制造不锈钢异径管热压成形的工艺以及检测标准

作者:admin 来源:原创 日期:2016-6-27 16:47:41 人气:85

   摘要总结有缝或无缝的同心异径管偏心异径管和异径弯头的热压成形工艺方法,对38件不锈钢异径管的外形和壁厚几何尺寸以及表面硬度进行检测,还对偏心异径管的强度性能进行取样检测。结果分析表明,不锈钢异径管壁厚均超厚;异径价大小两个端的几何尺寸较准确,但壁厚很不均匀,异径弯头壁厚较均匀;超声测厚时,数值偏大,探头分隔面一与件轴线平行时的实测位与分隔面垂直于件轴线的实911值相比略大一些,结果危险:不锈钢异径管口端的表面硬度比中间段的表面硬度平均低约35%;根据GB1172-74《黑色金属硬度及强度换算值》中的经验公式≈3.5378HB( MPa)将布氏硬度换算为抗拉强度时,结果明显保守

1制造不锈钢异径管的工艺方法

    不锈钢异径管同心异径管( Concentric Reducer),偏心异径管( Eccentric Reducer)和异径弯头( Reducing El-bow)之分,其中后两种不锈钢异径管均是非轴对称结构管件,不得不采取一些独特的制造工艺,总体上说,目前的制造工艺方法对不锈钢异径管的质量是有保证的。

1.1有缝管件的制造工艺方法

    径较同心异径管偏心异径管均可山板料在卷板机上滚压成形,这种不锈钢异径管只有一条径向纵焊缝。径较小的同心异径管偏心异径管以及任何大小口径异径弯头,只能通过模具将板料压制成半边的形状,再将两个半边组焊成一个整体管件,这种不锈钢异径管均有两条径向纵焊缝。并且偏心异径管异径弯头的两个半边都分别需要两副模具。

    板料(滚)压制成形不锈钢异径管时,一般采取冷压。只有压力机的能力受到限制时才采用热压,冷压和热压的模具尺寸会略有差别。

1.2无缝管件制造的工艺方法

    同心异径管的制造工艺最简单,用壁厚较厚的管作为毛坯,扩大一端口径或者用等壁厚的管作为毛坏,缩小一端口径均可。无论扩口或缩口,一般是用模具压制。当前国内普遍采用偏心模具逐级压制偏心异径管,用这种工艺生产的三级以上的偏心异径管,在小头偏心端会产生严重缺、内壁起瘤、壁厚不均匀及椭圆等现象。按斜截同心异径管截头所得结构代替偏心异径管时,因为斜截面不是圆面而是椭圆面,就会存在端面与直管之间的错边、无法完全相接的问题。如果采用新的压制工艺,即先用同心模具压制出同心异径管,再把压好的同心异径管放入偏心模具中压制整型为所需要的偏心异径管,则其内、外表面光滑,小头平整,壁厚均匀,圆度合格,所用原材料较少。

    异径弯头则可在等径弯头的基础上由模具逐级缩而成。为便于缩口,在弯头外拱上方便手工焊接的区域割去一片多余的弯头壁,等缩后再对焊该处割,当然该焊缝必须经过严格的检查。这样,异径弯头就成为半段有焊缝的管件,但是壁厚较均匀。

    管毛坯压制成形不锈钢异径管时,一般采用大口径管热压收口成形,而不宜采用小口径管冷压扩口成形。

2不锈钢异径管的产品检测

    检测对象见表1。偏心异径管的几何外形与标准略有偏差,某一偏心异径管试样表面应变测点方位如图1和图2所示,超声波无损测厚和实物解剖后游标卡尺测厚两种方法的结果比较如表2所示,其他数据见表3偏心异径管实测壁厚分布状况如图3所示。

    表2中偏心异径管甸一格内有两个壁厚值,上面的壁厚值和下面的壁厚值分别是超声波测厚探头收发声波分隔面与弯头轴线平行和垂直时测得的值,偏心异径管两种壁厚平均值的误差为2.16%。对其他管件进行了同样方法和内容的检测,实测不锈钢异径管的椭圆度小于2%,异径弯头弯曲半径误差也较小。

