在 42 MPa 这个“7 倍于家庭自来水”的超高压世界里,管系里最脆弱的地方往往不是直管,而是三通。选“锻造三通”还是“整体锻钢”?一句话:都能用,但花的钱、冒的风险、交的货期完全不同。下面把技术账拆成 5 步,帮你 5 分钟看懂。
先对齐基准:42 MPa 到底多“恐怖”
ASME B31.3 把 42 MPa 划在“高压(High Pressure)”区间,碳钢设计应力 138 MPa,此时壁厚公式 δ = PD/(2SE-0.8P) 算出的理论壁厚已达 30 mm。再加上腐蚀余量 3 mm,实际壁厚 33 mm——这已经接近普通热轧管的上限,焊接热输入稍大,热影响区就会“软一块”,留下隐患。
锻造三通:两块料“焊”成一条岔路
锻造三通是“两个锻制半夹套 + 一段主管”组焊而成,金属流线在焊缝处被迫 90° 拐弯,强度靠焊缝补齐。优点:模具小,重量轻,材料利用率 65 %;缺点:
一条环焊缝 + 两条纵焊缝,42 MPa 下需 100 % UT+RT,探伤费用≈ 1.2 万元/件;
焊缝疲劳寿命只有母材的 45 %(ASME VIII-2 曲线),在 10⁴ 次压力脉冲后易出现趾端裂纹;
氢工况下,焊缝硬度 > 22 HRC 就可能氢致开裂,需要焊后 620 ℃ 退火,交货期 +10 天。
整体锻钢:把“岔路”直接雕出来
整体锻钢三通是一根 80 kg 的圆钢直接模锻,金属流线连续,没有焊缝。优点:
强度与母材一致,疲劳寿命 ≥ 10⁵ 次,安全系数 3.2;
无焊缝,氢脆风险极低,可直接用于 70 MPa 氢站;
交货状态一次成型,后续只需加工坡口,周期 7 天。
缺点也明显:
需要 6 000 t 螺旋压力机,模具费 18 万元/套;
材料利用率仅 35 %,毛坯重 80 kg,成品 28 kg,料头 52 kg 只能当废钢;
单件价格≈ 2.8 万元,是锻造三通的 1.9 倍。
一张表算清综合成本(DN50、42 MPa、316L)
项目 | 锻造三通 | 整体锻钢 |
---|
毛坯费 | 0.8 万 | 1.5 万 |
焊接+探伤 | 1.2 万 | 0 |
热处理 | 0.3 万 | 0 |
机加 | 0.2 万 | 0.3 万 |
模具摊销 | 0 | 0.4 万 |
合计 | 2.5 万 | 2.2 万 |
交货周期 | 18 天 | 7 天 |
注:批量 ≥ 30 件时,整体锻钢模具费被摊薄,单件成本反比锻造三通低 8 %。
结论:按介质、批量、寿命三选一
氢能、超临界 CO₂、脉冲频繁(≥ 2 次/小时)——选整体锻钢,安全余量高;
天然气支线、批量 ≥ 30 件、设计寿命 20 年——整体锻钢综合成本更低;
一次性项目、预算卡得紧、无氢工况——锻造三通也能用,记得 100 % 探伤+焊后热处理。
把强度、寿命、成本都摆到桌面后,答案不再神秘:
“42 MPa 不怕贵,就整锻;想省钱,就锻焊,但记得把焊缝当亲儿子养。”
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