DN50及以下工艺小管道冷弯工艺质量控制措施
引言
选题背景
核电站建设工艺复杂，安全性要求高，只有全面做好各种控制，才能建设优质项目工程。弯管主要是通过管道形状的改变，实现管道安装走向的变动。弯管在伸缩性、耐压性、阻力小等方面都具有良好的应用优势，同时采用弯管以减少焊口施工，能降低检验费用和时间，据统计，机组DN50及以下弯管数量达3万根，因此弯管在电站中被广泛使用。
选题目的
由于核电站工艺系统必须安全稳定的运行，但弯管由管子通过弯制形变后产生，管道在形变后可能会出现几何尺寸、椭圆度、壁厚缩减率和机械性能无法满足设计文件、标准规范的要求，通过分析某电站项目弯管施工过程中曾出现的典型问题，制定质量控制措施，为后续其他项目的小管弯管施工提供经验支持。
冷管工艺简介
冷弯工艺流程
- 先决条件检查
- 冷弯准备
- 冷弯弯制
- 冷弯检验
冷弯流程简述
先决条件检查
- 从事弯管施工的人员应经过资格授权，从事弯管检查的人员应取得QC资格授权，从事无损检测的人员应取得相应资格证书。
- 冷弯弯制所用成形设备及检验设备经检验合格、工作性能良好，冷弯弯制所用施工机具经过校验，标定合格并在有效期内，弯管机和冷弯所需的工机具（包括弯管机、胎模、滚轮、芯棒等）的加工能力应与需冷弯的管道相匹配，冷弯所用的工具必须洁净、光滑完整，不允许存在可能引起管子内外表面损伤的物质，对于不锈钢管的冷弯，为防止对不锈钢管的污染，碳钢制品工具必须衬以不锈钢材料或镀铬以防污染；若使用润滑剂，润滑剂中硫的最大允许含量为200ppm，氯化物和氟化物总和的最大允许含量为200ppm。
- 用于冷弯加工的管道原材料应具有产品合格证，钢管表面质量、外形尺寸应符合设计要求并验收合格。
- 施工前图纸、变更、质量计划等文件应全部为有效文件。同时弯管施工所需的工艺评定已合格关闭。
冷弯准备
- 根据图纸要求，选用合适的弯管外胎和芯棒（如需要），使胎具与待弯管道的直径和弯曲半径相匹配。
- 宜选用正偏差的管子避免弯后壁厚缩减率超出标准允许范围。
冷弯弯制
- 按照弯管机点动、单动顺序检查弯管机的运行是否正常。
- 将所需的胎具和附件装到弯管机上。
- 将所要弯曲的管子卡到模具中，插入芯棒（如需要）。
- 按照操作顺序进行弯管，直到达到所需要的弯曲角度。
- 取出芯棒（如需要），松开夹具，取下管子，如果管子被模具卡住，可用木锤轻击管子外伸的一端，使其松动。
冷弯检验
依据RCC-M 2007标准弯制后的钢管需经过：目视检查、外观尺寸检查和液体渗透检验（如需要），检查项目及检查方法如下：
(1) 目视检查
对整个弯管进行目视检查。弯管表面外观良好，不允许有毛刺、皱纹、裂痕、折叠和撕裂缺陷存在。
(2) 外观尺寸检查
波浪率检查 冷弯管道的波浪率（波高h与外径OD之比）不应大于3%，且波距A与波高h之比应大于12，如下图一： 图一：弯管波浪率示意
其中：波高 h 是指弯管内两相邻波峰峰顶（或褶皱峰顶）处弯管外径的平均值与该两波峰之间波谷谷底处弯管外径的差值；波距 A 是指弯管内弧面相邻波峰峰顶（或褶皱峰顶）之间的最短距离。 圆度偏差的测量 弯管后最大偏差： ，如下图二： 图二：圆度测量示意
注：Dmax：弯曲后的最大直径； Dmin：弯曲后的最小直径； DN：管子的公称直径。 厚度减薄量的测量 用超声波测厚仪测量管道壁厚，弯曲后的壁厚在任何情况下的减薄量不应超过下列值： 10%，适用于大于或等于5D的弯曲半径； （50D/R）%，适用于小于5D的弯曲半径。 其中D是管子的外径，R是管子中心线的弯曲半径，具体如下图三： 图三：减薄量测量示意
