CN112795759B - 大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法 - Google Patents

大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，弯曲成形后进行消应力热处理，之后检查尺寸并进行小变形量校正，使门形弯管的开口尺寸比设计名义尺寸大2至5mm，然后进行固溶热处理。本发明在弯曲成形后先进行消应力热处理，充分释放弯曲成形过程的残余应力，再检查尺寸，便于根据检查结果进行小变形量校正。由于固溶热处理时门形钢管下表面先入水，且门形钢管本身带有偏斜角，快速冷却时开口尺寸收缩2～5mm，固溶热处理前使门形弯管的开口尺寸比设计名义尺寸大2至5mm，固溶热处理后的开口尺寸就能够满足要求。

Description

大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法
技术领域
本发明涉及弯管加工技术领域，尤其是一种大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法。
背景技术
核电站稳压器波动管连接反应堆冷却剂一回路热段和稳压器，稳压器通过加热或喷淋调节内部压力，由波动管把稳压器中的压力传递到核岛主回路中，从而保证核岛主回路工作压力稳定。
为提高核电的安全性，第三代核电技术将稳压器波动管个别管段设计成包括两个弯头、带偏斜角的门形立体弯管，基于波动管运行过程中热分层的考虑，立体弯管偏斜角设计为2.5°，即弯管按2.5°整体旋转上升，详见图1至图3所示。
第三代核电稳压器波动管包括5个或6个弯管段，在制造厂完成单体制造后，在核岛安装现场安装组焊。由于主管道和稳压器的位置是固定的，为保证波动管各个管段最终组焊后能够连接主管道和稳压器，设计规格书对各管段的尺寸提出严格的要求，如图中开口尺寸L公差±3mm，高度尺寸H公差±5mm。
第三代核电稳压器波动管管段采用316LN或X2CrNiMo18.12(控氮)奥氏体不锈钢，壁厚30～50mm，弯曲半径大于1000mm，包括两个大于等于90°的弯头，加上两端直段、中间直段以及工艺余量，采用的直管长度一般大于5000mm，弯曲后要求各管段固溶热处理后交货。在制造过程中，采用锻造、轧制或挤压直管，之后进行热弯或冷弯成形，尺寸满足工艺要求后进行固溶热处理。由于波动管尺寸长、形状复杂、壁厚薄，固溶热处理加热和快速水冷过程极易发生变形，导致开口尺寸、高度尺寸不满足设计要求。
CN201210335802公开了一种管件加工方法，具体是一种管件的弯折方法，先对管坯进行预补偿处理，然后采用专用模具进行弯折，再进行机加工，然后固溶热处理，最后精加工。其中，预补偿处理包括弯曲处的管段外侧壁加厚，内侧壁减薄，以及针对两个管嘴进行预补偿处理，这样保证了折弯后的弯管精度，提高合格率，本发明涉及的大型门形立体不锈钢弯管可借鉴这种折弯方式，提高钢管折弯的尺寸精度和合格率，但本大型门形立体不锈钢弯管在折弯后，由于尺寸过大，且形状特殊，在固溶热处理的过程中会产生变形，导致最终尺寸误差过大，因此，仅仅在折弯工序中进行预补偿处理是难以保证本大型门形立体不锈钢弯管尺寸精度的。此外，固溶热处理过程中，一般是将弯管直接放在水平的料盘上，但由于大型门形立体不锈钢弯管并非常规的平面弯管，具有一定的斜度，起吊、水冷的过程中难以保持稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，不仅可以消除折弯带来的尺寸误差，还可解决固溶热处理带来的变形问题，保证了尺寸精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，弯曲成形后进行消应力热处理，然后检查尺寸并进行小变形量校正，使门形弯管的开口尺寸比设计名义尺寸大2至5mm，然后进行固溶热处理。
进一步地，消应力热处理过程为：将门形弯管加热至850～950℃，保温2小时后空冷至室温。
