对焊管件制造规范

1钢制对焊管件制造规范在装置或管道系统中钢制管件的采购是材料或配件采购的一项重要内容。相对于其它配件，管件的特点是品种繁杂、规格零乱，材质不同，标准较多。所以一个合格的管件采购人员应掌握管件采购所必须的基础知识，不断提高业务素质，以保证采购工作顺利完成。下面的讨论按制造工艺、名词术语和采购信息共三部分内容进行，对于有关的材料、标准、规格等有关内容的介绍包括在第三部分的内容之中。其它如制造厂的能力和资质、价格趋势等内容不在讨论之列，这些内容应在考查中了解，以及平时的信息积累。不当之处，请大家指教。1制造工艺采购人员应基本了解管件制造工艺的大致情况。管件制造涉及的主要是压力加工工艺，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1。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。1.1制造工艺流程2管件制造的主要工艺流程见图1。图1钢制管件制造的主要工艺流程图1.2成形工艺对所有管件的制造工艺来说，成形是其不可缺少的工序。不同产品的成形工艺不尽相同，管件的成形通常采用冲压、挤压、弯曲、扩径、缩径、胀形、锻造、焊接、切削加工等工序完成。根据不同管件的成形需要，采用其中一种、两种或两种以上成形工序进行。表1管件压力加工常用的工艺方法及应用实例加工方式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。标志表面防护无损检测切削加工下料表面处理热处理成形/焊接312341-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。532141-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4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。51.2.5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6一些有色金属材料，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）。VVV（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7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。VVV（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8（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9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