中频弯管的缺陷和控制

摘要：文章介绍了核电站使用中频弯管的弯制工艺，以及如何确定弯制工艺的过程，并列举了中频弯管的常见缺陷，和应对这些缺陷的解决措施，并从制造和检验等方面，概述中频弯管制造过程中的特殊要求，需提交完整的成形工艺评定报告，针对核2级以上弯管的无损检验要求。

关键词： 中频弯管 缺陷 控制

1 引言

目前中频弯管已广泛用于电力、石油、化工、航海、核电站等工程领域的管道预制中。整个弯管过程完全机械化并可做到自动化。既能保证质量又节约了大量人力、燃料和时间。

所谓中频弯管，是指弯管机内，钢管以一定速度通过感应线圈，在中频电流作用下钢管快速局部加热到完全塑性状态，经过弯曲后又喷入冷却介质，使其快速冷却，以保持弯曲后的形状直到弯管终止。由于中频弯管是一个个微段逐步弯制的，所以外观质量很好，椭圆度、壁厚和减薄率都能满足规范要求。同时，通过加工工艺的控制和保障，弯制后的材料性能不低于弯制前的直管。

国内核电站工艺系统管道安装过程中，公称直径≥DN150的弯管一般采用中频弯管，公称直径

2 弯制过程

弯前准备：检查直管内外表面是否有油污和缺陷，准备好松紧夹头、感应圈螺母的工具，导通感应圈喷孔的通针；准备好红外测温仪，检查垫块，检查主机、辅机、水泵等，将夹具准确放在所要求的弯曲半径处，并考虑回弹因素，检查四周，不得有任何障碍物。

弯制：用中频电源加热弯制，喷水冷却，控制弯制温度和推进速度，将管道壁厚较厚侧作为外侧，放在受拉位置，先开冷却水系再开电源，加热温度达到要求时，开始推管，并使加热温度、功率升降、推速增减与温度三者实现最佳匹配。

停机：先停中频电源、推制机，退回后推板。当被加热部分完全冷却后，再停冷却水，最后停其他附属系统，并做好原始记录。

推制完成后进行标识移植，并根据订货要求，加工管端坡口。

中频弯管机要求加热管段在弯后快速冷却，冷却介质的选择至关重要，如果冷却速度过快，内外壁温差应力增大，钢材组织转变也要引起体检变化，而体积变化产生的应力与温差应力叠加会形成淬火裂纹。冷却介质通常用水、强迫风冷加水雾。

按规范要求，碳素钢管壁厚不大于25mm时，允许用水作冷却介质，合金钢管则采用强制风冷。

3 弯制工艺确认

考虑管道力学分析的抗震或热胀等因素影响，管道壁厚的选择不能超过一定的限值，防止管道支撑载荷过大；冷却介质的选择和冷却温度的控制，及热处理工艺的不同，则影响成品中频弯管的力学性能，为保证整个管系的安全可靠，应选择最佳的推进速度，加热温度；中频弯管经过去应力热处理后，会产生不同程度的角度回弹，回弹角度过大会导致弯管角度超过规定的允许偏差。

综合以上的影响因素，管道开始批量弯制前，必须选择几种有代表性的规格进行试弯，确定主要工艺参数：加热温度，推进速度，冷却速度等， 使壁厚减薄量和回弹角度都符合规范要求，形成合理工艺过程，制作标准工艺卡，并通过配套的质量保证程序，保证弯制工艺合理可行。

4 弯管常见的缺陷

从工艺分析可知，常见的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、圆弧内侧起皱及弯曲回弹等。随着弯管半径的不同，前四种缺陷产生的方式及部位有所不同，而且不一定同时发生，而弯曲工件的弹性回弹却是不可避免的。弯管缺陷的存在对弯制管件的质量会产生很大的负面影响。管壁厚度变薄，必然降低管件承受内压的能力，影响其使用性能；弯曲管材断面形状的畸变，一方面可能引起横断面积减小，从而增大流体流动的阻力，另一方面也影响管件在结构中的功能效果；管材内壁起皱不但会削弱管子强度，而且容易造成流动介质速度不均，产生涡流和弯曲部位积聚污垢，影响弯制管件的正常使用；回弹现象必然使管材的弯曲角度大于预定角度，从而降低弯曲工艺精度。因此，应在弯制之前采取对应措施防止上述缺陷的产生，以获得理想的管件，保证产品的各项性能指标和外观质量。

