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【摘要】本文对不锈钢中频弯管工艺的原理、特点进行了简要描述，并结合ASME规范和PFI标准对核级不锈钢弯管的工艺评定过程和过程质量控制进行了简要论述，提出了不锈钢弯管工艺控制和质量控制的重要性。
【关键词】中频弯管；质量控制；不锈钢弯管
0.引言
不锈钢弯管是核电管道预制的重要组成部分。由于弯管在使用中受力状态复杂，弯管过程工艺难度大，影响质量的因素多，弯管质量的好坏将直接影响到核电运行的安全性和可靠性。 中频弯管工艺因其工艺成熟、弯管成形质量好、热源清洁等优点，已广泛应用于不锈钢管的弯制。
1.中频弯管工艺的原理和特点
中频弯管是利用钢管加热后强度降低，塑性增加的特性，将弯曲动力大大降低后进行钢管的弯制。中频弯管选用的设备为中频弯管机，它的结构分为四个部分：加热与冷却装置，主要为中频感应圈和冷却水系统；传动结构，由电动机、变速箱，蜗轮蜗杆传动机构等组成；弯管机构，由导轮架、顶轮架、管子夹持器和纵横向顶管机构等部件组成；操纵系统，由电气控制系统、操纵台、角度控制器等部件组成。其工作原理是在利用中频加热线圈将钢管加热的同时，向前推进装置摇臂牵引钢管转动，冷却装置采用水冷的方法来降低钢管的温度，完成弯管成形。
中频弯管具有以下特点：①采用中频感应圈进行加热，加热均匀，且不产生碳、硫等对不锈钢有害的污染物；②弯管成形质量好，管口圆度、整体平面度和弯曲角度较好，弯曲段内侧光滑，无波浪形褶皱；③弯曲后残余应力小，弯曲角度范围大，适应性强，生产效率高。
2.弯管工艺的评定
为保证弯管的质量达到最优，正式产品生产前，需对不同管径、不同壁厚的钢管进行工艺评定，可参照ASME规范NB-4212成形和弯曲工艺的要求执行。
2.1冲击试验评定
按照NB-4213要求进行关于冲击性能的评定。采用试样进行工艺评定试验，试验材料应与部件中使用的材料具有同样的规格、等级（类别）和热处理制度，并且具有近似的冲击性能。这些试样应经受与部件材料相同的成形或弯曲工艺以及热处理制度，并进行相应的试验，以确定成形后冲击性能等仍满足规范要求。对于按照NB-2300中免除冲击试验要求的材料，冲击性能要求的成形评定是不必要的，例：奥氏体不锈钢材料。
2.2管壁厚度的评定
按NB-4223.1中的壁厚要求进行评定。对弯曲前后的管壁进行测量，计算减薄率不得低于规范或技术规格书得要求。在弯曲半径不到10倍公称管道尺寸的公称管中所有标准壁厚管和特殊(非标准壁厚)管弯曲，弯曲后其壁厚应通过超声波方式在各切点处和弯曲的弧形的中间处进行测量，完成一组三个厚度的测量。对于45度以上的弯曲，应在弧形中间和各切点间的中点处进行附加组的测量，应在弯曲的外弧或根部上进行一组三个测量值：一个在弯曲的平面处，其它两个在距离管道中心60度左右，各自分布在弯曲平面的上下方。测得的厚度最小值应大于技术规格书中规定的弯后最小壁厚。
2.3其它理化试验性能的评定
试样弯曲成形前后的材料化学成份、晶粒度、晶间腐蚀敏感性、抗拉强度等力学性能也应依据相应材料规范要求进行评定，确保弯管过程未对其化学成份和机械性能产生影响。
2.4成形尺寸的评定
按照PFI管道预制标准，对弯管成形后的尺寸：弯曲角度、椭圆度、波浪度、弯曲半径进行评定，应满足PFI ES-24中的公差要求。
3.参数选择
工艺评定获得最佳弯曲效果的同时，工艺参数也即被选定了，这些参数包括弯曲时的加热温度、推进速度和冷却速度。
加热温度：选择的加热温度应高于不锈钢的敏化温度，选择固溶温度进行加热最佳，此温度区间加热可有效避免不锈钢的晶间腐蚀倾向。从强度和韧性均衡的角度考虑，加热温度不易过高，过高可能导致晶粒过于长大，影响材料的力学性能，加热温度随合金元素含量的增加可降低。加热时应快速，速度一般大于20℃/S。
推进速度：确定送料速度不但要考虑生产效率，而且要注意原材料钢管内外侧加热温度的不同，冷却速度和加热速度等。
冷却速度：冷却速度是弯曲工艺的重要参数，冷却速度取决于原材料钢管的壁厚、弯曲半径和送料速度等，由于冷却过程也要经历敏化温度区间，应尽量减少此温度区间的停留时间。另外，选择冷却和加热速度时，还应对弯管过程产生的内应力加以考虑。
以上三个参数合理搭配，才能取得良好的弯管效果。
4.过程控制
过程控制主要包括：参数控制、防污染、防变形。
工艺参数控制：工艺评定时，已获得合理的弯曲工艺参数，执行弯管时应严格按照选定的参数要求执行。