进一步地，固溶热处理时，将门形弯管放在料盘上，利用楔形垫块随形将门形弯管支垫，使弯管近似按照2.5°坡度进行摆放。
进一步地，固溶热处理温度为1050～1150℃，保温完成后立即将门形弯管全部浸入水中，水的温度高于或等于15℃。
本发明的有益效果是：大型门形立体弯管需要多次弯曲才能成形，带有较大的、不均匀的残余应力，该阶段测量的尺寸是不平衡态的尺寸，因此，先进行消应力热处理，充分释放残余应力，以便于根据检查结果进行小变形量校正。由于固溶热处理时门形钢管下表面先入水，且门形钢管本身带有偏斜角，快速冷却时开口尺寸收缩2～5mm，因此在校正时，使门形弯管的开口尺寸比设计名义尺寸大2至5mm，固溶热处理后的开口尺寸就能够满足要求。
附图说明
图1是门形钢管的主视图；
图2是门形钢管的侧视图；
图3是门形钢管的俯视图；
图4是门形钢管固溶热处理的装炉主视图；
图5是门形钢管固溶热处理的装炉侧视图；
附图标记：10—楔形垫块；20—料盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，包括以下步骤：
采用长度大于5000mm的直管弯曲成形状如图1至图3所示的门形弯管。采用长度足够的直管进行弯曲成形，成形后的门形弯管具有一定的长度余量，以便于后续尺寸校正和理化性能检验。
由于需要多次弯曲才能够将直管弯曲成门形钢管，门形钢管本身带有较大的、不均匀的残余应力，该阶段测量的尺寸是不平衡态的尺寸，工件加热后会因残余应力释放发生变形，导致固溶热处理后开口尺寸、高度尺寸发生较大变化。因此，为了准确地测量尺寸以便于根据测量结果进行小变形量校正，弯曲成形后进行消应力热处理，充分释放残余应力，防止后续固溶热处理加热阶段残余应力释放导致的门形弯管较大变形。消应力热处理的具体过程为：将门形弯管加热至850～950℃，加热速度不限，保温2小时后空冷至室温，能够充分释放残余应力。
经过消应力热处理后，工件本身残余应力很小，处于稳定状态，测得的尺寸是稳定态的尺寸，即可检查尺寸并根据检查结果进行校正，后续的校正由于是局部尺寸调整，新产生的残余应力很小，固溶热处理加热阶段因残余应力释放导致的变形可以忽略。由于门形弯管的尺寸较大，成形次数多，基本上每个门形弯管都需要在消应热处理后进行尺寸校正。
由于在消应力热处理过程中工件的残余应力充分释放，大部分尺寸如弯曲半径、高度差H等不会在后续固溶热处理过程中产生明显变化，而由于门形钢管本身带有偏斜角，且固溶热处理时门形钢管下表面先入水，在急速冷却时开口会产生收缩，使得开口尺寸减小2至5mm，因此，在固溶热处理前的校正时，不需要对弯曲半径、高度差进行补偿，直接校正至设计尺寸，但使门形弯管的开口尺寸比设计名义尺寸大2至5mm，即可补偿后续固溶热处理带来的收缩变形，保证最终尺寸满足开口尺寸L±3mm的要求。校正时，门形钢管会产生新的应力，但由于校正幅度较小，该应力较小，后续固溶热处理过程中产生的轻微变形不影响尺寸精度。
然后进行固溶热处理。固溶热处理时，将门形弯管放在料盘20上，并利用楔形垫块10将门形弯管随形支垫，如图4和图5所示，使门形钢管保持稳定，在水冷和起吊的过程中防止其沿着料盘20滑移。
楔形垫块10的下表面水平，用于与料盘20接触、贴合，由于门形钢管的偏斜角设计为2.5°，即弯管按2.5°整体旋转上升，楔形垫块10上表面与水平面之间的角度为2.5°，用于与门形钢管的一端管壁贴合，保证对门形钢管进行稳定地支撑。
固溶热处理温度为1050～1150℃，保温完成后立即将门形弯管全部浸入水中，水的温度高于或等于15℃。水冷时，门形钢管收缩，开口尺寸L减小2至5mm，由于在先前校正时开口尺寸比设计名义尺寸大了2至5mm，因此收缩后的开口尺寸在设计的公差范围内，满足交货要求。冷却时水温不能过低，以防止门形弯管收缩过于急速而导致变形超出控制。
由于不同型号的门形弯管的具体尺寸不同，下面以开口尺寸设计值为L±3mm，两端口高差设计值为H±5mm的某型号门形钢管进行举例说明。
实施例一
