CN102284569A - 一种热煨弯管工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油管道施工的弯管技术领域，具体涉及一种热煨弯管工艺方法。所述方法，包括如下步骤：（1）选择适合进行感应加热弯制的螺旋缝埋弧焊管作为母管；（2）将所述螺旋缝埋弧焊管进行弯管弯制工艺处理；（3）将经过所述弯制工艺处理的螺旋缝埋弧焊管进行热处理；（4）将经过热处理的螺旋缝埋弧焊管进行弯管管端处理。本发明采用螺旋缝埋弧焊管作为感应加热弯管的母管，依据具体的工艺要求，制作出弯管，给工程施工带来极大的便利。

Description

一种热煨弯管工艺方法

技术领域

本发明涉及石油管道施工的弯管技术领域，具体涉及一种热煨弯管工艺方法。

背景技术

在油气输送管线中，弯管是一种重要的连接结构件，其主要作用是适应管线设计要求，改变管线的方向。根据弯管加工方式的不同，可分为冷弯管和热煨弯管，冷弯管是对成品管直接施力弯曲达到设计要求的角度；而热煨弯管是采用合适的方法(通常采用感应加热的方式)对钢管加热，继而进行弯曲变形，达到设计要求的弯曲角度，由于热加工过程可以有效的降低弯曲变形对钢管性能的影响，因而热煨弯管更适合于较大角度弯管的制造，应用范围更加广泛。

目前在新建或老管线改、扩建的工程实际中，使用的线路弯管多是无缝管或直缝管制作的弯管，弯头的采购和现场安装存在着以下一些问题：难以找到大口径无缝钢管；直缝管的规格多是英制，与国内早期的老管线规格存在不相匹配的问题，增加现场焊接安装和质量保证的难度；管线改造和局部改线通常所需的弯头数量不多，导致弯头制作时间较长、弯头制作成本较高、拖延施工周期。相比之下，螺旋焊缝钢管容易获取，成本较低，且不存在规格匹配问题，直接采用螺旋焊缝钢管作为母管制作弯管，将给工程施工带来极大的便利。

现有弯管的加工工艺一般是采用加热设备在钢管圆周形成一条狭窄的环形加热带，在钢管移动的同时，使其持续弯曲，达到所需要的弯曲角度。采用无缝钢管和直缝埋弧焊管作为热煨弯管的母管，各国技术标准均持肯定意见。但对于螺旋缝埋弧焊管，由于螺旋缝埋弧焊管的焊缝与管道长度方向之间有一夹角，焊缝呈螺旋形均匀地分布在整个钢管圆周上，焊缝存在于管道的各个方向，在弯制时很难避开弯管内外弧的拉伸和压缩区域，则会使部分焊缝受拉应力，部分焊缝受压应力，如果制造工艺不当，则在这些区域的焊缝和母材的交界处容易因应力集中产生裂纹。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热煨弯管工艺方法，可以以螺旋缝埋弧焊管为材料，通过热煨弯管工艺制作弯管。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热煨弯管工艺方法，包括如下步骤：

步骤(1)，选择适合进行感应加热弯制的螺旋缝埋弧焊管作为母管；

步骤(2)，将所述螺旋缝埋弧焊管进行弯管弯制工艺处理；

步骤(3)，将经过所述弯制工艺处理的螺旋缝埋弧焊管进行热处理；

步骤(4)，将经过热处理的螺旋缝埋弧焊管进行弯管管端处理；

其中，所述步骤(2)中的弯管弯制工艺处理具体包括：

设置弯管曲率半径大于等于5倍母管外径，弯管两端直管段长度大于等于500mm；

对感应圈进行包裹，并将起弯端的螺旋缝埋弧焊管放于竖直位置±10°范围内；

对所述螺旋缝埋弧焊管进行加热处理，加热温度为920-970℃；

以40-60mm/min的速度推进所述螺旋缝埋弧焊管。

上述方案中，所述步骤(1)中适合进行感应加热弯制的螺旋缝埋弧焊管的外径为426mm-720mm，壁厚与外径的比值大于等于0.018，螺旋焊缝余高为0-2mm；所述螺旋缝埋弧焊管为无对接环焊缝焊管。

