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加工工艺
应用实例
热加工
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
热翻
主要用于翻边短节的制造
热弯
用于弯管的制造
热锻/热冲压
用于承插焊管件和螺纹管件等锻件的制造
冷加工
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
冷卷
冷压
主要用于管帽的制造、焊缝弯头的单片压制
冷弯
用于小口径不锈钢弯管的制造
以下对管件常用的成形工艺予以概略介绍。
1.2.1热推弯头
热推弯头成形工艺是采用专用弯头推制机、芯模和加热装置,使套在模具上的坯料在推制机的推动下向前运动,在运动中被加热、扩径并弯曲成形的过程。
热推弯头成形的示意图见图2。
1-模具2-坯料3-加热装置4-正在成形的弯头
图2热推弯头成形示意图
热推弯头的变形特点是根据金属材料塑性变形前后体积不变的规律确定管坯直径,所采用的管坯直径小于弯头直径,通过芯模控制坯料的变形过程,使内弧处被压缩的金属流动,补偿到因扩径而减薄的其它部位,从而得到壁厚均匀的弯头。
热推弯头成形工艺具有外形美观、壁厚均匀和连续作业,适于大批量生产的特点,因而成为碳钢、合金钢弯头的主要成形方法。
成形过程的加热方式通常为中频或高频感应加热(加热圈可为多圈或单圈),也有用火焰加热和反射炉加热的,采用何种加热方式视成形产品要求和能源情况决定。
1.2.2热压弯头
热压弯头是最早应用于批量生产弯头的成形工艺,目前,在常用规格的弯头生产中已被热推法或其它成形工艺所替代,但在某些规格的弯头中因生产数量少、壁厚过厚或产品有特殊要求时仍在使用。
成形采用等于或大于弯头外径的管坯,使用压力机在模具中直接压制成形。
成形的示意图见图3。
1-上模2-端模3-内芯4-弯头5-下模
图3冲压弯头成形示意图
如图所示,在压制前,将加热好的管坯摆放在下模上,将内芯及端模装入管坯,上模向下运动开始压制,通过外模的约束和内模的支撑作用使弯头成形。
与热推工艺相比,热压成形的外观质量不如前者;
热压弯头在成形时外弧处于拉伸状态,没有其它部位多余的金属进行补偿,所以外弧处的壁厚约减薄10%左右。
但由于适用于单件生产和低成本的特点,故多用于小批量、厚壁弯头的制造。
1.2.3冷推弯头
冷推弯头的成形过程是使用专用的弯头成形机,将管坯放入外模中,上下模合模后,在推杆的推动下,管坯沿内模和外模预留的间隙运动而完成成形过程。
参见图4。
(a)挤压前(b)挤压后
图4冷推弯头成形
1.2.4感应加热弯管
弯管通常采用中频或高频感应加热弯曲的方式成形。
采用专用推制机、夹具和加热装置,使钢管在推制机的推动下向前运动,通过加热、弯曲和冷却的过程完成成形。
弯管的成形见图5。
图5感应加热弯管成形
弯管成形中的外弧因为处于拉伸状态而有所减薄,所以应将管子壁厚较厚的一侧放在外弧处。
1.2.5热压三通
三通热压成形是将大于三通直径的管坯,压扁约至三通直径的尺寸,在拉伸支管的部位开一个孔;
管坯经加热,放入成形模中,并在管坯内装入拉伸支管的冲模;
在压力的作用下管坯被径向压缩,在径向压缩的过程中金属向支管方向流动并在冲模的拉伸下形成支管。
整个过程是通过管坯的径向压缩和支管部位的拉伸过程而成形。
热压三通的成形过程见图6所示。
(a)成形前(b)成形后
图6热压三通成形示意图
由于采用加热后压制三通,材料成形所需要的设备吨位降低。
热压三通对材料的适应性较宽,适用于碳钢、合金钢、不锈钢的材料;
特别是大直径和管壁偏厚的三通,通常采用这种成形工艺。
1.2.6液压胀形三通
三通的液压胀形是通过金属材料的轴向补偿胀出支管的一种成形工艺。
其过程是采用专用液压机,将与三通直径相等的管坯内注入液体,通过液压机的两个水平侧缸同步对中运动挤压管坯,管坯受挤压后体积变小,管坯内的液体随管坯体积变小而压力升高,当达到三通支管胀出所需要的压力时,金属材料在侧缸和管坯内液体压力的双重作用下沿模具内腔流动而胀出支管。
