第4章 弯管
4.1 概述
金属弯管由金属管弯制而成,简称为弯管(bends),用于改变管道中流体的流动方向及管线的走向。作为流体输送管道中必不可少的重要组成部件,大口径弯管广泛应用于石油天然气、电站、化工、石油化工、城市管网、油气田集输、船舶等管道空间位置较大、管线密集度小的场合;小口径弯管广泛应用于液压、燃料和冷气等系统的导管零件,作为整机结构零件和系统导管零件,大多是形状复杂、有一定技术要求的空间弯曲件。
弯管是金属管在外力作用下发生塑性弯曲变形而成的弯曲件,其原材料是金属钢管,其弯曲变形依赖于专用的弯制设备,有时配以特制的工装完成。弯管的结构如图1-4-1所示,由两端的直管段和弯曲段组成,其基本参数见表1-4-1。
图1-4-1 弯管结构示意图
D—外径,mm;R—曲率半径,mm;t—直管壁厚,mm;t'—弯管外弧侧壁厚,mm;α—弯曲角度,(°);L—直管段长度,mm
表1-4-1 弯管的基本参数
4.1.1 金属管弯曲变形特点及塑性变形程度
如图1-4-2所示,金属管在外力和外力矩M作用下弯曲时,形成弯管外弧和内弧,外弧侧材料受切向拉伸应力,产生轴向拉应变,使管壁减薄;内侧材料受切向压缩应力,产生轴向压应变,使管壁增厚,中性层受拉伸与压缩应力之和为零,管壁厚基本不变。由于位于变形区最外侧和最内侧的材料受切向应力最大,因此该处钢管壁厚的变化量也最大。内侧最大、外侧最小壁厚可分别用式(1-4-1)和式(1-4-2)进行简单计算
图1-4-2 金属管受力后弯曲变形示意图
式中 t0——钢管公称壁厚;
D——钢管外径;
ρ——弯管中性层弯曲半径。
上述两式表明,弯管管壁厚度的变化量和弯管圆度的变化量都与金属管的相对壁厚SX(SX=t0/D)及相对弯曲半径RX(RX=ρ/D)有关,相对壁厚和相对弯曲半径越小,则两者的变化量越大,反之变化量越小。
当金属管相对弯曲半径小到一定值时,弯管外弧侧最大变形处会因受到很大的切向拉应力而过度变薄,有时导致外弧开裂;内弧侧管壁因受很大的切向压应力,在使管壁增厚时还会引起该处管壁失稳而起皱。同时由于弯曲时内、外两侧管壁上的法向压应力的合力作用,使圆形金属管的法向直径变小、横向直径变大,形成一椭圆形。增加填料或芯衬进行弯曲,虽然有一定的作用,但效果不明显。
金属管经弯曲后,会出现以下不良现象。
①弯管外弧侧管壁变薄,甚至开裂。
②弯管内弧侧易发生失稳起皱折。
③弯曲截面产生近似椭圆变形。
④弯曲角度、半径产生回弹而使角度变小、弯曲半径变大。
从目前的管材弯曲工艺上看,还没有从根本上控制管壁变薄的有效措施,专门的感应热煨设备能够在一定程度上减小管壁变薄,但不能彻底改变这一状况。内弧起皱和截面变形可以通过在设备上采取措施来预防和减小。对于角度、弯曲半径回弹量由于受工艺、材料等不确定因素的影响,定性分析和实际生产现状相差较远,目前只能靠现场生产的经验数据进行校正,以满足技术标准要求。
材料弯曲的变形程度主要取决于管子的相对弯曲半径RX和相对壁厚SX,RX和SX值越小,表示弯曲变形程度越大。管子弯曲的极限变形程度和材料自身的塑性性能、管子相对壁厚以及加工方法等因素有关。
为了保证弯管质量,必须控制其变形程度在许可范围内,生产中常以弯管的中心轴线为弯曲半径作为控制变形程度的参数,表1-4-2是几种金属钢管弯曲时能达到的最小相对弯曲半径RX,以供设计时参考。
表1-4-2 几种金属钢管最小相对弯曲半径
钢管弯曲时,其弯曲半径不得超过其最小弯曲半径,否则就会产生外弧侧超薄或开裂、椭圆度超差、内弧侧起皱等缺陷,不仅严重影响弯管的成形质量,有时会使弯管内部存在较大的残余应力。
4.1.2 弯曲成形的方法
钢管弯曲加工的方法很多,按弯曲时是否加热分为冷弯和热弯。在室温下对金属钢管进行弯曲变形,从而获得所需要的形状、尺寸及一定力学性能的弯曲件称为冷弯;在该金属Ac3线以上奥氏体温度区进行弯曲变形,从而获得所需要的形状、尺寸及一定力学性能的弯曲件称为热弯,又称热煨;按钢管弯曲成形方法可分为推弯(包括后推弯和前推弯)、滚弯、压弯、绕弯等;按弯曲时有无填料可分为填料弯曲和无填料弯曲;按弯曲时有无内芯分为有芯弯曲和反变形弯曲。不同的弯曲成形方法所获得的弯管极限形状及力学性能不同。弯曲成形方法可归类如下。
具体的弯管成形方法、特点及使用范围见表1-4-3。
表1-4-3 常用弯管成形方法
4.2 冷弯弯管
冷弯弯管按成形方式分为:压挤弯、回弯、滚弯、冷挤弯和推压弯;冷弯弯管按弯管直径分为小口径冷弯弯管和大口径冷弯弯管。
4.2.1 小口径冷弯弯管
小口径冷弯弯管设备通常采用手动弯管器和电动弯管机来进行制作,可以弯制公称直径DN≤150mm的弯管。冷弯弯管有许多优点,如设备简单、加工操作简便,弯管时管内可不必灌砂;因在室温下弯制,操作安全、速度快。特别适宜弯制不锈钢管和有色金属钢管等塑性变形能力大的弯管。
采用手动弯管器时,一般可弯制公称通径DN≤25mm的弯管。采用电动弯管机时,当管子的外径大于60mm时,且弯曲半径接近最小弯曲半径时,应在管内放置芯棒。芯棒的外径比管内径小,芯棒的前端为一圆锥头,圆锥部分和圆柱部分的交界线要放在管子开始弯曲的面上,如图1-4-7所示。芯棒安置的部位,应按弯管机的使用说明来试验调整。使用芯棒时,管子的内腔应进行清扫,并在芯棒或管内壁涂些机油起润滑作用,以减少摩擦。
不论冷弯或热弯,弯管宜采用壁厚为正公差的钢管,高压钢管的弯曲半径宜大于管子外径的5倍,其他管子不宜低于3倍。冷弯时,由于钢管具有一定弹性,在弯曲外力撤除后,弯管会回弹一定的角度和曲率半径。其回弹角度根据材料、弯曲半径和弯曲角度的不同而不同,一般回弹3°~5°;弯曲半径根据材料和弯曲半径的不同也不同,一般回弹5%~20%。因此弯管时,在弯管机上要超弯3°~5°,曲率半径则减小5%~20%,具体数量可根据经验确定或根据前几件样件测量后进行校正。