防污染控制：碳钢污染：①弯管机、托架支撑等与不锈钢管接触的部位应使用不锈钢薄片进行隔离，防止碳钢与不锈钢直接接触；②吊装用的吊装带等吊具应为不锈钢专用，不可与碳钢用吊具混用。水污染：弯管过程使用的冷却水应在使用前进行卤素、硫化物等有害物质的检测，确保有害物质含量满足技术文件要求后才可使用。
防变形控制:弯管是在钢管加热到高温时完成的，对于大直径、大壁厚的弯管，应采用适当的托架等对已完成弯曲部位进行支撑，以免成形部位受重力作用下垂，致使弯管平面度超差，特别是连续弯曲的弯管更应注意设置支撑托架。
5.弯管后检查
弯管结束后，应对弯管进行外观和尺寸检查。弯管外观应无表面裂纹、裂痕、褶皱或其它有损质量的现象。弯管的尺寸检查主要包括：壁厚、弯曲角度、弯曲半径、波浪度、平面度、椭圆度等。
对弯管壁厚检查时，应参照工艺评定时的要求进行。
受材料组织和壁厚不均等因素的影响，实际弯管时，弯曲部位易出现波浪现象，对波浪度的测量可参照PFI标准ES-24要求：弯曲后管道的相邻两个最大波峰直径的平均值与该波峰间管道的最小波谷直径的差值不应超过管道名义外径的3%。当波浪度超出公差要求时应采用适当的方式进行修整，并应最终满足标准要求的公差范围。
对于弯曲半径、弯曲角度等尺寸的测量可参照PFI标准ES-24中推荐的公差要求执行。尺寸测量完成后应对数据进行记录。
6.总结
弯管尺寸直接影响到管道的安装质量，合理的弯管工艺和严格的过程控制，是制造合格弯管的保证，加强弯管工艺的改进和质量控制，才能有效的保证核电安全。 [科]
【参考文献】
［１］The American Society of Mechanical Engineers, Rules for Construction of Nuclear Facility Components(Section III Division1-Subsection NB),2001Edition．
［２］Pipe Fabrication Institute,Pipe bending methods Tolerances Process and material requirements(PFI Standard ES-24),2008Edition．
［３］段效坚．管道施工中煨弯的质量控制．科技与生活，2012（6）：119-119．
【关键词】中频弯管；质量控制；不锈钢弯管
0.引言
不锈钢弯管是核电管道预制的重要组成部分。由于弯管在使用中受力状态复杂，弯管过程工艺难度大，影响质量的因素多，弯管质量的好坏将直接影响到核电运行的安全性和可靠性。 中频弯管工艺因其工艺成熟、弯管成形质量好、热源清洁等优点，已广泛应用于不锈钢管的弯制。
1.中频弯管工艺的原理和特点
中频弯管是利用钢管加热后强度降低，塑性增加的特性，将弯曲动力大大降低后进行钢管的弯制。中频弯管选用的设备为中频弯管机，它的结构分为四个部分：加热与冷却装置，主要为中频感应圈和冷却水系统；传动结构，由电动机、变速箱，蜗轮蜗杆传动机构等组成；弯管机构，由导轮架、顶轮架、管子夹持器和纵横向顶管机构等部件组成；操纵系统，由电气控制系统、操纵台、角度控制器等部件组成。其工作原理是在利用中频加热线圈将钢管加热的同时，向前推进装置摇臂牵引钢管转动，冷却装置采用水冷的方法来降低钢管的温度，完成弯管成形。
中频弯管具有以下特点：①采用中频感应圈进行加热，加热均匀，且不产生碳、硫等对不锈钢有害的污染物；②弯管成形质量好，管口圆度、整体平面度和弯曲角度较好，弯曲段内侧光滑，无波浪形褶皱；③弯曲后残余应力小，弯曲角度范围大，适应性强，生产效率高。
2.弯管工艺的评定
为保证弯管的质量达到最优，正式产品生产前，需对不同管径、不同壁厚的钢管进行工艺评定，可参照ASME规范NB-4212成形和弯曲工艺的要求执行。
2.1冲击试验评定
按照NB-4213要求进行关于冲击性能的评定。采用试样进行工艺评定试验，试验材料应与部件中使用的材料具有同样的规格、等级（类别）和热处理制度，并且具有近似的冲击性能。这些试样应经受与部件材料相同的成形或弯曲工艺以及热处理制度，并进行相应的试验，以确定成形后冲击性能等仍满足规范要求。对于按照NB-2300中免除冲击试验要求的材料，冲击性能要求的成形评定是不必要的，例：奥氏体不锈钢材料。
2.2管壁厚度的评定