上述方案中，所述以40-60mm/min的速度推进所述螺旋缝埋弧焊管，具体包括：

将所述螺旋缝埋弧焊管预热至始弯温度；

所述螺旋缝埋弧焊管沿预定方向推进和弯曲，推进速度从零逐渐提高到稳定弯制时的值，同时保持加热区的温度稳定；

维持加热区温度和推进速度在规定的参数范围内直到弯制结束。

上述方案中，所述热处理采用淬火加回火热处理工艺，淬火采用水冷，回火热处理温度480℃±10℃，保温40分钟，然后以200℃/h至100℃/h的冷却速度降温至400℃以下。

上述方案中，所述方法还包括：对所述弯管管端处理后的弯管进行弯管尺寸和几何形状偏差检测。

上述方案中，所述方法还包括：对所述偏差检测后的弯管进行无损检测。

上述方案中，所述无损检测具体包括如下步骤：

对每根弯管的焊缝进行100％超声或100％射线检测；

对弯管端部进行检测：弯管坡口制备后，应对整个管口和由管口开始的100mm长度的焊缝进行磁粉检测；对弯管管口开始的50mm长度范围内采用手动超声波方法进行分层检查；

对管体表面进行检测：对每根弯管管体外弧两侧各90°的弧面进行磁粉检测，凡检出的缺欠深度大于规定壁厚的5％时，应进行修补；

对管体进行超声检测：每根弯管外弧侧距中性面±45°范围内的管体，应在热处理后采用手动超声波检查横向裂纹缺陷和分层缺陷。

上述方案中，所述方法还包括：对所述无损检测后的弯管进行理化性能试验；

所述理化性能试验的频次为：由同一弯制工艺和热处理工艺生产的同一弯曲半径、同一规格的弯管，试验频次为每批少于等于50根抽取一根弯管进行物理试验；所述物理试验包括拉伸、冲击、硬度、金相、焊缝导向弯曲试验。

上述方案中，所述方法还包括：对所述理化性能试验后的弯管进行静水压爆破试验；

所述静水压爆破试验中，静水压试验压力应大于等于计算试验压力；破裂压力应大于等于与其连接的计算试验压力，或，弯管承受住了计算试验压力的105％，稳压时间大于等于10秒而未出现破裂，则试验合格；

所述计算试验压力按式(1)计算。

$p=\frac{2{\mathrm{\σ}}_{b}t}{D}...\left(1\right)$

式中：P——计算试验压力，MPa；

σ_b——抗拉强度，MPa；

t——壁厚，mm；

D——管外径，mm。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果如下：

本发明采用螺旋缝埋弧焊管作为感应加热弯管的母管，依据具体的工艺要求，制作出弯管，给工程施工带来极大的便利。

附图说明

图1是本发明实施例提供的的弯管试件取样位置示意图；

图2是本发明实施例提供的弯管的直管段焊缝宏观形貌示意图；

图3是本发明实施例提供的弯管的内弧处焊缝宏观形貌示意图；

图4是本发明实施例提供的弯管的外弧处焊缝宏观形貌示意图；

图5是本发明实施例提供的弯管的中性区焊缝宏观形貌示意图；

图6是本发明实施例提供的弯管试验过程压力变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明实施例提供一种热煨弯管工艺方法，具体包括如下步骤：