采用长度为5500mm的直管弯曲成形为形状如图1至图3所示的门形弯管，将门形弯管加热至850℃，保温2小时后空冷至室温，以消除应力，然后检查开口尺寸、两端口高差和弯曲半径，并根据检查结果将开口尺寸校正至L+2mm，将两端口高差校正至H，将弯曲半径校正至设计尺寸。然后将门形弯管放在料盘20上，并利用楔形垫块10将门形弯管的一端垫平，在1050℃的温度下进行固溶热处理，处理后立即将门形弯管全部浸入水中快速冷却，水的温度高于或等于15℃。
最后检查门形弯管的尺寸，开口尺寸为L-1mm，两端口高差为H+2mm，弯曲半径在允许的范围内，均满足设计要求。
实施例二
采用长度为5500mm的直管弯曲成形为形状如图1至图3所示的门形弯管，将门形弯管加热至900℃，保温2小时后空冷至室温，以消除应力，然后检查开口尺寸、两端口高差和弯曲半径，并根据检查结果将开口尺寸校正至L+4mm，将两端口高差校正至H，将弯曲半径校正至设计尺寸。然后将门形弯管放在料盘20上，并利用楔形垫块10将门形弯管的一端垫平，在1100℃的温度下进行固溶热处理，处理后立即将门形弯管全部浸入水中快速冷却，水的温度高于或等于15℃。
最后检查门形弯管的尺寸，开口尺寸为L+1mm，两端口高差为H+1mm，弯曲半径在允许的范围内，均满足设计要求。
实施例三
采用长度为5500mm的直管弯曲成形为形状如图1至图3所示的门形弯管，将门形弯管加热至950℃，保温2小时后空冷至室温，以消除应力，然后检查开口尺寸、两端口高差和弯曲半径，并根据检查结果将开口尺寸校正至L+5mm，将两端口高差校正至H，将弯曲半径校正至设计尺寸。然后将门形弯管放在料盘20上，并利用楔形垫块10将门形弯管的一端垫平，在1150℃的温度下进行固溶热处理，处理后立即将门形弯管全部浸入水中快速冷却，水的温度高于或等于15℃。
最后检查门形弯管的尺寸，开口尺寸为L+2mm，两端口高差为H+2mm，弯曲半径在允许的范围内，均满足设计要求。
对比例一
采用长度为5500mm的直管弯曲成形为形状如图1至图3所示的门形弯管，检查开口尺寸、两端口高差和弯曲半径，并根据检查结果将开口尺寸校正至L，将两端口高差校正至H，将弯曲半径校正至设计尺寸。然后将门形弯管放在料盘20上，并利用楔形垫块10将门形弯管的一端垫平，在1050～1150℃的温度下进行固溶热处理，处理后立即将门形弯管全部浸入水中快速冷却，水的温度高于或等于15℃。
最后检查门形弯管的尺寸，开口尺寸为L+7mm，两端口高差为H+9mm，均不满足设计要求。
对比例二
采用长度为5500mm的直管弯曲成形为形状如图1至图3所示的门形弯管，将门形弯管加热至850～950℃，保温2小时后空冷至室温，以消除应力，然后检查开口尺寸、两端口高差和弯曲半径，并根据检查结果将开口尺寸校正至L，将两端口高差校正至H，将弯曲半径校正至设计尺寸。然后将门形弯管放在料盘20上，并利用楔形垫块10将门形弯管的一端垫平，在1050～1150℃的温度下进行固溶热处理，处理后立即将门形弯管全部浸入水中快速冷却，水的温度高于或等于15℃。
最后检查门形弯管的尺寸，开口尺寸为L-5mm，两端口高差为H+4mm，弯曲半径在允许的范围内，可见，开口尺寸不满足设计要求，两端口高差和弯曲半径满足设计要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，其特征在于，弯曲成形后进行消应力热处理，然后检查尺寸并进行小变形量校正，使门形弯管的开口尺寸比设计名义尺寸大2至5mm，然后进行固溶热处理，固溶热处理温度为1050～1150℃，保温完成后立即将门形弯管全部浸入水中，水的温度高于或等于15℃。
2.如权利要求1所述的大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，其特征在于：消应力热处理过程为：将门形弯管加热至850～950℃，保温2小时后空冷至室温。
3.如权利要求1所述的大型门形立体不锈钢弯管尺寸精确控制方法，其特征在于：固溶热处理时，将门形弯管放在料盘(20)上，利用楔形垫块(10)随形将门形弯管支垫，使弯管按照2.5°坡度进行摆放。
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