC, Rongcheng of Shandong Prov. 264312，China)

At present, lots of bends have been used in nuclear power piping installation to improve mechanical properties of the fluid, reduce weld quantity on pipeline and enhance reliability of pipeline operation. For pipe bending, cold or hot bending process with several methods for each process can be applied according to technical requirements. Bend processing is normally carried out in workshops, in which the production environment and precision can be reliably ensured. This factory-made pipe production is a development tendency. Reasonable selection of bending process and method is the key for bending quality. Now the bending radius is generally over 3 times of the nominal diameter. The larger the pipe diameter is, and the larger the bending radius and operation difficulties are. Therefore, it must strictly follow the standards for material selection, bending, inspection and treatment, along with the universal application of bend in the nuclear power industry, chemical industry and other fields. The technical level of bend processing has been improved continuously.

pipe；bending method；treatment

TL37 Article character: A Article ID: 1674-1617(2013)02-0144-04

TL37

A

1674-1617(2013)02-0144-04

2012-10-27

馬甲科（1966—），男，陜西扶風人，工程師，從事核電領(lǐng)域管道、現(xiàn)場安裝方面的工作。