(1)选择适合进行感应加热弯制的螺旋缝埋弧焊管作为母管，所选择的螺旋缝埋弧焊管应符合下述要求：

外径范围426mm至Φ720mm；

壁厚与外径的比值大于等于0.018；

螺旋焊缝余高0-2mm之间；

螺旋焊缝未经过返修；

母管为无对接环焊缝焊管，即不允许有对接的环焊缝；

母管的其它技术要求符合GB9711.2《石油天然气工业输送钢管交货技术条件第二部分》的要求。

对母管的外观、几何尺寸、焊缝余高和理化性能等进行抽检。按同一熔炼号、同热处理状态、同规格为一批进行抽检复验，每批不多于50根抽检一根，理化性能抽检项目包括管体及焊缝的化学成分、焊缝横向拉伸、冲击试验。抽检结果应符合GB9711.2的要求。

(2)将螺旋缝埋弧焊管进行弯管弯制工艺处理；

A.设置弯管曲率半径大于等于5倍母管外径；弯管两端直管段长度大于等于500mm；

B.上料时，要对感应圈进行包裹，以防止低熔点金属(Cu、Zn、Sn、Pb等)和母管进行接触，起弯端的螺旋焊缝放于竖直位置±10°范围内；

C.加热宽度为螺旋缝埋弧焊管壁厚的1-2倍；

D.对螺旋缝埋弧焊管进行加热处理，当螺旋缝埋弧焊管外径是426mm至700mm时，弯制加热温度为940±20℃；当螺旋缝埋弧焊管外径是700mm以上时，弯制加热温度为950±20℃；

E.推进螺旋缝埋弧焊管，当螺旋缝埋弧焊管外径是426mm至700mm时，推进速度为60mm/min，当螺旋缝埋弧焊管外径是700mm以上时，推进速度为40mm/min。为保证加热温度，推进速度需要根据实际情况调整。首先，加热圈加热将钢管预热至始弯温度；然后钢管沿预定方向推进和弯曲，推进速度从零逐渐提高到稳定弯制时的值，同时保持加热区的温度稳定；维持加热区温度和推进速度在规定的参数范围内直到弯制结束；

F.弯制全过程用测温仪测量加热部位的内、外表面温度，以确保加热温度保持在规定的范围；

G.螺旋缝埋弧焊管移出加热区立即对变形区域进行喷水冷却，冷却方法及压力为：外冷水、压力0.4MPa；

H.弯管制造过程中弯制应连续不间断进行，不允许中断。

(3)将经过弯制工艺处理后的螺旋缝埋弧焊管进行热处理；

弯制工艺后采用调质(即淬火加回火)热处理工艺，淬火采用水冷，回火热处理温度480℃±10℃，保温40分钟，然后以200℃/h至100℃/h的冷却速度降温至400℃以下，开炉空冷。

(4)热处理后进行弯管管端处理；

A.管端外径允许偏差+2mm，-1mm，若超出此范围，允许对弯管进行冷整形，且在热处理之前进行；

B.管端冷整形的永久变形量(整形前后的外径差)不应超过整形前外径的±1.5％；

C.距管端面不小于100mm范围内的内、外焊缝余高均应磨削清除，清除后的焊缝余高应不大于0.5mm，但不得低于管体表面，且与管体表面圆滑过渡；

D.当弯管壁厚大于与之相焊接的直管壁厚2mm时，管端应采用内削边形式，内坡角度不大于15°；

E.管端坡口应采用机械加工。

(5)弯管管端处理后进行弯管尺寸和几何形状偏差检测；

每根正式生产的弯管均应进行尺寸和几何形状偏差检测，应符合表1的要求。

表1 弯管尺寸和几何形状的允许偏差

参数名称	允许偏差
		壁厚减薄率a	不大于9％，且外弧侧壁厚最小值不小于直段设计壁厚
弯管直段距管端100mm范围内圆度b	不大于1％
		弯管弧任意处圆度	不大于2.5％
弯曲角	±0.5°
		弯曲半径	±5mm
弯管平面度	不大于7mm
		端面平面度	不大于0.8mm
端面垂直度	不大于2.5mm
		剩磁强度	不大于20高斯
管体凹痕深度	管体上不大于3.15mm，焊缝上不大于1.5mm
		焊缝上凹痕深度	不大于1.5mm
焊缝径向错位	不大于1.0mm
		内外焊缝余高	0.5mm-2.5mm