冷弯后的弯管,壁厚大于20mm的碳素钢管和公称直径大于或等于100mm或壁厚大于或等于10mm的中、低合金钢管,应按表1-4-4的要求进行热处理。奥氏体不锈钢管冷弯弯管,当弯曲半径不小于10DN时,可不进行热处理;当弯曲半径小于10DN时,应进行固溶处理,当设计有要求时应按设计要求进行。
表1-4-4 钢管冷弯后的热处理条件
4.2.1.1 手动弯管
手动弯管适用于无弯管专用设备或单件小批量生产,制造弯管模又不经济的情况。手动弯管装置如图1-4-3、图1-4-4所示。
图1-4-3 手动弯管装置外形
图1-4-4 手动碾压冷弯管装置结构
手动顶弯弯管装置主要由机架、支承销、液压顶杆、弯曲模、液压缸、手动操作杆组成,工作时,把选好的弯曲模固定在液压顶杆上,根据要求半径调整支承销的位置,然后把钢管压紧在弯曲模和支承销之间,操纵手动操作杆,顶压钢管至要求的角度(应加出回弹角度余量)。弯管的弯曲半径不同,管径不同,选用的弯曲模和支承销的位置也不同。手动碾压冷弯装置主要由定模、滚轮、压板、杠杆和手柄组成,定模固定在平台上,弯曲前先将管子一端置于定模凹槽内,并用压板压紧,然后扳动手柄绕定模旋转,则固定在杠杆上的滚轮碾压管子,迫使管子绕定模变形弯曲,从而完成绕弯过程。弯管的直径、弯曲半径不同,则定模和滚轮的结构尺寸不同。
手动弯管时应注意以下事项。
①在同一弯管上有连续的平面弯时,应先弯曲最靠近管端的弯,然后再按顺序弯曲其他部分的弯。
②在连续弯曲空间弯管时,应从管端开始弯曲第一个弯,然后按要求的空间角度翘起定位,再按顺序弯曲其他部位的弯。
③在弯曲有缝钢管时,应将焊缝靠近弯曲的中性层位置,以防焊缝受力过大而开裂。
④当弯管截面的椭圆度允许偏差较小时,可在管内填装填充物后弯曲或稍微加热弯曲。
4.2.1.2 填料弯管
为了减少弯管截面的变形,一般对于直径大于10mm的薄壁钢管,弯曲前应考虑在管内加填料。图1-4-5所示为添加或不添加填充物的参考图。采用填料时,对添加填料的性质要求如下。
图1-4-5 添加或不添加填充物参考图
①容易装入管内和弯曲后容易从管内取出。
②受压时体积保持不变或变化不大。
③不会压伤、划伤管壁,能随管子一起弯曲变形。
④对管壁无腐蚀作用。
在实际生产中,常用的填料有石英砂、松香、明矾、低熔点盐或合金、干燥的细沙等,管内填料的弯曲适用于单件小批量生产。颗粒填料在填料时应保证填料的密实度,以防止受压时体积变化太大而失去其作用。
4.2.1.3 有芯弯管
有芯弯管是在弯管机上利用芯棒使管子沿弯曲型胎绕弯的工艺方法,其弯管装置一般由芯棒、压紧块、导向板、弯曲型胎和动力驱动装置组成。有芯弯管的工作原理如图1-4-6所示。
图1-4-6 有芯弯管工作原理图
1—弯曲型胎;2—主轴;3—导向板;4—钢管;5—芯棒;6—压块;7—压紧块;8—限位挡位
弯曲型胎1固定在设备机架的主轴2上,并在动力驱动装置的驱动下随主轴一起旋转,钢管4的一端由压紧块7夹持在弯曲型胎上,其夹紧位置在钢管与弯曲型胎的相切点附近的钢管外侧,其外侧装有压块6,内侧装有导向板3,管内放有芯棒5,当弯曲型胎随主轴转动时,钢管4就随弯曲型胎逐渐弯曲成形,弯管的弯曲角度由可以移动的限位挡块8的位置决定,限位挡块按弯曲角度加回弹量设定好,当弯曲型胎转到设定的位置时,撞击限位挡块,弯曲型胎停止转动。不同弯曲半径的弯管,需要更换不同直径的弯曲型胎;不同直径的管子,需要更换不同的芯棒、导向板、弯曲型胎。
有芯弯管中的芯棒是为了防止弯曲部分截面产生椭圆形畸变和内壁起皱,在管内插入的芯棒应伸入钢管内部,使其端部处于钢管发生弯曲变形的位置,其位置及尺寸见图1-4-7。
图1-4-7 芯棒的位置及尺寸
芯棒的形状有多种,常见的如图1-4-8所示。圆柱形芯棒如图1-4-8(a)所示,形状简单,制造方便,但预防截面畸变的效果较差;勺形芯棒如图1-4-8(b)所示,与管子外侧壁的支承面积较大,因此防止产生椭圆形状的效果好一些。勺形芯棒可用于相对弯曲半径R/D=2的中等壁厚的钢管。链节式芯棒如图1-4-8(c)所示,由支承球和链节所组成,能在管子的弯曲平面内挠曲,以适应管子的弯曲变形,它可以深入管子的内部与管子一起变形,故能防止产生椭圆形状和防止内弧起皱;软轴式芯棒如图1-4-8(d)所示,是用一根软轴把几个碗状小球串联在一起,它能深入管子中与管子一起弯曲变形,防止产生椭圆形状和内弧起皱的效果较好。
图1-4-8 芯棒的形状
在有芯弯管中,芯棒的形状和工作位置对于管子的弯曲质量有较大的影响,通常芯棒直径d应比管子内径小0.5~1.5mm,以便深入管内,芯棒伸入管内开始弯曲处的距离e可以按下式计算
c=D2-d=0.5~1.5mm (1-4-4)
式中 e——芯棒伸入管内开始弯曲处的距离,mm;
R——截面中心层弯曲半径,mm;
D2——管子内径,mm;
c——管子内壁与芯棒之间的间隙。
芯棒的长度为:L=(3~5)d,当芯棒直径d大时,系数取小值;反之取大值。
4.2.1.4 反变形法弯管(无芯弯管)
有芯弯管虽然能防止管子截面产生椭圆形畸变,但在弯曲过程中,由于芯棒与管子内壁的摩擦,会使管子内壁拉毛,同时芯棒也易磨损,为了克服这一缺点,可采用图1-4-9所示的反变形法弯管。
图1-4-9 反变形弯管
1—弯曲型胎;2—压紧块;3—弯管;4—压紧轮;5—导向轮;6—导向滑块