液压三通成形的示意图见图15-9。
(a)胀形开始(b)胀形中(c)胀形结束
图7液压胀形三通成形示意图
三通的液压胀形工艺可一次成形,生产效率较高;
三通的主管及肩部壁厚均有增加。
因无缝三通的液压胀形工艺所需的设备吨位较大,目前国内主要用于小于DN400的标准壁厚三通的制造。
其适用的成形材料为冷作硬化倾向相对较低的低碳钢、不锈钢,包括一些有色金属材料,如铜、铝、钛等。
1.2.7压制异径管
异径管的缩径成形工艺是将与异径管大端直径相等的管坯放入成形模中,通过沿管坯轴向方向的压制,使金属沿模腔运动并收缩成形。
根据异径管变径的大小,分为一次压制成形或多次压制成形。
图8为同心异径管的缩径成形示意图。
图8同心异径管的缩径成形示意图
扩径成形是采用小于异径管大端直径的管坯,用内冲模沿管坯内径扩径成形。
扩径工艺主要解决变径偏大的异径管不易通过缩径成形的情况,有时根据材料和产品成形需要,将扩径与缩径的方法合并使用。
在缩径或扩径变形压制过程中,根据不同材料和变径情况,确定采用冷压或热压。
通常情况下,尽量采用冷压,但对多次变径而引起严重的加工硬化的情况、壁厚偏厚的情况或合金钢的材料宜采用热压。
1.2.8焊缝管件
这里所说的焊缝管件指焊接工序是由管件制造厂完成的带焊缝的管件,不包括采用焊管制造的管件。
a)焊缝弯头
焊缝弯头通常为双焊缝的结构,其焊缝位置为沿内外弧的两条纵向焊缝,见图9(a);
也有采用单焊缝的工艺制造焊缝弯头,其焊缝位置为沿内弧的一条纵向焊缝,见图9(b)。
(a)内外弧两条纵向焊缝(b)内弧一条纵向焊缝
图9焊缝弯头的焊缝位置示意图
焊缝弯头所用材料为钢板,制造带两条纵向焊缝弯头的步骤是,首先在钢板上放样,切割两块同样形状的料片,视材料情况确定直接冷压还是需要加热后热压,然后将料片放入模具中经上下模合模压制,焊缝弯头的一半即压制成形。
同样,另一半也如法压制。
在将压制成形的两半坯料组立焊接之前,需将每个坯料沿内外弧水平方向割除余料,并按焊接工艺要求加工出焊接坡口,最后再组立焊接成形。
b)焊缝三通
焊缝三通的焊缝位置通常为在三通背部的一条纵向焊缝,见图10(a);
或沿三通主管轴向水平对称的两条纵向焊缝,见图10b)。
四通的焊缝位置与图10(b)所示的焊缝位置相同,即为沿主管轴向水平对称的两条纵向焊缝。
(a)背部一条纵向焊缝(b)水平对称的两条纵向焊缝
图10焊缝三通的焊缝位置示意图
c)焊缝异径管
焊缝异径管通常采用钢板在卷板机上卷制成形后再焊接的成形方式。
焊缝位置为沿轴向方向的一条纵向焊缝。
当钢板宽度所限需要增加焊缝时,焊缝的位置宜轴向对称排列。
1.2.9锻制管件
这类管件包括承插焊和螺纹管件、支管座和其它需要锻造成形的管件,如厚壁的锻制三通。
锻制管件见图11。
(a)承插焊管件(b)螺纹管件
(c)支管座(d)缩径管
(e)锻制三通成品(f)锻制三通加工
图11锻制管件
根据管件的不同品种和要求,锻制管件主要采用模锻、自由锻和切削加工成形工艺进行。
锻制管件采用模锻、自由锻和切削加工成形的制造工艺。
a)模锻
对承插焊和螺纹的三通、四通、弯头等小尺寸管件,其外形相对复杂,应采用模锻成形工艺制造。
模锻所使用的坯料应为经过轧制的型材,如棒材、厚壁的管材或板材。
当使用钢锭作为原料时,应预先将钢锭轧成棒材或经锻打后再作为模锻的坯料使用,以消除钢锭中的偏析、疏松等缺陷。
坯料经加热后放入模具中锻压(视情况不同,可能要经过初锻后再进行模锻),压力使金属流动而充满模腔,从而完成全部模锻工作。
b)自由锻
对特殊形状的管件或不宜采用模锻成形的管件可用自由锻工艺制造。
自由锻应锻出管件的大致外形;
如三通,应锻出支管部位。
c)切削加工
对某些外形为筒状的管件可由棒材或厚壁管直接切削加工成形,如双承口管箍、活接头等。
加工时金属材料的纤维流向应与管件轴向大致平行。