注：

a：壁厚减薄率C按式(2)计算。测量时将弯管外弧中心的表面清除干净，再用测厚仪进行测量。当弯曲角≤90°时，至少要均匀测量三点；当90°＜弯曲角＜180°时，至少要均匀测量五点。

$C=\frac{t_1-t_H}{t_1}\×100\%---\left(2\right)$

式中：

C——壁厚减薄率，％；

t1——母管实际壁厚的最小值，mm；

tH——弯管外弧侧最薄处壁厚，mm。

b：圆度B按式(3)计算，Dmax和Dmin应在同一横截面测量。弯管直段距管端1OOmm范围内圆度应不大于1％，弯管弧任意处圆度应不大于2.5％。对试制的弯管宜进行通径试验，以检验弯管的通过性能。

$B=\frac{D_{\max }-D_{\min }}{D}\×100\%---\left(3\right)$

式中：

B——圆度；

Dmax——弯管最大外径，mm；

Dmin——弯管最小外径，mm；

D——管外径，mm。

(6)弯管偏差检测后进行无损检测；

A.焊缝检测：每根弯管焊缝进行100％超声或100％射线检测，符合GB/T9711.2的要求。

B.弯管端部检测：弯管坡口制备后，应对整个管口和由管口开始的100mm长度的焊缝进行磁粉检测；对弯管管口开始的50mm长度范围内采用手动超声波方法进行分层检查。

C.管体表面检测：对每根弯管管体外弧两侧各90°的弧面进行磁粉检测，凡检出的缺欠深度大于规定壁厚的5％时，应进行修补。

D.管体超声检测：每根弯管外弧侧距中性面±45°范围内的管体，应在热处理后采用手动超声波检查横向裂纹缺陷和分层缺陷，符合GB/T 9711.2的要求。

E.修补：

焊接修补：对于焊缝部位和用于酸性环境下的弯管，不允许进行焊接修补。

打磨修理：如打磨后能保持弯曲表面均匀过渡和满足最小要求壁厚，可用打磨方法除去表面缺陷，打磨后应进行超声波测厚；焊缝打磨后，焊缝表面不应低于母材表面。打磨修理区域应进行磁粉检测，以证实缺陷得到完全清除。

(7)无损检测后进行理化性能试验；

A.理化性能试验的验收标准按GB9711.2的要求进行。

B.试制弯管和正式生产弯管的试验类型和试件取样位置按图1和表2进行。

C.弯管的物理试验频次：由同一弯制工艺和热处理工艺生产的同一弯曲半径、同一规格的弯管，试验频次为每批不多于50根抽取一根弯管进行物理试验，包括拉伸、冲击、硬度、金相、焊缝导向弯曲试验。

D.理化性能试验应在弯管热处理后进行。

表2 弯管的理化性能试验项目和试件位置

注 a试制弯管试验项目

b正式生产的弯管试验项目

c如果母管试验合格，则弯管可以不进行试验

1)夏比冲击试验每个位置的每个试验需要3个试样

2)焊缝导向弯曲试验包括面弯和背弯

3)金相试样可以用硬度试验的同一试样

4)起弯区、终弯区的试验可以选其一进行

(8)理化性能试验后进行静水压爆破试验；

首次制造的弯管还应进行静水压爆破试验。静水压试验压力应不低于于计算试验压力。破裂压力应不低于与其连接的计算试验压力；或弯管承受住了计算试验压力的105％，稳压时间不少于10秒而未出现破裂，则试验合格。计算试验压力按式(1)计算。