弯管角度的测量 使用角度尺，在管道中位线处进行测量，弯曲角度偏差不应超过±0.5°，具体如下图四： 图四：角度测量示意
弯曲半径的测量 对于使用模具弯制的弯管，可对模具进行试弯验收，如试弯的弯制件弯曲半径验收合格，在弯曲设备和模具不变更的情况下认定产品弯管弯曲半径满足要求，施工中可不要求该项检查； 对于活塞式弯管机顶弯操作则需进行弯曲半径检查。在弯管弯曲起点和终点处分别划线，相交于点O，与弯管弯曲起点处的切线垂直于点A，与弯管弯曲终点处的切线垂直于点B，以O为起点与弧AB之间的直线段长度即为弯曲半径，具体如下图五： 图五：弯曲半径测量示意
(3) 液体渗透检验（如需要）
对于弯管产品，同一弯管工艺评定覆盖下的前5个弯管，在弯制前应对成形区域进行液体渗透检测，此外，当目视检查有疑问或有特殊要求时进行。
某电站项目弯管不合格典型案例
弯管工艺评定理化试验不合格
某电站项目弯管工艺评定按照RCC-M 2007标准开展的工艺评定，在工艺评定期间曾出现理化试验不合格的情况，不合格原因为：室温拉伸试样的延伸率不满足母材的室温拉伸允许的下限值要求，经过分析产生上述问题的主要为以下两点：
(1) 进行弯管工艺评定的母材，原始延伸率已接近标准允许的下线值，在进行弯管工艺评定时，由于拱背处受到拉伸，母材经历了塑性变形，原子结构发生重排，晶粒发生滑移和迁移，导致试样的延伸率再次降低；
(2) 前期弯管机弯曲速率快，较快的拉伸速度意味着施加在材料上的应变速率更高，使得材料没有足够的时间来发生可逆的塑性变形和晶体滑移。相反，材料倾向于更多地表现为弹性变形，而不是塑性变形，这会导致拉伸延伸率的降低。
后续在进行弯管工艺评定时，首先选择机械性能更加优良的母材开展工艺评定，同时调整弯管机的弯曲速率，使工艺评定件均匀的产生塑性变形，降低延伸率的变化，另外在开展室温拉伸试验时，选择合适的拉力对评定件进行试验也是重要的因素之一。
弯管回弹导致角度检查不合格
弯管回弹是一种普遍存在的问题，指的是在完成弯曲后，材料会有一定程度的恢复原状或发生细微变形。在RCC-M 2007中要求弯管角度的允许偏差为±0.5°，而弯后回弹由于不可避免，这导致在弯前材料有效的控制措施是必须的。通过模拟试验，收集不同材料的回弹性能，在弯前进行过弯，以避免弯后回弹造成角度不满足偏差要求。另外弯管回弹受模具的影响较大，合适的模具设计可以减小回弹的程度。考虑到材料的弹性和弯曲角度，选择合适的模具半径和模具形状，使得弯管在回弹阶段能够恢复到所需的形状。另外弯管回弹是一个复杂的问题，受到多个因素的影响。因此，在实际生产中，需要结合具体的材料、工艺和设备等因素，综合考虑和调整相关参数，不断优化和改进质量控制措施，以有效控制弯管回弹，提高产品的质量和一致性。
弯管模具及芯棒磨损导致成形后的弯管几何尺寸不合格
冷弯模具和芯棒对弯管质量有着重要的影响，它们直接参与到弯管形成的过程中。冷弯模具是用于塑性变形材料弯曲成特定形状的工具。它的设计和制造质量直接影响到弯管的形状、尺寸和表面质量。良好的冷弯模具应具有合适的几何形状和尺寸，以确保弯管能够按照设计要求进行变形，并且保持稳定的圆度和椭圆度。模具的表面光滑度也会影响到弯管的表面质量。芯棒是用于在弯管过程中提供内部支撑的工具。它的作用是防止管材在弯曲过程中发生坍塌或挤压变形。芯棒的直径和圆度对弯管的内径和圆度有直接影响。如果芯棒不合适，可能会导致弯管的内径不规则或变形。此外，芯棒在弯管过程中的稳定性也会影响到弯管的质量。因此，在冷弯过程中，选择适当的冷弯模具和芯棒非常重要。合理的模具设计和制造质量可以确保弯管形状和尺寸的准确性，而合适的芯棒可以提供必要的内部支撑，防止管材变形。同时，还需要注意模具和芯棒的维护和保养，及时更换损坏或磨损严重的模具和芯棒，以保证弯管质量的稳定性和一致性。
