田灣核電站二期核島系統(tǒng)不銹鋼管道制造工藝

趙 龍

（江蘇核電有限公司設(shè)備管理處，江蘇連云港 222042）

0 引言

核島系統(tǒng)不銹鋼管道的制造流程可分為原材料生產(chǎn)、管件制造和管組焊接等3 個(gè)階段，主要工序有壓力加工（包括校形）、機(jī)加工、熱處理、理化試驗(yàn)、焊接、母材和焊縫的無(wú)損檢測(cè)、水壓試驗(yàn)、表面處理等。

1 原材料生產(chǎn)階段

原材料有無(wú)縫鋼管、縱縫鋼管、鍛件等。不銹鋼無(wú)縫鋼管按《優(yōu)質(zhì)表面耐腐蝕無(wú)縫鋼管技術(shù)條件》（卮氐14-3P-197—2001）進(jìn)行采購(gòu)。該技術(shù)條件對(duì)無(wú)縫鋼管的要求十分嚴(yán)格，是俄羅斯核電領(lǐng)域無(wú)縫鋼管的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

按照該技術(shù)條件，無(wú)縫鋼管有熱變形和冷變形兩種生產(chǎn)工藝。

（1）熱變形是指熱軋工藝，主要包括穿孔、軋管和熱精整等3 個(gè)變形過(guò)程。

（2）冷變形主要包括冷軋和冷拔兩種工藝，在生產(chǎn)薄壁鋼管方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，壁厚小于5 mm 的鋼管只能通過(guò)冷變形進(jìn)行生產(chǎn)。

一些系統(tǒng)要求管道具有很大的直徑，無(wú)縫鋼管不能滿足要求，此時(shí)宜采用縱縫焊管。核島系統(tǒng)不銹鋼縱縫焊管滿足《用于核電廠和熱電廠的直縫焊管技術(shù)條件》（卮氐95.349—2000）的要求，由鋼板卷制后焊接而成，只用于低壓管道（2.2 MPa），適合于外徑要求較大而運(yùn)行參數(shù)較低的系統(tǒng)。

縱縫焊管采用熱軋、經(jīng)過(guò)熱處理和超聲波探傷的板材制造，表面經(jīng)過(guò)酸洗鈍化。根據(jù)外徑和管子長(zhǎng)度，縱向焊縫數(shù)量可為1或2 條，無(wú)論焊接接頭的等級(jí)如何，一律對(duì)焊縫進(jìn)行100%射線檢查。不銹鋼鍛件主要采用圓鋼作為原材料按照《奧氏體不銹鋼殼體坯件技術(shù)條件》（OCT 108.109.01-92）的要求生產(chǎn)，以熱處理狀態(tài)供貨，主要用于制造高壓三通和法蘭等。

2 管件制造階段

2.1 制造方法

2.1.1 彎頭（包括彎管，下同）

根據(jù)《核動(dòng)力裝置的設(shè)備和管道設(shè)置及安全運(yùn)行規(guī)則》（乇丿亍乜丐-7-008-89），彎頭可以按彎曲半徑分為：普通彎頭，R3.5DH；急彎頭，DHR3.5DH，其中，R 為彎曲半徑，DH為鋼管名義外徑，不允許使用RDH的彎頭。普通彎頭可通過(guò)熱變形或冷變形加工，急彎頭只能通過(guò)熱變形加工。

對(duì)于給定規(guī)格的鋼管，確定彎頭的幾何形狀需要2 個(gè)要素：彎曲半徑和彎曲角度。

（1）冷彎。使用彎管機(jī)在常溫下完成，操作簡(jiǎn)便，冷彎管變形阻力大，質(zhì)量控制難度大，不宜用于生產(chǎn)大尺寸管件，白城工廠僅對(duì)名義外徑38 mm 的彎管采用冷彎工藝。

（2）高頻感應(yīng)熱彎。高頻感應(yīng)熱彎工藝的應(yīng)用范圍非常廣泛，尤其在生產(chǎn)厚壁急彎頭時(shí)，相較其他工藝優(yōu)勢(shì)明顯。核島系統(tǒng)不銹鋼系統(tǒng)管道中的絕大多數(shù)彎管和少量急彎頭都采用了這種工藝。