$p=\frac{2{\mathrm{\σ}}_{b}t}{D}...\left(1\right)$

式中：P——计算试验压力，MPa；

σ_b——抗拉强度，MPa；

t——壁厚，mm；

D——管外径，mm。

下面以Φ426mm×8mm L360螺旋缝弯管的制造过程为例进行来说明。

(1)母管

壁厚与外径的比值为0.0188；

螺旋焊缝余高1.8mm；

理化性能抽检项目中管体及焊缝的化学成分如表3所示。

表3 母管管体及焊缝化学成分分析结果

试样	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Nb	V	Ti	Cu
													管体	0.082	0.19	1.07	0.017	0.0023	0.017	0.024	0.007	0.017	0.002	0.01	0.05
焊缝	0.072	0.20	110	0.018	0.004	0.020	0.12	0.007	0.010	0.003	0.012	0.038

符合GB9711.2标准的要求。

(2)弯管基本参数

弯曲半径6D，两端直管段长度500mm。

(3)弯管试制

采用加热温度940±20℃、推进速度60mm/min工艺参数进行弯制。

表4 弯制工艺参数

(4)弯后热处理

采用调质(即淬火加回火)热处理工艺，淬火采用水冷，回火温度采用480℃±20℃，保温40分钟，然后降温至400℃以下，开炉空冷。

(5)弯管管端处理

管端检测符合标准要求。

(6)弯管尺寸和几何形状偏差检测

弯管尺寸和几何形状偏差在允许范围内。

(7)无损检测

无损检测结果符合标准要求。

(8)理化性能试验

1)拉伸性能试验

按照表2的要求，分别在弯管直管段、起弯区、终弯区、弯曲段的管体及焊缝处取拉伸试样。试样为矩形拉伸试样，试样为标距内长50mm、宽38.1mm的全壁厚试样，试拉伸试验结果符合标准要求，见表5。

表5 拉伸试验结果

2)夏比冲击试验

在弯管直管段、起弯区、终弯区、弯曲段的管体及焊缝处取样进行夏比V型缺口冲击试验。试验温度为-20℃，试样尺寸为5mm×10mm×55mm，试验结果符合标准要求，见表6。

表6 夏比冲击试验结果

3)焊缝导向弯曲试验

在弯管直管段和弯曲段垂直焊缝取面弯、背弯试样，进行导向弯曲试验。弯轴直径为48mm，弯曲角度180°，试验结果符合标准要求，见表7。

表7 焊缝导向弯曲试验结果

编号	试样位置	试验结果
			C2#	直管段焊接接头	面弯、背弯180°均无裂。
C6#	弯曲段内弧侧焊接接头	面弯、背弯180°均无裂。
			C9#	弯曲段外弧侧焊接接头	面弯、背弯180°均无裂。
C11#	中性区焊接接头	面弯、背弯180°均无裂。

4)硬度试验

在弯管直管段、起弯区、终弯区、弯曲段的管体和焊缝处分别取硬度试样，进行10kg载荷维氏硬度试验，试验结果符合标准要求。

5)金相分析

在直管段及弯曲段的管体及焊缝处取全壁厚试样进行金相分析，包括金相组织、晶粒度、夹杂物，均未见明显缺陷，见图2-图5。。

(9)静水压爆破试验

水压试验参数见表8。

表8Φ426mm×8mm L360螺旋缝弯管水压试验方案

试验结果显示，压力达到19.06MPa后弯管未发生破裂现象，试验合格。试验过程压力变化曲线见图6。由以上可以看出，采用本发明的工艺方法制造的螺旋焊缝弯管各项性能符合要求，水压试验合格。

采用Φ426mm、Φ508mm、Φ711mm、Φ720mm等5种管径、4种壁厚的管材，采用本发明的工艺方法共加工制作15个螺旋焊管弯管并进行检验。

对弯管进行了取样理化性能试验，进行拉伸、冲击、化学成分、金相组织、硬度、几何形状等各项试验，弯管力学性能未发现异常，均达到相应钢级的性能要求或有所改善；弯管水压爆破试验试验压力达到弯管设计验证试验计算压力，水压爆破试验合格，生产出了符合工程技术标准要求的弯管。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，选择适合进行感应加热弯制的螺旋缝埋弧焊管作为母管；

