田湾核电站二期核岛系统不锈钢管道制造工艺

赵 龙

（江苏核电有限公司设备管理处，江苏连云港 222042）

0 引言

核岛系统不锈钢管道的制造流程可分为原材料生产、管件制造和管组焊接等3 个阶段，主要工序有压力加工（包括校形）、机加工、热处理、理化试验、焊接、母材和焊缝的无损检测、水压试验、表面处理等。

1 原材料生产阶段

原材料有无缝钢管、纵缝钢管、锻件等。不锈钢无缝钢管按《优质表面耐腐蚀无缝钢管技术条件》（卮氐14-3P-197—2001）进行采购。该技术条件对无缝钢管的要求十分严格，是俄罗斯核电领域无缝钢管的重要技术标准。

按照该技术条件，无缝钢管有热变形和冷变形两种生产工艺。

（1）热变形是指热轧工艺，主要包括穿孔、轧管和热精整等3 个变形过程。

（2）冷变形主要包括冷轧和冷拔两种工艺，在生产薄壁钢管方面具有明显优势，壁厚小于5 mm 的钢管只能通过冷变形进行生产。

一些系统要求管道具有很大的直径，无缝钢管不能满足要求，此时宜采用纵缝焊管。核岛系统不锈钢纵缝焊管满足《用于核电厂和热电厂的直缝焊管技术条件》（卮氐95.349—2000）的要求，由钢板卷制后焊接而成，只用于低压管道（2.2 MPa），适合于外径要求较大而运行参数较低的系统。

纵缝焊管采用热轧、经过热处理和超声波探伤的板材制造，表面经过酸洗钝化。根据外径和管子长度，纵向焊缝数量可为1或2 条，无论焊接接头的等级如何，一律对焊缝进行100%射线检查。不锈钢锻件主要采用圆钢作为原材料按照《奥氏体不锈钢壳体坯件技术条件》（OCT 108.109.01-92）的要求生产，以热处理状态供货，主要用于制造高压三通和法兰等。

2 管件制造阶段

2.1 制造方法

2.1.1 弯头（包括弯管，下同）

根据《核动力装置的设备和管道设置及安全运行规则》（乇丿亍乜丐-7-008-89），弯头可以按弯曲半径分为：普通弯头，R3.5DH；急弯头，DHR3.5DH，其中，R 为弯曲半径，DH为钢管名义外径，不允许使用RDH的弯头。普通弯头可通过热变形或冷变形加工，急弯头只能通过热变形加工。

对于给定规格的钢管，确定弯头的几何形状需要2 个要素：弯曲半径和弯曲角度。

（1）冷弯。使用弯管机在常温下完成，操作简便，冷弯管变形阻力大，质量控制难度大，不宜用于生产大尺寸管件，白城工厂仅对名义外径38 mm 的弯管采用冷弯工艺。

（2）高频感应热弯。高频感应热弯工艺的应用范围非常广泛，尤其在生产厚壁急弯头时，相较其他工艺优势明显。核岛系统不锈钢系统管道中的绝大多数弯管和少量急弯头都采用了这种工艺。

这种工艺中，感应器线圈接通高频电流，利用电磁感应原理和集肤效应，将局部管壁加热到1150左右，驱动系统向管坯一端施加推力，管坯另一端由摇臂的夹头夹紧，摇臂在驱动系统推力作用下进行旋转，旋转半径根据弯管的弯曲半径设定，由此实现管坯的弯曲。同时，冷却系统对通过感应线圈的管壁迅速进行冷却。

弯曲半径可通过夹头的位置进行调节，通过控制摇臂的旋转便可控制弯管的弯曲角度。高频感应热弯工艺中，弯管温度、推进速度以及冷却速度是重要控制要素。

（3）热推制。推制是生产急弯头的重要方式，生产效率高，表面质量好。核岛系统不锈钢管道中绝大部分急弯头是通过推制工艺生产的。

这种工艺中，套在芯模上管坯在轴向推力作用下缓慢向前移动，通过加热环时迅速升温至10001100，然后在芯头部分实现扩径和弯曲，最终获得与芯模规格相对应的成品弯头。

芯模是决定弯头质量的关键，它包括过渡段、扩径弯曲段、定形段。采用何种芯模不仅与弯头的尺寸规格有关，也与弯头的角度有关。

推制弯头的壁厚非常均匀，这是因为在推制过程中，管坯内弧段金属在芯头扩张作用下沿两侧管壁向外弧段流动，不仅防止了内弧段因剧烈弯曲造成的金属堆积，还弥补了外弧段的减薄。因此，推制过程中，管坯内弧段加热温度要略高于外弧段。不难发现，推制过程中，管坯弯曲的同时还经受了径向扩张，所以管坯的外径小于成品弯头。芯模的设计、加热温度的分布和推制速度是决定弯头质量的关键因素。