反变形法弯管就是在管子发生弯曲变形处,预先使管子外弧侧受到反向变形而向外凸起,用以抵消钢管弯曲时产生的椭圆形畸变,使管子的横截面回复到近似圆形。反变形法弯管的模具结构和有芯弯管的模具结构基本相同,由弯曲型胎1、压紧块2、弯管3、压紧轮4和导向轮5或导向滑块6组成,只是压紧轮或导向滑块具有反变形槽。压紧轮中心线与弯曲型胎中心线之间距离可以在10~12mm范围内调整,为了便于装卸管子,压紧轮和导向轮的中心线与弯曲型胎水平中心线倾斜成3°~4°为宜。
反变形槽的形状和尺寸见图1-4-10和表1-4-5。
图1-4-10 反变形槽
1—弯曲型胎;2—反变形滚轮或滑槽
表1-4-5 反变形槽尺寸表
反变形弯管与有芯弯管相比,主要有以下优点。
①大大减少弯管前的准备工作,减少了劳动时间。
②可以避免芯棒划伤管内表面。
③管内不需润滑。
④弯管质量较好,不仅能较好地满足圆度要求,而且管壁拉薄现象也有很大改观。
⑤弯曲时无振动现象,可延长弯管机的使用寿命。
反变形法弯管适用于弯曲半径R≥1.5D的情况,否则弯曲处的横截面将产生严重变偏和外侧壁厚明显减薄的现象。
4.2.1.5 顶压弯管
用有芯弯管或无芯弯管工艺进行弯管时,对弯管相对曲率半径R/D有一定的限制,例如弯曲碳钢无缝钢管,当R/D≥1.5~3.5时,可获得优良的弯管质量;当R/D<1.5或1时,弯管的横截面会产生明显的畸变,不能保证截面的圆度要求,外弧侧会变得很薄,不能满足标准要求壁厚的要求,此时可采用顶压弯管工艺进行弯曲。顶压弯管可弯制相对半径R/D≤1.5或1,甚至R/D<1的弯管。
顶压弯管工艺就是在弯管弯曲的同时沿管材轴向加一顶紧压力P,从而改变管材在弯曲过程中的应力分布情况,如图1-4-11所示,在无顶紧压力弯曲过程中,弯曲中性层处于弯管轴线竖直平面偏内弧侧,当在弯曲过程中增加顶紧压力P时,会导致弯曲中性层由弯曲内弧区O1-O1移至弯曲外弧区O2-O2,中性层的弯曲半径R’大于中心层的弯曲半径R。这样就减小了弯管内外弧侧法向压力的合力,减小了外弧的拉应力,从而改善了弯管截面的圆度和外弧壁厚减薄量。
图1-4-11 顶压弯管时变形区的应力分布
图1-4-12所示为顶紧压弯管机的结构示意图,它是在有芯弯管的基础上附加一顶压机构,利用顶压液压缸9通过顶压机构10对钢管施加轴向顶压力。
图1-4-12 顶压弯管机示意图
1—弯曲型胎;2—主轴;3—导向板;4—钢管;5—芯棒;6—压块;7—压紧块;8—限位挡块;9—顶压液压缸;10—顶压机构
顶压弯管质量与顶紧压力大小和顶压速度有关,顶压力不能太大,太大会增加弯管内侧壁厚,使内弧容易失稳起皱;太小又起不到应有的顶压作用。顶压力必须保持恒定,以保证变形的均匀性。因此施加的压力应视不同的弯管规格、材质和实际生产情况进行调节。顶压速度对弯管质量也有很大影响。试验证明,当顶压速度略大于弯曲速度时,能够保证弯管得到较好的质量。
4.2.1.6 滚弯弯管
用其他弯管方法只能弯制180°及以下的弯管,用滚弯的方法可以弯制超过180°的弯管,甚至可以弯制几圈或几十圈的螺旋弯管(又称为螺旋盘管),该形式的螺旋弯管广泛用于加热炉进行热交换的换热器或其他热交换炉的换热器中。
螺旋弯管一般是由型钢弯曲机弯曲而成,按钢管弯曲成螺旋弯管时的摆放形式,型钢弯曲机分为立式型钢弯曲机和卧式型钢弯曲机,图1-4-13是卧式型钢弯曲机示意图,它是通过驱动轮1、驱动轮2和调整轮的共同挤压作用,使管子弯曲成产品要求曲率半径的螺旋弯管。驱动轮1和驱动轮2为主驱动轮,驱动轮2可以沿平行于支承平台的平面上下移动,以适应不同管径的要求,调整轮为从动轮,可以沿着设定的平行于支承平台的轨迹进行平面移动和垂直于支承平台方向移动,以适应不同曲率半径和螺旋弯管螺距的要求。驱动轮1、驱动轮2和调整轮为同一直径的半圆槽轮,不同管径的螺旋弯管采用不同直径的槽轮。三个轮子以支承平台为支承进行弯曲。
图1-4-13 卧式型钢弯曲机示意图
当更换不同截面结构和尺寸的驱动轮1、驱动轮2和调整轮后,型钢弯曲机可以弯曲不同尺寸的钢管、工字钢、槽钢、方钢等截面轴对称的不同结构的型钢。
依据产品的结构形状,规定检测轮的运行路线,采用闭环负反馈控制线路,连续反馈检测轮的位置信号至伺服液压阀,然后通过伺服液压阀的正反向定位开启来断续驱动伺服液压缸精确位移移动,这样伺服液压缸带动调整轮,并控制、调节调整轮的相对位置,达到按检测轮提供的路线及时调节、改变盘管的弯曲直径;用同一理论方法实现螺旋弯管螺距的检测调节控制,从而最终实现锥形螺旋盘管、半圆形螺旋盘管、柱形螺旋盘管的自动控制盘制成形。
4.2.2 大口径冷弯弯管
随着国内、国外石油天然气工业的飞速发展,大口径管道工程建设周期的加快,施工领域的不断扩大,对施工装备的要求越来越高。大口径冷弯管机作为长输管道建设工程中重要的机械设备之一,主要用于管道建设中大口径冷弯管的现场制作,见图1-4-14,属于现场施工大型专用设备。
大口径冷弯管作为大口径长输油气管线必不可少的主要构件之一,和其他弯管一样用来改变管道中流体的流动方向及管线的走向,由于其曲率半径较大,适用于需要改变管道方向的开阔地带。由于大口径冷弯管口径大、强度高,采取在野外现场施工的地方冷弯,其弯曲弯矩很大,因此需要使用专用的大型冷弯管机来弯制,如图1-4-14所示。由于该冷弯管机大都在管道施工现场进行弯制工作,可根据现场的变化随时生产,不仅减少了弯管的运输成本、缩短了运转周期、加快了管道的施工建设,而且可以跟随管道的施工进行转移,这是其他工厂制弯管机无法比拟的。
图1-4-14 大口径冷弯管机施工现场
国内现有的大口径冷弯管机是随着管道的飞速发展而研制开发的,目前广泛用于国内大口径输油、输气管道的建设,其技术性能达到了国际先进水平,并完全替代进口产品,可满足在-30℃的严寒环境中进行正常作业。
国内大口径冷弯管机型号主要参照华北石油工程建设有限公司的产品编制,按照弯制钢管直径划分如下。