步骤(2)，将所述螺旋缝埋弧焊管进行弯管弯制工艺处理；

步骤(3)，将经过所述弯制工艺处理的螺旋缝埋弧焊管进行热处理；

步骤(4)，将经过热处理的螺旋缝埋弧焊管进行弯管管端处理；

2.如权利要求1所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于：所述步骤(1)中适合进行感应加热弯制的螺旋缝埋弧焊管的外径为426mm-720mm，壁厚与外径的比值大于等于0.018，螺旋焊缝余高为0-2mm；所述螺旋缝埋弧焊管为无对接环焊缝焊管。

3.如权利要求1所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)中的弯管弯制工艺处理具体包括：

设置弯管曲率半径大于等于5倍母管外径，弯管两端直管段长度大于等于500mm；

对感应圈进行包裹，并将起弯端的螺旋缝埋弧焊管放于竖直位置±10°范围内；

对所述螺旋缝埋弧焊管进行加热处理，加热温度为920-970℃；

以40-60mm/min的速度推进所述螺旋缝埋弧焊管。

4.如权利要求3所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述以40-60mm/min的速度推进所述螺旋缝埋弧焊管，具体包括：

将所述螺旋缝埋弧焊管预热至始弯温度；

所述螺旋缝埋弧焊管沿预定方向推进和弯曲，推进速度从零逐渐提高到稳定弯制时的值，同时保持加热区的温度稳定；

维持加热区温度和推进速度在规定的参数范围内直到弯制结束。

5.如权利要求1所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于：所述热处理采用淬火加回火热处理工艺，淬火采用水冷，回火热处理温度480℃±10℃，保温40分钟，然后以200℃/h至100℃/h的冷却速度降温至400℃以下。

6.如权利要求1所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述弯管管端处理后的弯管进行弯管尺寸和几何形状偏差检测。

7.如权利要求6所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述偏差检测后的弯管进行无损检测。

8.如权利要求7所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述无损检测具体包括如下步骤：

对每根弯管的焊缝进行100％超声或100％射线检测；

对弯管端部进行检测：弯管坡口制备后，应对整个管口和由管口开始的100mm长度的焊缝进行磁粉检测；对弯管管口开始的50mm长度范围内采用手动超声波方法进行分层检查；

对管体表面进行检测：对每根弯管管体外弧两侧各90°的弧面进行磁粉检测，凡检出的缺欠深度大于规定壁厚的5％时，应进行修补；

对管体进行超声检测：每根弯管外弧侧距中性面±45°范围内的管体，应在热处理后采用手动超声波检查横向裂纹缺陷和分层缺陷。

9.如权利要求7所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述无损检测后的弯管进行理化性能试验；

所述理化性能试验的频次为：由同一弯制工艺和热处理工艺生产的同一弯曲半径、同一规格的弯管，试验频次为每批少于等于50根抽取一根弯管进行物理试验；所述物理试验包括拉伸、冲击、硬度、金相、焊缝导向弯曲试验。

10.如权利要求9所述的一种热煨弯管工艺方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述理化性能试验后的弯管进行静水压爆破试验；

所述静水压爆破试验中，静水压试验压力应大于等于计算试验压力；破裂压力应大于等于与其连接的计算试验压力，或，弯管承受住了计算试验压力的105％，稳压时间大于等于10秒而未出现破裂，则试验合格；

所述计算试验压力按式(1)计算。

$p=\frac{2{\mathrm{\σ}}_{b}t}{D}...\left(1\right)$

式中：P——计算试验压力，MPa；

σ_b——抗拉强度，MPa；

t——壁厚，mm；

D——管外径，mm。

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