压力管道用金属管件制造及产品性能要求

15.2压力管道用金属管件制造及产品性能要求15.2.1综述金属管件是压力管道的主要配件之一，应用在管道的转弯、分支、变径、对接及封口处。其中，钢制对焊管件在我国已有多年的制造历史，自上世纪50年代吉化生产冲压弯头开始，70年代抚顺石油机械厂采用中频加热扩径推制弯头工艺批量生产弯头，到80年代初期吉林江机建东工业公司采用液压胀形工艺批量生产三通的约30年里，我国钢制对焊管件从单一品种起步，完成了多品种的发展；并在制造工艺上实现了从起步、发展到相对完善的过程。自上世纪80年代中期以来，我国金属管件产量不但可以满足国内工程的需要，还大量出口，目前我国已成为金属管件制造的大国。随着国内管件制造业的发展，管件制造工艺也在不断进步。日前，我国金属管件制造商所采用的制造工艺基本上与国外同行一致，可以说是同步的，部分制造厂在某些方面的工艺水平已达到行业领先的程度。但与国外同行相比，国内管件制造商存在的差距主要有两点，一是先进装备不如国外，而且现有装备的自动化程度较差,加之以零散订单为主的生产方式，生产率偏低；另一点是在工艺、质量及现场管理上的细节上还须完善，比如产品的外观质量等。这也是我国管件制造商今后应努力提高的方向。另外，我国的压力管道用钢材方面与国外工业先进国家尚有差距，一些特殊的材料国内尚无钢厂生产，这也导致了我国管件制造业对特殊材料的管件难以采购材料而无法加工的现象。本节主要介绍相关产品标准中所列的钢制对焊管件(包括无缝管件和焊缝管件)、锻制管件(包括承插焊管件和螺纹管件等)的制造工艺（主要是成形工艺）、影响产品质量的因素、检验、质量控制要求、常用的产品标准规定、型式试验等。不包括非标管件以及有色金属管件、铸造管件、卡套式管接头、扩孔式管接头等其它管件。15.2.2钢制管件的种类及规格(1)钢制管件的种类①无缝和焊缝的对焊管件产品标准中所列的钢制对焊管件的品种包括弯头、三通、四通、异径管（也称大小头）、管帽、弯管、翻边短节、支管座等。常用的弯头按弯曲角度分为45°弯头、90°弯头和180°弯头；按弯曲半径分为长半径弯头（R≈1.5DN，即弯曲半径约为公称通径的1.5倍）和短半径弯头（R≈1.0DN，即弯曲半径约为公称通径的1倍）；其中，90°长半径弯头中还有异径弯头。另外，根据配管走向的需要，还会有特殊角度的弯头，如60°、88°25″的弯头等。三通和四通有等径和异径之分，等径三通和四通的接管端部均为相同的尺寸；异径的三通和四通的主管接管尺寸相同，而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。异径管有同心和偏心之分，同心异径管的大端直径和小端直径为相同的一条轴线；偏心异径管的大端直径和小端直径则为平行的两条轴线，小端直径的一侧与大端直径的外边缘平行。弯管按弯曲角度和弯曲半径定货，一般要求在弯管的两端带有直管段，弯曲半径通常昀小为管子外径的2.5～3倍（R≥2.5D～3D）。钢制对焊管件产品标准涉及到的产品种类见表15-1。表15-1钢制对焊管件的种类品种类别45°长半径等径90°长半径异径90°短半径180°长半径弯头180°短半径等径三通异径等径四通异径同心异径管（大小头）偏心管帽椭圆型长型翻边短节短型支管座弯管常用钢制对焊管件的产品照片见图15-1所示。图15-1常用的钢制对焊管件②锻制管件锻制管件主要包括承插焊管件和螺纹管件；对焊管件或混合连接形式的管件有时也采用锻制工艺制造，如厚壁的小三通、支管座等，同样，混合连接形式的管件有时也可采用钢管制造。a.承插焊管件产品标准中所列的承插焊管件的品种包括45°弯头、90°弯头、三通、四通、45°斜三通、双承口管箍、单承口管箍、管帽、活接头、支管座等。其中，三通和四通有等径和异径之分；双承口管箍同样有等径和异径之分，异径的双承口管箍还有同心和偏心之分。产品标准涉及到的承插焊管件的种类见表15-2。