CYW-762型垂直液压弯管机(弯管范围ф324~762mm)。
CYW-914型垂直液压弯管机(弯管范围ф559~914mm)。
CYW-1016型垂直液压弯管机(弯管范围ф711~1016mm)。
CYW-1219型垂直液压弯管机(弯管范围ф813~1219mm)。
CYW-1422型垂直液压弯管机(弯管范围ф1168~1422mm)。
CYW-1422(加强)型垂直液压弯管机(弯管范围ф1168~1422mm)。
大口径冷弯管主要采用长输管道用管线钢管作为原材料,分防腐钢管和不防腐钢管(即光管),钢管的规格及弯制尺寸见表1-4-6。
按照弯管设计要求ф508mm以上钢管弯制冷弯管时,需要增加使用内胎芯,大口径冷弯管的最小弯制曲率半径见表1-4-2,具体弯制尺寸见表1-4-6。
表1-4-6 弯制尺寸
(1)大口径冷弯管机弯管特点 可以根据现场变化的不同地形、不同位置的需要,弯制出各种不同角度的弯管。
现场弯制大口径冷弯管,解决了工厂制弯管长途运输费用和周转工期长的问题,为现场施工带来了方便。
对于较高钢级弯管,大口径冷弯管用母管采用了干线管作为原材料,避免了热煨弯管需选用专用母管的要求,大大节约了投入成本。
大口径冷弯管由于不存在管口整形、整体热处理、管端坡口、无损检测以及力学试验等工序,大大缩短了生产周期和节约投入成本。
(2)冷弯管弯制的基本原理 大口径冷弯管是利用吊具将钢管从冷弯管机的后端(夹具端)引入下胎,将内胎装入钢管并置于上模具中心位置。内胎胀盘撑出顶住钢管内壁,从而使钢管在弯曲过程中避免变形过量。操作提升液压缸将下胎提升到水平位置,使钢管接触到上模具的最低点,操作斜块液压缸驱动斜块,使钢管外壁接触夹具,用夹具夹紧钢管,使钢管在弯曲过程中不致窜动。弯曲时,操纵主液压缸,在该液压缸的作用下,下胎起升,钢管沿上模具曲线发生塑性弯曲变形,而形成要求形状的弯曲件。
大口径冷弯管制作工艺流程见图1-4-15。
图1-4-15 大口径冷弯管制作工艺流程
4.2.2.1 施工准备
(1)施工场地选择 施工场地宽阔平整,有足够的工作面积,且要求布局合理。在工作区内不允许有高压线等不适合吊装作业的障碍物,作业地面要求平整、坚硬,适合运输设备的进入和装卸。
(2)管堆的制作 根据冷弯管的堆放规则,弯管应堆放在管堆上,管堆用不损害钢管材质和防腐层的材料堆砌而成。不允许放置在石头、砖瓦等硬性物体上。管堆的高度应保证弯管离开地面200mm。
(3)原材料验收 弯制前应对钢(防腐)管进行检查,用于冷弯管弯制的钢管(或防腐管)进入弯管厂后,应由冷弯管制作厂家质量检验部门按批号、规格、外观和技术资料进行检查验收。检查钢管(防腐管)的内外表面是否有油污、凹坑、弯曲、防腐层褶皱、防腐层破损、防腐编号及管号的标识是否清晰或书写错误、结疤、机械损伤等其他有损钢管(或防腐管)质量外观的缺陷,并做好验收记录;对防腐管进行电火花检漏,检漏电压要求:FBE为2.5kV,3PE为25kV,并做好记录;对钢管进行几何尺寸检查;检查来管是否有质量证明书,内容是否齐全,对钢管(或防腐管)型号、规格等进行对照,如无质量证明书、内容不齐全或内容不符,可拒收。
大口径冷弯管宜采用无缝、直缝钢管,不宜采用螺旋焊缝钢管。
大口径冷弯管机可弯制有防腐涂层或没有防腐涂层的钢管,弯制的最大涂层厚度为10mm。
防腐层冷弯管制作应使用外防腐层为三层结构聚乙烯(3PE)和内壁涂层(减阻)的合格钢管。
弯管时,钢管的焊缝位置应置于9点至10点或2点至3点(内弯靠近中性位置)之间,且至少应高于弯管机托管模50mm。具体位置见图1-4-16。
图1-4-16 冷弯管弯曲时钢管焊缝位置
弯管制造前应编制切实可行的质保体系及制造工艺规范。质保体系应明确质量保障的组织机构、审核程序、工艺控制措施、检验手段、检验记录(表格)等,并递交标段监理审核确认;制造工艺规范根据有关标准、规范及业主规定的弯管基本参数制定详细的制造工艺,工艺一经确定,制造厂必须制定相应的工艺保证措施,并保证在整个制造期间工艺不变。制造工艺规范应包括节距长度、曲率半径、每次弯制角度、原材料及弯管检验规程等。
(4)场地准备 严格执行制造工艺规范,弯管机置于水平平面内,且具有可调性。在设备下方垫一层碎石,可以强化地基,还可以调整设备的平整度,然后组装、调试好设备,在弯管施工前应校平,前后左右误差不得大于0.1°。
制作晴雨棚,有利于保护好人和设备;制作安全标语、警示牌,做到现场文明施工。
(5)设备准备 弯制弯管前,应做好以下几项工作。
①调整内胎芯的主要参数(根据钢管壁厚调整胎芯的型号)。
②弯管机性能应能满足弯管工艺参数,具有良好的工作状态、准确的量值显示和安全性。
③配合设备应能满足弯管要求,具有良好的工作状态。
④应根据委托单位的委托单加工。
⑤应对弯管机模具和待加工的钢管内、外进行清理,防止杂物将外防腐层和内减阻涂层划伤。
(6)吊车的选择 冷弯管工程采用的吊车为40t履带吊(见图1-4-17),它具有吨位大、爬杆长、能行走等优点,是一种较理想的吊装设备。
图1-4-17 大口径冷弯管用吊车
4.2.2.2 弯管的制作
(1)防腐管的进入 当用吊带把一半防腐管送入设备后,放下吊带,吊车向前走,取下吊带,把管口扶正装置(即带有弧形钩的吊钩)用吊车吊起,然后吊车向后行走,把剩下的一半送入设备中。在防腐管进入设备的同时,操作手应该认真配合,控制内胎芯在管中行走,保持重心在适当位置(一般在楔块的上方),以便防腐管的顺利进入。
防腐管进入设备后,把绞车(其作用是用于防腐管弯制时提供进给的动力源)伸出,根据需弯制的角度确定伸长余量,利用绞车拉动防腐管到适当的位置,划好第一次煨制点。