按NB-4223.1中的壁厚要求进行评定。对弯曲前后的管壁进行测量，计算减薄率不得低于规范或技术规格书得要求。在弯曲半径不到10倍公称管道尺寸的公称管中所有标准壁厚管和特殊(非标准壁厚)管弯曲，弯曲后其壁厚应通过超声波方式在各切点处和弯曲的弧形的中间处进行测量，完成一组三个厚度的测量。对于45度以上的弯曲，应在弧形中间和各切点间的中点处进行附加组的测量，应在弯曲的外弧或根部上进行一组三个测量值：一个在弯曲的平面处，其它两个在距离管道中心60度左右，各自分布在弯曲平面的上下方。测得的厚度最小值应大于技术规格书中规定的弯后最小壁厚。
2.3其它理化试验性能的评定
试样弯曲成形前后的材料化学成份、晶粒度、晶间腐蚀敏感性、抗拉强度等力学性能也应依据相应材料规范要求进行评定，确保弯管过程未对其化学成份和机械性能产生影响。
2.4成形尺寸的评定
按照PFI管道预制标准，对弯管成形后的尺寸：弯曲角度、椭圆度、波浪度、弯曲半径进行评定，应满足PFI ES-24中的公差要求。
3.参数选择
工艺评定获得最佳弯曲效果的同时，工艺参数也即被选定了，这些参数包括弯曲时的加热温度、推进速度和冷却速度。
加热温度：选择的加热温度应高于不锈钢的敏化温度，选择固溶温度进行加热最佳，此温度区间加热可有效避免不锈钢的晶间腐蚀倾向。从强度和韧性均衡的角度考虑，加热温度不易过高，过高可能导致晶粒过于长大，影响材料的力学性能，加热温度随合金元素含量的增加可降低。加热时应快速，速度一般大于20℃/S。
推进速度：确定送料速度不但要考虑生产效率，而且要注意原材料钢管内外侧加热温度的不同，冷却速度和加热速度等。
冷却速度：冷却速度是弯曲工艺的重要参数，冷却速度取决于原材料钢管的壁厚、弯曲半径和送料速度等，由于冷却过程也要经历敏化温度区间，应尽量减少此温度区间的停留时间。另外，选择冷却和加热速度时，还应对弯管过程产生的内应力加以考虑。
以上三个参数合理搭配，才能取得良好的弯管效果。
4.过程控制
过程控制主要包括：参数控制、防污染、防变形。
工艺参数控制：工艺评定时，已获得合理的弯曲工艺参数，执行弯管时应严格按照选定的参数要求执行。
防污染控制：碳钢污染：①弯管机、托架支撑等与不锈钢管接触的部位应使用不锈钢薄片进行隔离，防止碳钢与不锈钢直接接触；②吊装用的吊装带等吊具应为不锈钢专用，不可与碳钢用吊具混用。水污染：弯管过程使用的冷却水应在使用前进行卤素、硫化物等有害物质的检测，确保有害物质含量满足技术文件要求后才可使用。
防变形控制:弯管是在钢管加热到高温时完成的，对于大直径、大壁厚的弯管，应采用适当的托架等对已完成弯曲部位进行支撑，以免成形部位受重力作用下垂，致使弯管平面度超差，特别是连续弯曲的弯管更应注意设置支撑托架。
5.弯管后检查
弯管结束后，应对弯管进行外观和尺寸检查。弯管外观应无表面裂纹、裂痕、褶皱或其它有损质量的现象。弯管的尺寸检查主要包括：壁厚、弯曲角度、弯曲半径、波浪度、平面度、椭圆度等。
对弯管壁厚检查时，应参照工艺评定时的要求进行。
受材料组织和壁厚不均等因素的影响，实际弯管时，弯曲部位易出现波浪现象，对波浪度的测量可参照PFI标准ES-24要求：弯曲后管道的相邻两个最大波峰直径的平均值与该波峰间管道的最小波谷直径的差值不应超过管道名义外径的3%。当波浪度超出公差要求时应采用适当的方式进行修整，并应最终满足标准要求的公差范围。
对于弯曲半径、弯曲角度等尺寸的测量可参照PFI标准ES-24中推荐的公差要求执行。尺寸测量完成后应对数据进行记录。
6.总结
弯管尺寸直接影响到管道的安装质量，合理的弯管工艺和严格的过程控制，是制造合格弯管的保证，加强弯管工艺的改进和质量控制，才能有效的保证核电安全。 [科]
【参考文献】
［１］The American Society of Mechanical Engineers, Rules for Construction of Nuclear Facility Components(Section III Division1-Subsection NB),2001Edition．
［２］Pipe Fabrication Institute,Pipe bending methods Tolerances Process and material requirements(PFI Standard ES-24),2008Edition．
［３］段效坚．管道施工中煨弯的质量控制．科技与生活，2012（6）：119-119．