1.3其它重要工序
管件制造过程的重要工序还包括热处理、焊接、无损检测和标志等。
1.3.1热处理
针对不同的材料和成形方式采用正确的热处理工艺,可以恢复、改善和提高金属材料的性能。
对同一材料,不同的产品标准中规定的热处理要求可能不同,各制造厂采用的热处理工艺也不尽相同。
采用何种热处理方法的原则应是产品标准中有明确规定的,应按产品标准规定执行;
产品标准中未明确规定的,可参照相关标准或规范中对该材料的热处理规定选择适宜的工艺进行。
为保证热处理的质量,不论采用哪种方式确定热处理工艺,制造厂在制定正式的热处理工艺前,应按拟定的工艺条件和参数进行工艺试验。
所用试样应取自成形的产品或与产品同一成形工艺制备的样件,工艺试验的内容包括硬度、力学性能和金相组织的试验(对不锈钢还应包括晶间腐蚀试验),以验证所拟定的热处理工艺是否满足相关标准对产品性能的要求。
根据成形方法和不同材料,常用的管件热处理工艺有正火、退火、正火加回火、固溶热处理等。
a)正火热处理
与退火相比,因正火的冷却方式为出炉空冷,所需要的时间短,相对效率较高;
因冷却速度较快故材料晶粒较细,会使材料的强度较高,韧性和塑性也较好。
所以,对冷成形或热成形的低碳钢以及碳锰钢材料的管件普遍采用正火热处理工艺。
b) 退火热处理
退火热处理工艺也广泛用于管件的热处理中。
因处理的目的不同,管件的退火常使用消除应力退火、完全退火和再结晶退火。
消除应力退火多用于焊缝管件的焊后热处理,以消除焊接产生的残余应力和焊缝中的氢气,防止管件的变形。
完全退火是用于低碳钢、合金钢管件的一种热处理方法,通过完全退火可消除变形产生的残余应力,并达到消除偏析、细化晶粒、均匀组织,恢复材料的正常性能的目的。
再结晶退火是用于冷成形的低碳钢管件的一种热处理方法,
通过再结晶热处理,使变形的金属晶粒转化成等轴晶粒,并消除冷变形产生的残余应力和加工硬化现象。
c)正火加回火热处理
对成形后的铬-钼合金钢管件通常采用正火加回火的热处理方法。
这类材料的淬硬性较强,正火后存在一定应力,且强度、硬度也偏高,应通过回火改善过高的强度和硬度,提高材料韧性,消除应力,防止管件可能出现的变形、开裂的情况。
d)固溶热处理
对成形后的奥氏体不锈钢应采用固溶热处理方法,常用的冷却方式为水冷。
通过固溶化处理,消除成形过程产生的马氏体和加工应力,使组织为单相奥氏体,以获得较高的塑性和耐腐蚀性。
e)其它
除上述常用的几种热处理方法外,对不同钢种还可采用如等温退火、淬火加回火等其它适宜的热处理工艺,对含有Ti、Nb稳定化元素的奥氏体不锈钢有时还需要在固溶热处理后再进行稳定化热处理。
1.3.2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)。
1.3.3无损检测
无损检测是检验材料和管件加工过程可能出现的缺陷的重要工序。
多数管件产品标准中对于无损检测的要求进行了规定,但要求不尽一致。
除满足产品标准规定和订货要求进行无损检测外,一些对质量控制较为严格的制造厂还根据材料、加工工艺和内部质量控制规定制定无损检测要求,以保证出厂产品的质量。
实际工作中管件无损检测合格等级的判定应根据订货要求或标准的明确规定。
因管件的表面基本上为原管、板或锻件状态,对管件表面质量的无损检测(MT、PT)而言,如无明确等级要求可按Ⅱ级,但不论合格等级如何规定,对于夹层和裂纹这种不易判定深度的缺陷均应视为不合格。
对管件内部质量的无损检测(RT、UT、)而言,如无明确等级要求射线检测应按Ⅱ级(例如焊缝的检测),超声波检测应按Ⅰ级。
为防止热处理过程中产品可能出现的缺陷的情况,管件最终的无损检测应在热处理之后进行。
我国管件制造厂无损检测通常使用的是JB/T4730规范。
从事无损检测工作的人员应按有关规定取得相应资格。
1.3.4标志
标志是产品不可或缺的组成部分,是实现可追溯性要求的依据。
通常,产品标准中对标志内容和方法进行了规定。