某电站项目弯管质量控制措施
弯管工艺的质量控制是确保弯管产品符合标准规范及图纸要求的关键环节，主要控制点包含：原材料选择、弯管设备的日常维护保养、弯曲过程尺寸监测及调整、弯后尺寸的检查。
原材料选择
根据RCC-M 2007标准中的要求，弯制后的材料力学性能应与原材料验收的准则一致，为避免弯制后管道无法达到标准规范和设计要求采取如下质量控制手段：
- 检查管道材料和尺寸：在进行弯管施工前，首先要检查管道的材料和尺寸是否符合设计要求。确保管道材料的质量良好，并测量管道的直径、壁厚等尺寸参数，尽可能选择使用正偏差的管子，避免弯曲后壁厚减薄不满足原材料最小壁厚要求。
- 检查待弯原材料的表面质量，由于管子的制造过程中，使用的一些生产工艺或设备，如轧制、折弯、模压等，这些工艺会在管子表面形成规则的纹路。另外当前管子在出厂前厂家为增加管子的表面附着力或改善耐腐蚀性能，会对管子进行表面处理，如酸洗、喷砂等，这些处理过程也可能会在管子表面形成规则的纹路。在弯前应避免使用有压痕的管子，预防弯后目视检查时因压痕判定不合格的情况。
- 尽可能选择力学性能优异的管子开展弯管工艺，减少出现弯管工艺评定不合格的情况。
弯管设备的日常维护保养
弯管设备能否有效稳定的运行，是直接影响弯管质量的关键点，某电站项目现场采购的弯管设备为单头液压控制弯管机，在常温下通过有芯缠绕式弯曲原理对管子进行弯曲，通过改变模具对管子进行弯制。 图六：弯管机原理图
弯管机每次开机前应先进行试运行，确保运行稳定。由于弯管机的主动力源为液压系统，定期对油管线进行检查。另外模具、夹紧块、助推块和芯棒均与管子直接接触，不锈钢模具的镀铬层应能满足防污染要求，模具的磨损程度也要重点关注，并及时进行维护，避免因模具磨损导致管道表面出现擦痕。
弯曲过程尺寸监测及调整
弯管的起弯点在弯后无法准确找到，在管道弯制前应在原材料上进行标识，根据材料特性，对管子进行适当过弯（避免弯后回弹导致角度不合格），弯制完成后，先进行角度测量，满足图纸要求后，在进行退模，取下弯管再次检查弯曲角度，如出现弯曲角度不满足图纸要求的情况，可根据标记的起弯点，对弯管再次进行修正，最终达到合格的产品弯管。
弯后的尺寸检查
弯管的起弯点在弯制前可以标记，但弯管的终弯点无法在弯制后准确找出，这导致弯管的弯曲半径在实际检查中难以准确测出，但是使用合格的模具弯制成形的弯管后续可不在测量弯曲半径，所以在进行正式产品弯管前，应先组织对模具的验收。对于其他的尺寸检查，宜使用标定合格的数显计量器具，如：数显游标卡尺、数显角度尺、超声波测厚仪等，这将提高质量检查的效率和准确性。
总结
随着电站项目的批量建造，由于弯管本身的机械性能、节约施工造价和施工工期均比焊接弯头存在明显优势，后续在工艺管道建造中弯管的设计使用率还会持续增加。希望通过本文中总结的施工过程可能出现的质量缺陷和控制措施，为后续的施工提供一定的参考和帮助。
参考文献
- [1] RCC-M 2007 压水堆核岛机械设备设计和建造规则
- [2] ASME B31.1 动力管道
- [3] DL/T 515-2018 电站弯管