(2)扶正钩的安置 用线锥在防腐管前端的上、下管壁划好垂直线,以便于吊钩位置的确定,从而减小冷弯管的平面度误差,该方法至关重要。在弯制每一步时,都要注意它的变化,同时还要注意吊车爬杆在重力变化的情况下产生倾斜而导致的防腐管的偏扭,应尽量控制它的偏差,提高冷弯管的质量。
弯管基准点设定正确与否,直接影响弯管的成败。因此,迅速、正确地设定弯管必需的四个基点是弯管的关键。
(3)第一弯制点的确定 例如,首先选一根ф1016mm×21mm的钢管,钢管长12m。由于开始进管尾端有胎具占长2m,最后2m无法弯曲,因此每12m长的管子能弯曲的有效长度只有8m,按弯管机的要求,钢管的弯曲半径一般不小于30D,根据钢管的实际需要,在弯制前首先要计算出管子的长度和弯曲的角度,计算出每米弯曲的角度,即
式中 R——弯管弯曲半径,m。
(4)内胎芯顶模基准点位置的确定 内胎芯必须准确地定位在顶模下,并在每次弯曲时都保持在此位置,否则,钢管会出现变形或其他破坏,因为在操作过程中胎芯是深入钢管内部的,操作手不能用眼睛看到胎芯。这就要求用一个外部的基准来正确定位胎芯在顶模下的准确位置。胎芯的头部边缘应超出顶模前端300mm。胎芯定位好后,应在胎芯前端系上一细钢丝绳,在弯管机前端12m处予以打桩固定,具体操作如下:用起重设备将内胎吊起放置在下胎上。软管及其附件应朝向冷弯管机的牵引端。用软管快速接头将内胎和冷弯管机液压系统相连,不允许未封闭的部件与软管端连接,以免被脏东西或异物堵塞。内胎必须准确定位在上模具中心位置并在每次弯曲时都保持在此位置。如果不这样做,钢管会出现异常变形或其他破坏。由于在操作过程中内胎始终处于钢管内,操作人员不能直接观察,因此,必须用一个外部的基准来确定内胎在上模具下的准确位置。内胎胀紧装置的中心位置到内胎测量杆的标记位置的长度应比上模具中心到内胎测量杆的标记位置的距离小200mm,这个位置就是内胎与上模具的基准点(内胎定位基准)。当内胎定位基准建立后,继续安装钢管。直到钢管端部超出上模具的长度达到设计要求的直管段长度为止。如直管段为2m,则管子超出上模具2m。当钢管在冷弯管机上安装到位后,启动内胎向夹具端爬行,使内胎中心准确定位。内胎放置位置如图1-4-18所示。
图1-4-18 大口径冷弯管时内胎放置位置
(5)钢管移动弯曲间隔基准点确定 在弯曲过程中,钢管在事先确定的相等间隔下在冷弯管机上向后(夹具端)移动。每次移动一个间隔,在每个间隔都弯曲同样的角度。间隔数值在300mm左右。将间隔的数值用信号笔标在钢管面向操作人员的一侧,以便操作人员能够很容易地看到标识。钢管每移动一个间隔都停下来进行一次弯曲,在下胎的内衬上也应标上间隔基准以便参考。正确的间隔基准值与钢管的型号、壁厚、直径有关。
①钢管水平基准点确定。钢管每次弯曲的角度是根据水平基准与弯曲基准测量的,如果没有水平基准,就不会有测量角度的起点。两个基准都应建立并标在外侧液压缸的计量杆上;小心地向前推动弯曲外胎操纵杆,直到弯曲外胎托着钢管轻轻地接触顶模为止,再放开阀杆,使钢管回到原来位置;向前推动栓紧外胎操纵杆,使栓紧外胎向上夹着钢管,再松开操纵杆,保持栓紧外胎的位置不动;测量顶模前端的底边到管顶的距离,然后测量其后端底边到管顶的距离。当弯管机内的钢管处于水平时,标在刻度杆上。这个标志是刻度杆上的两个基准标志之一。另外一个标志用来测量每次推进(弯曲)的角度。
②钢管弯曲基准的设定。使钢管升到水平位置,向前推动弯曲外胎操纵杆直到水平基准标志在向导圈上面稍微露出一点,松开操纵杆使弯曲外胎停留在此位置。向前推动栓紧外胎操纵杆直到栓紧外胎紧紧地拴住钢管,松开操纵杆。钢管找平后,微量弯曲钢管,一点一点增加到所要求弯曲的量达到要求为止(不超过0.5°);从第一个标志位置开始对钢管进行后续的弯曲,直到达到所要求的角度为止(不超过12.5°)。
(6)确定钢管定位基准 这个基准是弯曲启动点,即从这一点开始测量钢管弯曲角度。
①向后拉下胎操纵杆直到下胎托着钢管轻轻接触上模具为止。
②向后拉斜块操纵杆使斜块带动夹具升起至其与钢管下部轻轻接触为止。
③向前推动夹具操纵杆使夹具夹紧钢管,并保持夹具的位置不动。
④测量上模具前端的底边到管顶的距离,然后测量其后端底边到管顶的距离。对比这两个测量结果,第一个测量尺寸应比上模具后端的尺寸大一个相应的值(这个值与钢管的规格有关)。这样可使钢管在上模具的中前部开始弯曲。如果后端的尺寸较大,可轻微提升夹具并降低一点下胎,重新测量其距离,直到钢管水平位置符合要求为止。在相应斜块伸出位置上做出标记。
(7)确定钢管弯曲基准 这个基准是每一次钢管弯曲的角度,即每一次弯管作业时形成相同的角度。钢管在首次被弯曲前用机械式角度测量仪测量钢管实际位置角度,并以这个数值为相对零基准开始计算以后每一次弯曲时形成的弯管角度。
把机械式角度测量仪放到已建立的钢管水平基准上测量,将测量游臂指到“0”,然后把水泡调到中心。
每次弯曲结束后用机械式角度测量仪测量钢管的弯曲角度。在钢管的后端,机械式角度测量仪每次都置于相同的位置,但偏离中心的水泡必须通过游臂重心对中。机械式角度测量仪水泡置于中心时的角度就是所弯钢管的角度。
如果需要弯曲更大的角度,则重复以上步骤,直到机械式角度测量仪所示的角度达到所要求的为止,并标示出主液压缸活塞杆升起的高度。
(8)钢管的弯制 将冷弯管机顶部卷扬机的钩子勾到钢管管端上以便钢管能向后移动。
将下胎和斜块及夹具松开,用顶部卷扬机移动钢管直到第三个间隔标志与基准线平齐。
重新将内胎定位到上模具中心位置下。
推动内胎胀紧操纵杆将内胎胀紧。内胎最大压力不能超过系统压力10MPa。
通过下胎操纵杆操纵下胎升起弯曲钢管,直到弯曲标志与基准吻合。降低下胎、斜块,松开内胎,然后,用机械式角度测量仪比较弯曲基准测其角度。