這種工藝中，感應(yīng)器線圈接通高頻電流，利用電磁感應(yīng)原理和集膚效應(yīng)，將局部管壁加熱到1150左右，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向管坯一端施加推力，管坯另一端由搖臂的夾頭夾緊，搖臂在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)推力作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)半徑根據(jù)彎管的彎曲半徑設(shè)定，由此實(shí)現(xiàn)管坯的彎曲。同時(shí)，冷卻系統(tǒng)對(duì)通過(guò)感應(yīng)線圈的管壁迅速進(jìn)行冷卻。

彎曲半徑可通過(guò)夾頭的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)控制搖臂的旋轉(zhuǎn)便可控制彎管的彎曲角度。高頻感應(yīng)熱彎工藝中，彎管溫度、推進(jìn)速度以及冷卻速度是重要控制要素。

（3）熱推制。推制是生產(chǎn)急彎頭的重要方式，生產(chǎn)效率高，表面質(zhì)量好。核島系統(tǒng)不銹鋼管道中絕大部分急彎頭是通過(guò)推制工藝生產(chǎn)的。

這種工藝中，套在芯模上管坯在軸向推力作用下緩慢向前移動(dòng)，通過(guò)加熱環(huán)時(shí)迅速升溫至10001100，然后在芯頭部分實(shí)現(xiàn)擴(kuò)徑和彎曲，最終獲得與芯模規(guī)格相對(duì)應(yīng)的成品彎頭。

芯模是決定彎頭質(zhì)量的關(guān)鍵，它包括過(guò)渡段、擴(kuò)徑彎曲段、定形段。采用何種芯模不僅與彎頭的尺寸規(guī)格有關(guān)，也與彎頭的角度有關(guān)。

推制彎頭的壁厚非常均勻，這是因?yàn)樵谕浦七^(guò)程中，管坯內(nèi)弧段金屬在芯頭擴(kuò)張作用下沿兩側(cè)管壁向外弧段流動(dòng)，不僅防止了內(nèi)弧段因劇烈彎曲造成的金屬堆積，還彌補(bǔ)了外弧段的減薄。因此，推制過(guò)程中，管坯內(nèi)弧段加熱溫度要略高于外弧段。不難發(fā)現(xiàn)，推制過(guò)程中，管坯彎曲的同時(shí)還經(jīng)受了徑向擴(kuò)張，所以管坯的外徑小于成品彎頭。芯模的設(shè)計(jì)、加熱溫度的分布和推制速度是決定彎頭質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

（4）熱沖壓。沖壓是最早用于批量生產(chǎn)無(wú)縫彎頭的工藝，有冷沖壓和熱沖壓兩種方式。核島系統(tǒng)不銹鋼管道中的沖壓彎頭均采用熱沖壓。

與推制工藝相比，沖壓成形的彎頭外觀質(zhì)量不如前者，但很適用于小批量生產(chǎn)，而且成本更低，并可以壓制壁厚相對(duì)前者更厚的彎頭。

（5）扇形件焊接式彎頭。核島系統(tǒng)不銹鋼管道中，扇形件焊接彎頭用于大口徑低壓管道，最小規(guī)格為377 mm6 mm。受無(wú)縫鋼管規(guī)格的限制，需采用縱縫焊管作為原材料。這種彎頭上的環(huán)焊縫一律進(jìn)行100%無(wú)損檢查，并全部進(jìn)行水壓試驗(yàn)，僅用于低壓管道系統(tǒng)（2.2 MPa）。

2.1.2 大小頭

大小頭有沖壓大小頭、車削大小頭、焊接式大小頭等3 類。大小頭的沖壓工藝有縮徑、擴(kuò)徑、縮徑+擴(kuò)徑以及板料拉伸等4種情形。

核島系統(tǒng)不銹鋼管道中主要采用冷/熱沖壓大小頭，通過(guò)縮徑法制造，即坯件的規(guī)格與大小頭較大一端保持一致，將坯件整體加熱后，由壓力機(jī)和陽(yáng)模將其緩緩壓入陰模中，金屬沿模腔運(yùn)動(dòng)收縮。

2.1.3 三通

三通分為熱壓三通、車削三通和焊接三通。

（1）熱壓三通是指以管坯為原料通過(guò)沖壓工藝制造的無(wú)縫三通，在拉伸支管的部位開一個(gè)孔，管坯經(jīng)加熱后在模具的作用下“拉出”支管。熱壓三通支管的金屬是由管坯的管壁金屬補(bǔ)償?shù)玫降模虼斯芘鞯谋诤翊笥诔善啡ǖ谋诤瘛?/p>