5 解决措施

在通常情况下，对于前面提到的几种常见缺陷，可以有针对性地采取下列措施：

5.1. 对于圆弧外侧变扁严重的管件，在进行无芯弯管时可将压紧模设计成有反变形槽的结构形式：在进行有芯弯管时，应选择合适的芯棒（必要时可采用由多节段芯棒组装而成的柔性芯棒），正确安装之，并在安装模具时保证各部件的管槽轴线在同一水平面上。

5.2.小半径弯管时圆弧外侧减薄是由弯曲的工艺特点决定，不可避免。为了避免减薄量过大，常用的有效方法是使用侧面带有助推装置或尾部带有顶推装置的弯管机，通过助推或顶推来抵消管子弯制时的部分阻力，改善管子横剖面上的应力分布状态，使中性层外移，从而达到减少管子外侧管壁减薄量的目的。

5.3.圆弧外侧弯裂的情况，首先应保证管材具有良好的热处理状态，然后检查压紧模的压力是否过大，并调整使其压力适当，最后应保证芯棒与管壁之间有良好的，以减少弯管阻力及管子内壁与芯棒的摩擦力。

5.4.内侧起皱，应根据起皱位置采取对应措施。若是前切点起皱，应向前调整芯棒位置，以达到弯管时对管子的合理支撑：若是后切点起皱，应加装防皱块，使防皱块安装位置正确，并将压模力调整至适当；若圆弧内侧全是皱纹，则说明所使用的芯棒直径过小，使得芯棒与管壁之间的间隙过大，或者就是压模力过小，不能使管子在弯曲过程中很好地与弯管模及防皱块贴合。因此，应更换芯棒，并调整压紧模使压模力适当。

5.5.回弹现象，主要采用补偿法和校正法来加以控制。补偿法是通过综合分析弯曲回弹的影响因素，根据弯曲时的各种条件和回弹趋势，预先估算回弹量的大小，在设计制造模具时，修正凸、凹模工作部分尺寸和几何形状，实现“过正”弯曲。校正法是在模具结构上采取措施，使校正力集中在弯角处，改变应力状态，力图消除弹性变形，克服回弹。如拉弯工艺，在弯曲的同时施加拉力，使整个断面都处于拉应力的作用下，卸载时弹性回复与变形方向一致，可明显减小回弹量。

6 减薄量的测定

影响减薄量值的因素主要决定于管径与弯曲半径R的大小，R与管径的比值越大，减薄量越小，反过来弯曲半径与管径的比值越小，减薄量越大。所以，在弯管设计以及工艺审查中必须考虑控制弯管半径R≥2DN，否则减薄量会超过规定标准值。中频弯制时，弯头外侧的减薄量控制远较其他弯曲工艺好。

7 制造和检验

7.1 制造

中频弯管用于反应堆厂房安全壳喷淋系统和其他安全相关系统时，弯曲角度多为特殊值，一般根据现场焊点设置的需要，带有长度不定的直管段，特别对于中频弯管与另一根中频弯管（设计中应尽量避免）、贯穿件或设备管嘴直接焊接时，必须严格保证直管段长度为正偏差，使现场安装有一定的调整余量，否则现场安装可能无法调整对接，如果增加直管段作为补偿，则又会增加焊接及检验成本，以及后续有在役检查要求的核级管道焊缝数量。

中频弯管直管段长度的测量必须方法正确，否则测量误差过大影响。

7.2 检验

核电站设计使用的中频弯管一般要求厂家在批量生产以前，选取有代表性的规格试弯，并做出成形工艺评定，提交报告（包括力学性能、尺寸数据、超声检查等）经审查批准后，再进行批量生产。对于核2级以上中频弯管，要求针对焊接坡口及弯管最大拉伸侧两边各45°的带状弧面进行液体渗透检验，检验要求按ASME相关规范执行，以保证弯管的安全性。

参考文献：

[1] 方英鹤.中频弯管特性及弯管壁厚计算[J]。吉林电力技术，1988.

[2] 杨明洲 方家厚.中频弯管技术的应用[J]。锻压技术，1988.

[3] ASME锅炉与压力容器委员会核动力分委员会. ASME III核设施部件建造规则[S].上海：上海科学技术文献出版社，2004.