表15-2承插焊管件的种类品种类别45°弯头90°等径三通异径等径45°斜三通异径等径四通异径等径同心双承口管箍异径偏心单承口管箍管帽活接头支管座常用的承插焊管件的产品照片见图15-2所示。图15-2常用的承插焊管件b.螺纹管件产品标准中所列的螺纹管件的品种包括45°弯头、90°弯头、三通、四通、双接口管箍、单接口管箍、管帽、管塞、内外螺纹接头、活接头、支管座等。与承插焊管件相同的是，三通和四通有等径和异径之分；双接口管箍有等径和异径之分，异径的双接口管箍还有同心和偏心之分；管塞分为方头、六角头和圆头三种型式；内外螺纹接头分六角头和无头两种型式。常用的螺纹管件种类见表15-3，产品照片见图15-3。表15-3螺纹管件的种类品种类别45°弯头90°等径三通异径等径四通异径同心双接口偏心管箍单接口方头六角头管塞圆头管帽六角头内外螺纹接头无头活接头支管座图15-3常用的螺纹管件混合连接形式的管件混合连接形式的管件包括锻制管件中的接管形式为承插焊和螺纹混合的三通、四通、弯头、管箍，以及承插焊、螺纹和对焊支管座，还有对焊、承插焊和螺纹的连接形式中任意一种或两种方式连接的缩径管等。此类管件的特点是可按接管要求加工成不同的连接形式，以满足配管设计的要求。其中，缩径管的变径范围大于异径管，也有等径和异径之分。支管座和缩径管的产品照片见图15-4所示。（a）支管座（b）缩径管图15-4支管座和缩径管(2)钢制管件的规格管件的规格主要包括直径和接管壁厚（或等级）。管件的直径通常用公称尺寸（或称公称通径，米制单位的符号为DN，后接以毫米表示的数值）表示，它是为了引用方便经过圆整的数值，是管道直径通用的标记。除了公称尺寸外，也有用管件外径或内径直接以毫米单位表示的。在使用一些国外标准时，会遇到以英制单位表示的产品的公称尺寸（符号NPS，后接以英寸表示的数值）。需要说明的是，不同标准之间或同一标准之内，虽然公称尺寸相同，但可能外径尺寸是不同的。有的相差很小，如GB/T12459中DN80的外径尺寸，Ⅰ系列为88.9mm，Ⅱ系列为89mm；有的相差较大，如GB/T12459中DN600的外径尺寸，Ⅰ系列为610mm，Ⅱ系列为630mm。表示管件的接管壁厚的方式较多，常用的有管表号（schedulenumber，缩写为SCH，后接数值）、标准壁厚（STD）、加厚壁厚（XS）、特加厚壁厚（XXS）、公称压力（PN）等，也有将接管壁厚直接用毫米表示的。对于承插焊管件和螺纹管件也有用压力等级代号2000、3000、6000、9000表示的，同时相关标准给出了各等级与管子壁厚的关系。目前，常用的管件产品标准中，列出的公称尺寸范围在DN6-DN2000之间。15.2.3钢制管件制造的工艺技术(1)制造技术简介钢制管件制造涉及的主要是压力加工技术，此外还有焊接、热处理、切削、无损检测、表面处理等。管件的压力加工过程也是管件的成形过程，主要依据金属材料的塑性变形特性完成。其过程大致可分为热加工和冷加工两种方式，在这两种方式中又可分为不同的压力加工工艺。管件压力加工常用的工艺方法及应用实例见表15.4。管件压力加工常用的工艺方法及应用实例压力加工方式压力加工工艺应用实例扩径热推主要用于碳钢、合金钢弯头的制造热压主要用于DN300以上的三通制造、厚壁弯头的制造、管帽的制造以及焊缝弯头的单片压制缩径或扩径热压用于异径管的制造热卷主要用于厚壁焊缝异径管的制造热翻主要用于翻边短节的制造热弯用于弯管的制造热加工热锻/热冲压用于承插焊管件和螺纹管件等的锻件的制造冷推主要用于不锈钢弯头的制造液压胀形用于DN400以下三通的制造缩径或扩径冷压用于异径管的制造冷卷用于异径管的制造冷压主要用于管帽的制造、焊缝弯头的单片压制冷加工冷弯用于小口径不锈钢弯管的制造某一种材料的管件所采用的压力加工工艺，视其材料特性、装备情况、制造技术和制造成本综合考虑。