（4）热冲压。冲压是最早用于批量生产无缝弯头的工艺，有冷冲压和热冲压两种方式。核岛系统不锈钢管道中的冲压弯头均采用热冲压。

与推制工艺相比，冲压成形的弯头外观质量不如前者，但很适用于小批量生产，而且成本更低，并可以压制壁厚相对前者更厚的弯头。

（5）扇形件焊接式弯头。核岛系统不锈钢管道中，扇形件焊接弯头用于大口径低压管道，最小规格为377 mm6 mm。受无缝钢管规格的限制，需采用纵缝焊管作为原材料。这种弯头上的环焊缝一律进行100%无损检查，并全部进行水压试验，仅用于低压管道系统（2.2 MPa）。

2.1.2 大小头

大小头有冲压大小头、车削大小头、焊接式大小头等3 类。大小头的冲压工艺有缩径、扩径、缩径+扩径以及板料拉伸等4种情形。

核岛系统不锈钢管道中主要采用冷/热冲压大小头，通过缩径法制造，即坯件的规格与大小头较大一端保持一致，将坯件整体加热后，由压力机和阳模将其缓缓压入阴模中，金属沿模腔运动收缩。

2.1.3 三通

三通分为热压三通、车削三通和焊接三通。

（1）热压三通是指以管坯为原料通过冲压工艺制造的无缝三通，在拉伸支管的部位开一个孔，管坯经加热后在模具的作用下“拉出”支管。热压三通支管的金属是由管坯的管壁金属补偿得到的，因此管坯的壁厚大于成品三通的壁厚。

（2）高压管道系统中，常采用锻制车削三通。

（3）焊接三通只用于低压管道系统，而且不允许用于工作压力1.57 MPa 和计算温度100的管道。一些大型焊接三通需要利用补强圈来进行补强。

2.1.4 节流装置

管路中节流装置的作用是平衡前后压差。它在管路中形成局部阻力，使流体发生能量损耗，降低管路中介质的流量和孔板下游介质的压力。

节流装置有法兰式和整体式两种：法兰式由两个法兰压紧孔板，利用橡胶石棉垫圈密封，这种形式便于拆解和更换；整体式由锻件机加工而成。节流孔板的厚度以及节流孔的数量和直径均由设计院指定。

2.1.5 流量孔板组件

管道中的流量孔板组件是一种差压式流量计的组成部分。流量计的上下游分别设置取压口，通过差压变送器测量孔板上、下游的流体压差并由此确定出下游的流量。这种测量方法的物理基础是能量守衡定律和流动连续性定律。

流量孔板组件由筒节、孔板、接管组成。孔板由板材或锻件制成；筒节由锻件制成；接管共4 个，上下游各2 个。随着管道规格的不同，孔板和筒节都有不同规格可选，但接管的内径尺寸是固定的。

连接两个筒节和孔板的焊缝无法进行射线检查，实践中先对该焊缝的根部进行超声波检查，随后逐层进行目视检查，最后进行表面着色检查。筒节与接管之间为承插焊，由于接管制造完成的流量孔板组件，两对接管中的一对要用管帽焊死（备用），流量监测只需一对接管。

2.2 管件的热处理要求

不锈钢管件在各种变形工序后的热处理主要着眼于恢复和改善材料的耐晶间腐蚀性能，其次也有消除应力、改善力学性能的作用。对于热变形，可以不进行热处理工序，而通过控制变形的过程温度和结束温度来达到这两个目的。

将08X18H10T 管件的热变形过程温度和结束温度分别控制在接近1100和850以上，使金属在形变的同时经受固溶处理且一直避开敏化区间，从而确保金属的耐晶间腐蚀性能，同时也使整个形变过程处在再结晶温度以上，从而消除应力，改善力学性能。

3 管组焊接阶段

管组是指由若干管件焊接在一起形成的装配体。将尽可能多的焊接工作安排在制造厂进行，可以有效降低安装现场的工作量，但由于受运输、安装等环节限制，管组的尺寸也不得不受到限制。根据标准规定，管组的尺寸需满足以下条件。

管道的焊接接头有对接接头和角接接头两种，焊接方法采用自动埋弧焊、氩弧焊、手工电弧焊和联合焊接法，均为单面焊的结构形式。为达到单面焊双面成型的效果，采取了诸如内部充氩+氩弧焊打底、背面清根+封底焊、增加垫环、采用盲孔接管等手段，除孔板流量计的取样管角焊缝外，其他工厂焊缝都是全焊透的。

所有经受热加工（热变形和热处理）的管件，都要对内外表面进行喷砂（奥氏体钢）和喷丸（珠光体钢）处理，以清除表面氧化皮、污染物和热变形过程产生的细微缺陷，提高管件清洁度和表面质量。珠光体钢管道运输和仓储期间的防腐可以采用以下3 种方法。

（2）管道内部放置粉末状气相缓蚀剂。

（3）紧固件等小尺寸零件涂抹防腐油脂。