    1)表面硬度。为了评价材料的强度及性能的均匀性,硬度测量是一种简便易行的手段,测定时不破坏被测管件。测定方法参照《超高压容器安全监察规程(试行)》第33条规定:“应在筒体外壁上均布划出5个与筒体相垂直的环线,在每个环线上均布取4点做硬度检查,硬度值应符合设计图样或标准的规定,环线间各点硬度最高值与最低值差应不大于40,同一环线上各点不大于20"。测试用硬度检测仪,分别位于偏心斜面正中处的经线C及其相对圆周处的经线G上的测点,经线G的结果见图4。其他管件的结果见表4。

    2)强度性能。根据GB1172-74《黑色金属硬度及强度换算值》中的经验公式≈3. 5378HB( MPa)将布氏硬度换算为抗拉强度。

3不锈钢异径管的几何尺寸分析

    大、小两种规格的同心异径管的壁厚分布趋势完全一致。从大端端面到接近小端的截面,壁厚均是由薄到厚,而从过渡截面到小端端面,壁厚由浮到薄,这是因为小端的内孔在成形后经过了车削加工,去掉了部分壁厚。但是,小端端面的壁厚均比大端端面的壁厚要薄,与偏心异径管的情况正好相反,这是制造工艺造成的。并且沿轴向截面壁厚变化时,各经线之间的变化有明显的规律性,但也有一定的分散性。

4强度性能分析

    大、小两种规格的偏心异径管的表面硬度分布趋势大致相同,但并非完全一致,主要区别在小端的硬度上,小偏心异径管小端的硬度较高,而大偏心异径管小端的硬度有所回落。

    在表4中,试样的抗拉强度分别比经验公式的强度推算值高出6.1%和11%。由表5,试样1的屈服强度和抗拉强度分别比制造)一投产前提高了9.0%和2.0%,试样2的屈服强度和抗拉强度分别比制造)一投产前提高了26.4%和8.8%。

    管件制造过程中挤压加工,几何外形修复,产生冷作硬化,热处理不均匀,实际管件各部位产生的塑性变形不同,虽然产品最后经过正火处理,其力学性能仍会表现为一定的各向异性,对应力分布产生一定的不利影响。有学者对弯头和三通的研究表明,考虑到试验数据的分散性,管件材料的各向异性并不明显,屈服强度的变化不超过±5%。木文偏心异径管的加工成形变形程度较三通大,因此,其管件屈服强度的变化可能会超过该值。

5结论

    1)不锈钢异径管大、小两个端口的几何尺寸较准确,但是壁厚很不均匀。对于带直段的不锈钢异径管偏心异径管小端端面的壁厚均比大端端面的壁厚要厚,而同心异径管小端端面的壁厚均比大端端面的壁厚要薄,异径弯头壁厚较均匀。因此,检测时,大、小两个端口的几何尺寸均要测最。

    2)所检测的不锈钢异径管壁厚均超厚,建议使用前均进行全面的壁厚检测记录,为在线测厚判断减薄星提供基础,才能准确反映腐蚀速度,保证管线安全运行。

    3)超声波测厚法较卡尺测厚法的结果稍大一些,由此而使结果偏于危险。测最壁厚时,探头分隔面与管件轴线平行时的实测值与分隔面垂直于管件轴线的实测值相比略大,虽然不到0.5%,但是也同样使结果偏于危险。

    4)不锈钢异径管的椭圆度小于2%,异径弯头弯曲半径误差也较小,可以忽略。

    5)不锈钢异径管两端的表面硬度要比中间段的表面硬度平均低约35%。根据GB 1172-74中的经验公式3.5378HB( MPa)推算为抗拉强度时,结果仍明显保守6.1%。

    6)采用大口径管毛坯热压收口成形的不锈钢异径管产品经最后正火处理后,屈服强度和抗拉强度均有显著提高。