管件的标志内容一般包括制造厂商标或名称、材料等级、规格以及订货要求的其它内容。
标志的方法包括永久性标志,如钢印、雕刻、电蚀等;
非永久性标志,如喷印、标签等。
2名词术语
目前,管件的名词术语大部分已经有标准的名称,或有约定俗成的叫法。
与管件采购有关常用的有以下名词术语:
2.1通用的名词术语
对焊管件(BUTTWELDINGFITTING/BW)——指管子与管件以焊接坡口的对接焊缝方式相联接的管件。
承插焊管件(SOCKETWELDINGFITTING/SW)——指管子插入管件的承插口内进行角焊缝焊接的联接方式的管件。
螺纹管件(THREADEDFITTING/THD)——指管子与管件以内螺纹和外螺纹配合旋入方式联接的管件。
混合联接型式的管件——指一个管件的不同端部为不同的联接型式的管件,如管件的一端为对焊型式,而另一端为螺纹型式。
公称尺寸(NOMINALPIPESIZE/NPS)——管道的名义内直径,现已标准化、系列化、通用化的一种经过圆整过的数值,代表管道的规格。
通常国内以DN为公称尺寸的代号。
结构尺寸——指部分管件的中心至端面(如弯头、三通、四通)、端面至端面(如异径管)的尺寸。
2.2对焊管件中的名词术语
弯头(ELBOW)——用于管道转弯处以改变管道方向的管件。
在对焊管件中,按弯头的曲率半径通常分为:
短半径弯头(SR),即弯头的曲率半径约等于管件公称直径,即R≈1D或称1D弯头;
长半径弯头(LR)弯头的曲率半径约等于管件公称直径的1.5倍,即R≈1.5D或称1.5D弯头。
按弯头的角度通常分为45°
弯头、90°
弯头和180°
弯头。
通常所说的弯头其两端部直径是相同的,即等径弯头,有时还用到异径弯头,即弯头两端部的直径不相等。
弯管(BEND)——曲率半径大于和等于管件外径三倍的管件,即R≥3D。
与弯头曲率半径计算依据不同的是,弯管的曲率半径通常按管子外径D计算。
弯管一般两端带有一定长度的直管段,直管段的长度通常由标准规定或设计给定。
三通(TEE)——用于管道分支处的管件。
按其主管与支管尺寸的不同通常分为同径三通(三通的主管与支管直径相等)和异径三通(三通的支管直径小于主管直径)。
通常所说的三通一般指主管与支管为90°
相交的三通。
此外还有y型三通(LATERAL)或称斜三通,即三通的主管与支管的中心线以小于90°
角相交的三通,如45°
三通,y型三通常用于输送有固体颗粒或冲刷腐蚀严重的管道分支处。
此外还有Y型三通(WYE)或称裤型三通,即三通的两个支管的夹角为90°
形状。
四通(CROSS)——用于将管道同时分为四路的管件。
其它说明与三通基本相同。
异径管(REDUCER)或称大小头——用于管道变径的管件。
包括两个品种,同心异径管(CONCENTRICREDUCER/CR),大端的中心线与小端的中心线重合;
偏心异径管(ECCENTRICREDUCER/ER),大端和小端的一个边的外壁在同一直线上。
管帽(CAP)——用于管子终端封闭的管件。
管道常用的为椭圆型管帽。
管帽的公称尺寸一般不大于DN600,大于DN600的通常称为封头。
翻边短节(LAPJOINTSTUBEND)——通常用于在不锈钢材料的管道上与松套法兰配套使用的管件。
翻边短节的一端为焊接坡口型式,与管子焊接相联;
另一端与松套法兰配合使用,以法兰的型式联接。
2.3承插焊和螺纹管件中的名词术语
弯头(ELBOW)——作用与对焊弯头一样。
与对焊弯头相同的是,也有45°
和90°
之分,但不分长半径和短半径。
三通(TEE)——作用与对焊三通一样。
同样,它也有同径和异径之分,也有正三通和45°
斜三通之分。
四通(CROSS)——作用与对焊四通一样。
同样,它也有同径和异径之分。
管帽(CAP)——作用与对焊管帽一样。
但多数为螺纹联接的形式用于排液和放空的终端,用作二次保护。
管箍(COUPLING)——承插焊管箍分为双承口和单承口两种(螺纹称为双接口和单接口)。