(9)弯管吊卸 当冷弯管达到了所需的要求后,需把冷弯管从设备中吊出,具体步骤如下。
①释放所有工作压力(内胎芯压力、楔块压力、底座液压缸压力)。
②按下绞车控制手柄,使冷弯管向前行走,同时上抬内胎芯行走控制手柄,使得内胎芯在管中倒行,控制液压管与地面保持静止,减小液压管的磨损,同时降低工人的劳动强度。
③当冷弯管的末端达到模具的末端时,退出内胎芯,按下楔块控制手柄,使楔块抬起,把冷弯管托起,摘下弧形吊钩,换上吊带,在冷弯管中部起吊,步骤与进管时相反。
④把冷弯管放到管架上后,换用吊管钩调到成品堆放区,以备待检。
冷弯管的吊装和摆放:在吊装冷弯管时,一定要使管钩在同一条母线上,否则,在吊装过程中,管钩会相对打滑,容易损坏管口坡口。在冷弯管运输过程中,必须保护防腐层、母材不受伤害,需要在运输设备上放置管堆,且不许与硬物体接触,一般采用草袋子装上软土后摆放好。装车时,应小心轻放。成品冷弯管只能进行单层堆放。
(10)弯管质量检验和标识
①外观检测。采用目测法检查外观质量:防腐层平滑,无暗泡、麻点、皱折、裂纹;采用电火花检漏仪进行针孔检测,无漏点为合格;冷弯管的外观和主要尺寸应该无裂纹、机械损伤,弯管椭圆度小于2.0%,弯曲角度误差在±0.2°。应将冷弯管放平后检查冷弯管的平面度,其平面度误差不大于8mm,冷弯管褶折深度不超过3mm。
冷弯管椭圆度的测量:中部椭圆度不超过0.02D,端部椭圆度应不超过0.006D。如图1-4-19所示,椭圆度值等于水平直径减垂直直径,弯曲段表面内弧侧起波高度一般不大于3mm,最大起波高度不大于5mm,波峰、波谷间距应大于300mm。
图1-4-19 大口径冷弯管椭圆度的测量
冷弯管角度的测量:采用角度仪,前后测量时保证角度仪朝同一方向放置,可以减小测量误差,-0.5°≤角度偏差≤0.5°。
检测工具:电子角度仪,内径千分尺,厚度仪,直角尺,线锥,检漏仪。
冷弯管检漏:采用电火花检漏仪,检漏电压根据防腐层的类型而定。检漏的冷弯管须接地良好,否则会造成静电伤人。
冷弯管管端平面度的测量:把冷弯管小心地放置在水平台上,测量该管的平面度,弯管平面度必须不超过25mm;冷弯管管端垂直度不大于2.5mm。
内减阻涂层的检查:采用目测方法检查冷弯管内涂层,符合《管道内壁减阻覆盖层补充技术条件》中的有关标准为合格。
表面质量检查:由弯管造成的对管子防腐层的损伤,必须按《钢质管道三层结构聚乙烯防腐层标准》的有关规定进行修补。弯管内外表面应光滑,无有损强度及外观的缺欠,如结疤、划痕、重皮等缺欠。
②冷弯管标识。成套标志应用模版喷刷法喷刷在每一根弯管端部的内或外表面上。标志内容应包括:委托单位代号、管径、壁厚、曲率半径、弯曲角度、对应桩号及距离、制作单位代号和弯管编号。
(11)大口径冷弯管机的维护 每周清洁空气过滤器一次,在风沙大的地区,每天清洁一次。每工作250h或每消耗8500L燃料后,更换发动机机油和过滤器。每250h,检查电池(并清洁触点)。每周给管子导辊上油脂。每周给所有液压缸轴承上油脂。每周给定位轴承和定位杆上油脂。每周用加油泵给定位座上摇杆轴臂轴承上油脂。每天检查曲柄轴箱、液压油、液压回路,检查是否有漏油处。
(12)影响产品质量的因素和保证产品质量的方法 钢管椭圆度超差是由于在一处过多压缩造成的,如果可能,可将钢管移出,确认钢管被放到弯制模具中的中间,离上一弯管处300mm,同时,在弯制前,要验证钢管是否按规范制造。钢管起皱高度超差可能是由过度用力或不正确的弯制步骤造成的。如果弯制步骤正确,钢管还是起皱超差,应按步骤检查前次弯制过程是否有误,造成起皱的其他原因:有凹痕;钢管壁厚不均;管材硬度有变化;管壁有波纹。在弯制过程中,模具摩擦钢管表面,表明模具没有完全和定位座及刚性基座对齐,要确保定位座和刚性基座与弯管模具对齐。钢管涂层沾到模具和定位座上的,检查涂层厚度。如果涂层厚度没有问题,则应在清晨进行弯管作业,避免涂层变软。同时也可以使用一些润滑剂,如肥皂植物油等,通常情况下,普通涂层没有问题。如果弯管部分磨损过度,应做下列检查:刚性基座,模具和定位座上有尖锐边;弯制时,是否将钢管与弯管机对齐;管壁硬度有变化;管壁上有波纹。弯管时,吊管机或吊车未能将钢管与弯管机对齐,钢管在弯管机上发生了偏转。弯制过程中,如果楔块向后打滑,说明楔块与主架之间的润滑油过多,应去除楔块与主架之间的油脂,清洁后再洒点滑石粉或石膏粉。各润滑部位做到定期润滑。弯管机的钢管导轮设置太高会在弯曲过程中损坏或破坏钢管。弯管机的钢管导轮设置太低会使钢管在弯管机上移动非常困难,有可能损伤钢管表面,应将其调到合适的高度。
4.3 热煨弯管
热煨弯管按加热方式分为火焰加热和感应加热,火焰加热是利用乙炔气+氧气或天然气+氧气混合,通过多个喷枪喷射火焰在钢管的径向位置加热,达到温度后在弯矩作用下进行弯曲,然后在冷却水的冷却下进行冷却定形。由于火焰加热的温度不易控制,加热温度不均匀,加热时间长,能源利用效率低,弯管的力学性能不稳定,弯管成形后的外形尺寸差而被逐渐淘汰。感应加热技术具有加热迅速、加热温度均匀且容易控制、使用能源环保且效率高等优点,被广泛应用在管道、冶金、热处理等行业。
目前,火焰加热方式仅适用于铜、铝等导磁性极差的有色金属热加工时的加热,对于导磁性好的磁性金属(碳钢、合金钢、铸铁等)加热已全部被感应加热所取代。
(1)感应加热弯曲的基本原理 早在19世纪人们就发现了电磁感应现象,知道导体在交变的磁场作用中会产生感应电流,而引起发热。但长期以来人们视这种发热为损耗,并为了保护电气设备和提高效率而尽力减少这种现象的发生。直到19世纪末期,人们才开始利用这种发热进行有目的的加热,如熔炼、热处理和各种热压力加工的透热等。