例如，常用规格的碳钢弯头通常采用扩径热推工艺，低碳钢材料（常用的牌号有20、A106B）在加热至一定温度后仍具有一定的钢性和良好的韧性，在扩径弯曲的变形过程中不易产生缺陷，具有很高的成品率；采用的设备为专用的弯头推制机，已有工厂专门生产这种设备；热推弯头的制造技术在我国已有30余年的历史，制造设备已相对完善，加热方法不断改进，芯棒的制造水平也得到很大提高；碳钢弯头采用热推制造工艺可以连续生产，适应该产品批量大的特点，而且可以免除后续的热处理工序，降低了能耗和成本。而对于厚壁不锈钢弯头来说，如用热推工艺制造，因其材料的热强度高，故对芯棒材质的要求很高，通常用的感应装置也很难达到成形所需要的温度，且这种产品的订货数量较少，故多采用热压工艺制造。反映行业技术水平高低的制造工艺应是不断进步的，有长远规划考虑的制造商需要投入一定的资源进行技术研发，进而提高制造水平、降低生产成本，扩大市场占有份额，促进行业技术进步。(2)工艺流程简介下料成形（焊接）热处理表面处理标志表面防护无损检测切削加工图15-5钢制管件制造的主要工艺流程图所示（流程图中带底纹的文字为视需要而采用的工序），按先后工序予以简要说明。①下料管件所用材料主要为管子、板材和棒材，根据材料特性和产品所用坯料的形状选择下料方法。坯料的形状、尺寸和其它要求根据不同产品的工艺规定进行。对于管子，常用的下料方法有带锯床或弓锯床切割、气割、等离子切割。对于板材，常用的下料方法有气割、等离子切割、冲床冲切。对于棒材，常用的下料方法有带锯床或弓锯床切割、冲剪切割。②成形（焊接）对所有管件的制造工艺来说，成形是其不可缺少的工序。因不同产品的成形工艺不尽相同，需要的篇幅较长，将在第15.2.4节中另外予以描述。这里，对部分成形工序中所包括的加热及焊接作一概略介绍。a..加热对采用热成形方法制造管件而言，为满足成形工艺中对材料变形的要求，成形时需要对坯料进行加热。加热温度通常视材料和工艺需要确定。热推弯头或热弯弯管成形时，通常采用中频或高频感应加热的方法，也有采用火焰加热的方法。这种加热方式是与弯头或弯管成形过程同步进行的连续加热，管坯在运动中被加热并完成成形过程。热压弯头、热压三通或锻件成形时，通常采用反射炉加热的方法、火焰加热的方法、感应加热的方法或电炉加热的方法等。这种加热是先行将管坯加热到所需要的温度，再放入模具中压制或锻制成形。b.焊接带焊缝的管件包括两种情况，一种是用焊管制造的管件，对管件制造厂来说，采用焊管的成形工艺与采用无缝管的成形工艺基本相同，管件成形过程不包括焊接工序；另一种是由管件制造厂完成管件成形所需要的焊接工序，如单片压制后再进行组装焊接成形的弯头、用钢板卷筒后焊接成管坯再进行压制的三通等。管件的焊接方法常用的有手工电弧焊、气体保护焊以及自动焊等。制造厂应编制焊接工艺规程用以指导焊接工作，并应按相应规范要求进行焊接工艺评定，以验证焊接工艺规程的正确性和评定焊工的施焊能力。从事管件焊接作业的焊工应通过质量技术监督部门的考试并取得相应资质证书方可从事相关钢种的焊接工作（根据一些行业的规定，用于一些行业的焊接管件要取得行业规定的焊工考试和焊接工艺评定，如船用管件的焊接要取得相应船级社的焊工考试和焊接工艺评定）。③热处理热处理工序是管件制造的重要组成部分。通过加热、保温及冷却的热处理步骤，消除成形过程产生的加工硬化、残余应力、金属变形缺陷等，使成形后管件的金属组织、性能发生变化，恢复到变形加工前的状态或使其性能得到改善和提高。常用的热处理装备为反射炉、电炉等；通常的控制方式为炉内的热电偶通过传感器连接到温度-时间自动记录仪的控制装置上进行。不同的管件产品标准中对热处理的规定不尽相同。并非所有经过变形的管件均要进行热处理，通常，对于低碳钢材料的管件其昀终成形温度不低于723℃（再结晶温度）时，可不用进行热处理，因在此温度条件下其昀终的组织状态基本上是正火状态，低于这一温度或高于980℃时应进行热处理；合金钢或不锈钢材料的管件不论采用冷成形或热成形，均应进行热处理。对热处理的常规检验一般通过硬度试验完成。④表面