双承口管箍又有同径和异径之分,在异径双承口管箍中又有同心和偏心之分;
双承口管箍用于不宜以对焊联接方式进行的管子之间的联接。
单承口管箍(亦称加强管嘴)的作用与三通相似,常用于管道中从大直径的主管开孔一个小直径的支管的分支联接,其一端与主管角焊缝相联,另一端采购用承插焊或螺纹相联。
根据主管尺寸的大小,单承口管箍分为平底型和弧底型两种,通常主管尺寸在DN100以下的用弧底型,大于DN100的主管用平底型,采用弧底型的目的是使它的底部外形与主管外弧相似,保证焊接时得到一个好的焊接质量。
管塞(PLUG/BUSHING)——作用与螺纹管帽相似,是一种带外螺纹的管件,常用的有方头、圆头和六角头三种。
活接头(UNION)——为通常以三个零件并以螺纹方式联接在一起的一种管件,通常有承插焊和螺纹两种型式,常用于与螺纹短节配套使用以实现可拆卸联接的管道。
因在正常的管道中,仅靠其它螺纹管件是无法实现可拆卸的,必须配上活接头才能实现。
螺纹短节(NIPPLE)——用于实现管子与管件或管件与管件之间的联接。
通常有单头螺纹和双头螺纹两种。
2.4其它管件的名词术语
支管座(OUTLET)——与三通的作用相似,常用于大直径的主管分支出小直径的支管的管道分支联接。
其联接型式为支管座的底部与主管焊接相联,支管有对焊、承插焊和螺纹三种联接方式。
缩径管(SWAGED)——作用与异径管相似,用于管道变径联接。
在缩径管的两个端部可有不同的联接型式,两个端部可为对焊、承插焊或螺纹联接的型式,也可以每一端部有不同的联接型式,所以共有9种不同的联接型式。
仪表管嘴——用于管道与管道上安装的仪表的联接。
其一端与管道进行焊接相联,另一端与仪表采用螺纹型式相联。
按仪表的不同,通常分为压力表管嘴(锥管内螺纹Rc)、双金属温度计管嘴(柱螺纹G)和热电偶管嘴(柱螺纹G)三种。
3采购信息
管件是管路附件的一个组成部分,是管道工程中常用的一种零件。
目前大部分管件已经标准化、系列化,所以通常按标准件进行采购。
在管件采购订单中必须规定采购的要求内容是采购方的责任。
因采购要求内容提供不全或不明确可能会导致采购错误,所以采购人员应对采购必须要求的内容作到心中有数,以保证采购产品的质量符合设计和使用要求。
当设计提供的材料表中不能满足采购所要求的内容时,应及时与设计部门的材料工程师沟通。
管件的采购要求通常包括(但不限于)以下内容:
管件名称、规格、材料牌号、结构、标准、数量、附加要求和补充规定等。
现分别介绍如下。
3.1名称
管件的名称应按管件的国家标准或行业标准中规定的名称。
需要说明的是,采购订单应标明正确的名称,不应产生歧意,正确的作法是物资的名称应与标准规定的名称一致。
需要注意的主要有两点,一是应标出全称,如弯头应标明是长半径或是短半径,是90°
还是45°
,否则可能会出现采购错误;
二是名称中不应出现无法理解的名称,如采购单中标注的名称为管接头,这样的话无法理解它是哪种管接头,不知道具体是哪种管件。
3.2规格
管件的订单中必须标明管件的规格,它是管件制造厂报价、备料、生产和检验的重要依据。
管件直径通常直径以公称尺寸DN来表示(英制单位用NPS表示),如DN100;
但有时也有直接用外径尺寸(mm)或内径尺寸(mm)标注的。
壁厚的表示方式有不同的方法,常用的表示方式见表2。
表2管件壁厚的表示方式
管件种类
壁厚表示方式
管子表号
管子重量
接管壁厚
压力等级
对焊管件
SCH10~SCH160、SCH5s~SCH80s
包括STD、XS和XXS三种
mm
如PN
承插焊管件
SCH80、SCH160
XXS
---
3000、6000、9000
螺纹管件
2000、3000、6000、
其它管件
如PN或2000、3000、6000、9000
注:
SCH5s~SCH80s仅用于不锈钢管件。
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- 关 键 词:
- 焊管件 制造 规范