（2）高壓管道系統(tǒng)中，常采用鍛制車削三通。

（3）焊接三通只用于低壓管道系統(tǒng)，而且不允許用于工作壓力1.57 MPa 和計(jì)算溫度100的管道。一些大型焊接三通需要利用補(bǔ)強(qiáng)圈來(lái)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

2.1.4 節(jié)流裝置

管路中節(jié)流裝置的作用是平衡前后壓差。它在管路中形成局部阻力，使流體發(fā)生能量損耗，降低管路中介質(zhì)的流量和孔板下游介質(zhì)的壓力。

節(jié)流裝置有法蘭式和整體式兩種：法蘭式由兩個(gè)法蘭壓緊孔板，利用橡膠石棉墊圈密封，這種形式便于拆解和更換；整體式由鍛件機(jī)加工而成。節(jié)流孔板的厚度以及節(jié)流孔的數(shù)量和直徑均由設(shè)計(jì)院指定。

2.1.5 流量孔板組件

管道中的流量孔板組件是一種差壓式流量計(jì)的組成部分。流量計(jì)的上下游分別設(shè)置取壓口，通過(guò)差壓變送器測(cè)量孔板上、下游的流體壓差并由此確定出下游的流量。這種測(cè)量方法的物理基礎(chǔ)是能量守衡定律和流動(dòng)連續(xù)性定律。

流量孔板組件由筒節(jié)、孔板、接管組成?？装逵砂宀幕蝈懠瞥桑煌补?jié)由鍛件制成；接管共4 個(gè)，上下游各2 個(gè)。隨著管道規(guī)格的不同，孔板和筒節(jié)都有不同規(guī)格可選，但接管的內(nèi)徑尺寸是固定的。

連接兩個(gè)筒節(jié)和孔板的焊縫無(wú)法進(jìn)行射線檢查，實(shí)踐中先對(duì)該焊縫的根部進(jìn)行超聲波檢查，隨后逐層進(jìn)行目視檢查，最后進(jìn)行表面著色檢查。筒節(jié)與接管之間為承插焊，由于接管制造完成的流量孔板組件，兩對(duì)接管中的一對(duì)要用管帽焊死（備用），流量監(jiān)測(cè)只需一對(duì)接管。

2.2 管件的熱處理要求

不銹鋼管件在各種變形工序后的熱處理主要著眼于恢復(fù)和改善材料的耐晶間腐蝕性能，其次也有消除應(yīng)力、改善力學(xué)性能的作用。對(duì)于熱變形，可以不進(jìn)行熱處理工序，而通過(guò)控制變形的過(guò)程溫度和結(jié)束溫度來(lái)達(dá)到這兩個(gè)目的。

將08X18H10T 管件的熱變形過(guò)程溫度和結(jié)束溫度分別控制在接近1100和850以上，使金屬在形變的同時(shí)經(jīng)受固溶處理且一直避開敏化區(qū)間，從而確保金屬的耐晶間腐蝕性能，同時(shí)也使整個(gè)形變過(guò)程處在再結(jié)晶溫度以上，從而消除應(yīng)力，改善力學(xué)性能。

3 管組焊接階段

管組是指由若干管件焊接在一起形成的裝配體。將盡可能多的焊接工作安排在制造廠進(jìn)行，可以有效降低安裝現(xiàn)場(chǎng)的工作量，但由于受運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)限制，管組的尺寸也不得不受到限制。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管組的尺寸需滿足以下條件。

管道的焊接接頭有對(duì)接接頭和角接接頭兩種，焊接方法采用自動(dòng)埋弧焊、氬弧焊、手工電弧焊和聯(lián)合焊接法，均為單面焊的結(jié)構(gòu)形式。為達(dá)到單面焊雙面成型的效果，采取了諸如內(nèi)部充氬+氬弧焊打底、背面清根+封底焊、增加墊環(huán)、采用盲孔接管等手段，除孔板流量計(jì)的取樣管角焊縫外，其他工廠焊縫都是全焊透的。

所有經(jīng)受熱加工（熱變形和熱處理）的管件，都要對(duì)內(nèi)外表面進(jìn)行噴砂（奧氏體鋼）和噴丸（珠光體鋼）處理，以清除表面氧化皮、污染物和熱變形過(guò)程產(chǎn)生的細(xì)微缺陷，提高管件清潔度和表面質(zhì)量。珠光體鋼管道運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)期間的防腐可以采用以下3 種方法。

（2）管道內(nèi)部放置粉末狀氣相緩蝕劑。

（3）緊固件等小尺寸零件涂抹防腐油脂。