如图1-4-20所示,将高频线圈绕在金属周围,并通上交流电流i1,在交变磁场的作用下,金属导体和变压器次级线圈一样,会产生感应电动势E和感应电流i2。
图1-4-20 感应加热基本原理
感应电流i2使金属导体发热,其发热量为
R=ρL/S
式中 i2——感应电流,A;
R——被加热金属导体在该温度下的电阻,Ω;
ρ——金属导体的电阻率,Ω·m;
L——金属导体的长度,m;
S——金属导体的横截面积,m2;
T——加热时间,s。
中频感应加热弯管就是利用感应电流i2所产生的热量给钢管管壁进行加热,即首先把曲率半径和弯曲角度按要求调整好,然后用中频感应加热线圈套在被加工钢管的周围进行中频感应加热,其加热的宽度按照金属锻压基本原理定为被加工钢管壁厚的1~2倍,使被加工钢管的加热部分达到塑性变形,然后喷冷却水冷却定形。尾座夹持着钢管以一定的速度推动钢管前进,钢管就会连续被加热、冷却定形,管体就可以弯曲成预定要求弯曲半径和角度的弯管。
(2)感应热煨弯管的特点 从表1-4-3中知道:大部分的成形方式局限性很大,对管径、RX、SX有很多要求;而近代工业由于要求大直径管道,对RX的要求为3~7,如用冷弯,则需要庞大的冷弯管机,占地大,造价高,还要昂贵的模具,而且冷弯曲成形要求塑性变形率不得超过3.0%。热弯曲成形是一种加热、弯曲及冷却连续进行的弯管过程。热弯曲成形分为火焰加热成形和感应加热成形,两者的不同之处在于加热方式不同,火焰加热,被加热的钢管温度不均匀,加热带宽、温度无法控制;感应加热除感应机组耗电量大,初期投资大外,因不需要模具,弯曲半径可调整,弯管机结构比较简单,功率消耗较小,加热速度快,热效率在45%~65%,弯管表面产生氧化皮少,弯管外形美观,椭圆度低于5%,减薄率(R/D≥3)在12.5%以下,适应性强,可根据管径、壁厚、材质选择最佳的工艺参数和弯管规范,从根本上能保证钢管在使用中的各项性能,而广泛适用于煨制单个、小批、大批、非标准(不同管径、壁厚、弯曲半径、角度)的弯管。感应加热成形根据弯管的受力形式,可分为拉弯成形和推弯成形。其特点见表1-4-7。
表1-4-7 感应热煨弯管的成形形式及特点
4.3.1 弯管形状的成形极限
图1-4-21是钢管能够弯曲加工的曲线,在标准弯曲加工范围内进行弯曲加工,生产的弯管能够符合标准的要求,在特殊专用线内加工时,不仅对所需的弯管设备、线圈和工装增加额外的要求(如增加反推力和正推力、控制椭圆、壁厚的工装等),而且对材料也提出更多的要求(如直径、壁厚等)。因此该曲线不仅反映了设备的加工能力,而且也反映了热煨弯管的最大成形能力,超出曲线以外的区域是很难用热煨弯管的方法进行加工的。曲线以内的区域就是热煨弯管的成形极限范围。
图1-4-21 弯管弯曲加工曲线
D—钢管外径;T—钢管壁厚;R—弯曲半径
制定感应弯管加工工艺时应考虑的参数包括:加热温度、推进速度、冷却方式及冷却速度、热处理温度及保温时间(需要时)等。
(1)加热温度 在弯曲加工时,中频感应加热所能达到的温度,必须满足被加工钢管在塑性变形范围内的温度,即达到Ac3线以上的单一奥氏体区,其具体温度值取决于钢管的材质、化学成分及壁厚,其一般取值范围如表1-4-8所示。
表1-4-8 各种材质钢的感应加热温度范围
注:表中的温度下限为钢管内表面温度,上限是钢管外表面温度。
(2)推进速度 在弯曲加工过程中,推进速度不仅受弯管设备推进功率、中频输出功率、中频输出频率的限制,同时也受弯管直径、壁厚、曲率半径和成形质量等的影响,确定钢管的推进(送料)速度不但要考虑生产效率,而且要注意原材料钢管加热速度、内壁和外壁加热温度的差异及冷却速率的差异等。送料速度慢,生产效率低,可能出现“过烧”现象;送料速度快,生产效率高,但透热效果差,会出现里生外熟的“半冷弯”现象。确定送料速度时必须注意表面硬度,因为表面硬度随着推进速度的增加而升高,如图1-4-22所示。送料速度一般控制在0.3~2.0mm/s范围内。
图1-4-22 送料速度对免回火型弯管硬度的影响(X70,609.6mm×12.7mm×5mm 0.05%C,1.6%Mn,Mo-Nb,Ceq=0.39%)
(3)冷却方式与冷却速度 冷却的目的就是便于成形以及保证热煨弯管的结构尺寸,并使其加工后的弯管的力学性能满足标准的要求,即加工后的弯管的圆度、壁厚减薄率、起皱高度和角度等公差在允许范围内,同时又不能因为冷却而改变材料的基本性质,这就要根据不同的材质选择适当的冷却方式和冷却速度。一般地说,含碳量在0.3%以上及中低合金钢用空气冷却,含碳量在0.3%以下及不锈钢用水冷却。还可根据不同材质对冷却速度的要求选择喷雾冷却,即介于水冷和空冷之间的冷却方式。具体的冷却速度可参照不同材料的CCT曲线进行选择。表1-4-9是不同冷却方式的大致冷却速度。
表1-4-9 不同冷却方式的冷却速度
当冷却介质的温度和流量为定值时,冷却速度取决于原材料钢管的壁厚和推进速度等。由于不同材料的冷却转变曲线(CCT曲线)不同,因此不同材料对冷却速度的要求差异很大。对于高强度、厚壁钢管在感应加热弯曲时,不仅要求冷却介质大流量和较低温度,还需采用从弯管内壁和外壁同时冷却的方法。
(4)热处理温度及保温时间 热煨后的弯管应按表1-4-10或其他标准(或规范)的要求进行热处理,并按技术要求进行表面硬度检测。
表1-4-10 热煨后弯管的热处理
4.3.2 感应弯管的制造
①感应弯管的制造工艺流程见图1-4-23。
图1-4-23 感应弯管的制造工艺流程
②原材料检验就是对原材料进行各项检测,检测应包括:结构尺寸检测、外观检测、无损检测、力学性能检测等,是为确保原材料能够满足热煨弯管的特殊要求,并为制造工艺的编制提供必要的基础信息。
③按标准的规定,弯管批量生产前应进行首批试验,首批试验应按标准要求生产若干件弯管,按批量检验的标准要求进行尺寸检验、无损检验、水压试验(需要时)等检验,然后随机抽取一件做力学试验(除常规试验项目外还应包括系列冲击、化学成分分析),抽取一件不低于30°的弯管进行爆破性验证试验。当所检项全部合格后,证明该批钢管和热煨工艺适合批量生产,并出具首批检测报告,即可进行批量生产。
④弯管的批量弯制按首批试验的工艺参数进行煨制,煨制时应保持工艺参数的稳定性,特别是加热温度、冷却水温度与流量、推进速度的控制,此外还应根据首批实际测量的角度和弯曲半径进行调整。
⑤煨制后的弯管,其前后直管段管口会出现与弯曲段椭圆度方向相反的反椭圆现象,即水平方向变大、竖直方向变小。反椭圆程度的大小和弯管直管段的长度、相对弯曲半径RX、相对壁厚SX有关,直管段越长、相对弯曲半径越大、相对壁厚越大,椭圆度越小;椭圆度的大小还与夹紧座夹紧弯管处的结构有关。一般来说,同一弯管前口椭圆度大于后口椭圆度。
⑥为了利于弯管与管线钢管对接,标准规定了弯管端口的椭圆度值,采用管端整形机对管端进行整形,以达到标准的要求。
⑦热煨后的弯管应按标准和技术文件的要求进行热处理。
⑧当要求水压试验时,应按标准和技术文件的要求进行水压试验。
⑨管端处理按管道连接形式分为坡口、承插口、螺纹和焊接法兰。DN≥50mm的管道基本全部采用对焊的形式,坡口采用机械加工,坡口结构尺寸按标准要求或技术文件要求加工。
⑩硬度检测、无损检测、尺寸检测、通球试验按标准和技术文件的要求进行。
对于进行了磁粉探伤的管端,当剩磁检测量超过标准要求值时,管端剩磁会直接影响现场管口焊接作业,焊接时造成电弧偏吹、电弧不稳定,管端去剩磁是必不可少的工序。
为防止管端结构在搬运、装卸、运输中受到损坏,管端需用管端保护器保护。
按标准或技术要求在要求位置按要求内容和标记方法进行标记。
4.4 弯管的检测
在弯管生产过程中通常要对弯管进行检测和试验,检测和试验包括:弯管的几何尺寸检测、外观检测、硬度检测、力学性能检测、无损检测、通球试验、水压试验、静水压爆破试验。
4.4.1 几何尺寸检测
成品弯管出厂前应逐件进行尺寸检测,具体检测项目和检测方法按SY/T 5257—2012《油气输送用钢管》第8.8部分进行。
①外观检测应逐件进行。
②弯管表面不得有裂纹、过热、过烧、硬点等现象存在。
③采用局部加热工艺方式生产的弯管允许过渡区存在许可的缩径现象存在。
④弯管表面应光滑,不得有损伤强度及外观的缺欠,如结疤、划痕、重皮、压痕等缺欠。若存在上述缺欠,应进行修磨,修磨处应圆滑过渡,修磨后应对修磨部位进行渗透或磁粉探伤,确认缺欠已完全消除,并采用超声波方法对修磨处部位进行测厚,以满足标准对最小壁厚的要求。
⑤弯管表面不应有明显折皱,内弧侧起皱高度不应大于1.32mm。
⑥弯管管体上深度超过3.15mm的摔坑或焊缝上深度超过1.5mm的摔坑是不可接收的缺陷,不允许采用锤击方法修理凹痕。
4.4.2 力学性能检测
在生产过程中,热煨弯管应组批抽取成品弯管进行力学性能检测。
组批的一般原则:同一炉批号、同一弯制工艺、同一回火工艺生产的同一曲率半径、同一直管段壁厚制成的弯管按标准或技术条件要求件数为一批(当工艺成熟或生产稳定时,可加大批的数量),每批抽取1件弯管试件进行力学性能检测。
试验项目、取样位置和方向按标准要求的规定进行,试验项目至少包括:拉伸性能、导向弯曲(存在焊缝时)、夏比冲击、金相、硬度试验。取样位置至少包括:外弧、内弧、中性层、焊缝(存在焊缝时)。
在弯管上取样时,若采用火焰切割法取样,样坯至试样边沿应留1.5倍壁厚加工裕量。
试样的状态和加工尺寸应按标准要求进行加工;试验方法应按标准规定程序进行。
热处理后的弯管应用便携式硬度计进行表面硬度检测,检测部位包括:弯管外弧、焊缝、内弧,检测时检测部位的表面应见金属光泽,测量部位不得少于3点,其中必须包括起弧点、停弧点,用便携式硬度计在每个部位测量3次,取其平均值作为测量的最终数据。
各项试验应符合标准规定的要求。
4.4.3 静水压爆破试验
为了验证弯管整体承受压力极限的能力,弯管做首批检验时应进行静水压爆破试验,试验用介质为洁净水或其他液压试验用液体,当液压试验压力达到按式(1-4-7)计算压力的105%而未破裂,则认为试验合格。
式中 p——试验弯管最小计算验证试验压力,MPa;
σb——试验弯管的实际抗拉强度(代表试验弯管材料的试样上实测的抗拉强度),MPa;
t——弯管的公称壁厚,mm;
D——弯管的外径,mm。
一般情况下,弯管不要求在工厂进行静水压试验,当技术标准要求时,弯管应进行静水压试验。静水压试验应在热处理后进行,静水压试验的压力p应按式(1-4-8)确定,保压时间不低于10s,检查弯管外表面,以弯管表面无发汗、异响、泄漏为合格。
p=2St/D(1-4-8)
式中 S——环向应力,MPa,等于钢管的最小规定屈服强度的百分比,百分比按技术要求取值;
t——规定的壁厚,mm;
D——规定的外径,mm。
4.4.4 通球试验
为保证长输管道输送流量的要求,管道必须有最小内径要求,一般情况下,弯管不要求在工厂进行通球试验,当技术标准要求时,弯管应进行通球试验,通球试验应在管端保护之前进行。
通球用两板直径不超过弯管内径的97%,两板间距离在1.5的弯管内径左右(具体数值按技术标准),通球用板用铝板或硬度较小的金属,以避免划伤弯管内表面,通球以顺利通过弯管为合格。
4.4.5 无损检测
所有弯管应按技术标准的要求进行无损检测,并出具检测报告。根据弯管的结构特点和技术要求可采用超声波检测、磁粉检测和射线检测等方法。