2026 ASME 規範架構下 6吋以下 (≤ 6″) 管件成型應變率 ε 之深度剖析：5D_XXS 冷作彎管 (IH-PBHT) 與 1.5D_XXS 電銲彎頭 (PWHT) 差異化分析報告 (Deep Analysis of Forming Strain Rate (ε) for Piping Components ≦ 6″ under 2026 ASME Codes: Comparative Study of 5D XXS Cold-Bent Pipe (IH-PBHT) vs. 1.5D XXS Welded Elbows (PWHT))

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一、 摘要 (Summary)

本研究報告旨在針對 2026 年工程環境下，依據 ASME B31.3-2024 與 ASME B31.1-2024 最新規範架構，對 6 吋（DN 150）及以下 Schedule XXS（Double Extra Strong）厚壁管件的成型應變率（Forming Strain, ε）、殘餘應力分佈、管壁減薄效應及熱處理需求進行詳盡的差異化分析。研究核心聚焦於兩種截然不同的製程路徑：經由冷彎成型並施以 感應加熱彎後熱處理 (Induction Heating PBHT, IH-PBHT) 的 5D 冷作彎管，以及依據 ASME B16.9 標準製造並施以銲後熱處理（Post-Weld Heat Treatment, PWHT）的 1.5D 對銲彎頭。

分析顯示，對於 6 吋 XXS 厚壁管（壁厚約 21.95 mm），5D 冷彎工法雖然能提供優異的流體動力學性能並消除轉角處的環向銲道，但其理論成型應變率高達 10% 至 16%，遠超 ASME B31.3 對於嚴苛工況下免除熱處理的 5% 門檻。採用 IH-PBHT 取代傳統全爐熱處理，能精準針對發生塑性變形的彎曲段進行局部應力消除，在確保材料韌性與消除加工硬化的同時，大幅提升能源效率並減少非變形區（直管段）的氧化皮生成。

相對而言，1.5D XXS 電銲彎頭雖然在製造階段經歷了極高的熱成型應變（理論值 > 35%），但由於供應狀態通常已由製造廠進行正火處理，其殘餘應變趨近於零。然而，其應用上的挑戰轉移至與直管連接的兩道深槽對接銲道（Butt Welds）。在 2026 年的法規視角下，針對 XXS 等級的高壓或腐蝕性工況，實施 PWHT 仍是確保銲道熱影響區（HAZ）硬度控制與應力腐蝕龜裂（SCC）防護的標準配置。

本報告總結指出，在需承受高週疲勞、沖蝕磨損（Erosion）或需進行清管作業（Pigging）的長輸管線與高壓製程中，5D_XXS 冷作彎管 (IH-PBHT) 為技術上的最優解；而在空間受限、承受靜態高壓且無劇烈沖蝕風險的模組化配管中，1.5D_XXS 電銲彎頭 (PWHT) 則提供了成本與施工效率的最佳平衡。

二、 緒論 (Introduction)

2.1 研究背景與動機

隨著工業製程向更高溫、更高壓及更具腐蝕性的環境發展，配管系統的完整性管理（Integrity Management）已從單純的壓力設計轉向涵蓋材料微觀結構、成型歷程及殘餘應力演化的全生命週期評估。特別是在 2026 年，工程界預期將全面採用 ASME B31.3-2024 版作為製程配管的核心設計依據，該版本在成型應變（Forming Strain）的計算方法及熱處理豁免條款上均有細緻的更新與闡釋。

本報告選定 6 吋 (NPS 6) 以下且管壁等級為 Schedule XXS 的管件作為研究對象，具有極高的工程代表性。XXS（Double Extra Strong）代表了小管徑配管中壁厚極限的工況。以 6 吋管為例，其外徑為 168.3 mm，而壁厚高達 21.95 mm，徑厚比（D/t）僅約 7.7。此種「厚壁」特性使得冷彎成型時的塑性力學行為極為複雜，極大的截面慣性矩（Moment of Inertia）要求巨大的彎曲力矩，進而導致高強度的包辛格效應（Bauschinger Effect）與殘餘應力累積。

2.2 研究範圍與定義

本報告將深入探討以下兩種構型的差異：

  1. 5D_XXS 冷作彎管 (IH-PBHT)：
    • 定義：利用液壓彎管機在常溫下將直管彎曲至中心半徑為管徑 5 倍（5D）的幾何形狀。
    • 關鍵製程：冷加工（Cold Working）後，採用 感應加熱 (Induction Heating) 方式針對彎曲區域實施局部彎後熱處理 (PBHT)，旨在消除冷作硬化並恢復材料韌性。
  2. 1.5D_XXS 電銲彎頭 (PWHT)：
    • 定義：採用符合 ASME B16.9 標準的工廠預製長半徑（Long Radius, LR）彎頭，其彎曲半徑為管徑的1.5 倍。
    • 關鍵製程：通過兩道圓周對接銲道（Girth Welds）與直管連接，並針對銲道區域實施銲後熱處理（PWHT）。

2.3 2026 ASME 規範架構之定義

本報告所稱「2026 ASME 規範架構」，係指在 2026 年執行工程設計、採購與施工（EPC）時所適用的法規基準。依據 ASME 委員會的出版週期，2026 年的現行版本將是 ASME B31.3-2024（製程配管）與 ASME B31.1-2024（動力配管）。本報告之分析數據、公式引用及合規性判斷，均嚴格基於 2024 版規範之條文內容。

三、 法規架構與成型應變理論 (Regulatory Framework and Forming Strain Theory)

在深入比較兩種管件之前，必須先建立堅實的法規與理論基礎，特別是針對 ASME B31.3 在成型與熱處理方面的最新要求。

3.1 ASME B31.3-2024 成型應變計算準則

依據 ASME B31.3-2024 第 332 節「彎曲與成型」（Bending and Forming），設計者必須計算彎管作業產生的纖維伸長率（Fiber Elongation），以決定是否需要進行彎後熱處理。

3.1.1 應變率計算公式

對於冷彎作業，規範提供了計算外弧側（Extrados）最大纖維伸長率  的公式。在 2026 年的架構下，對於單純彎曲（無內壓擴管），通用公式如下：

ε= r/R*100%

其中：

  • r：管子的標稱半徑（Nominal Radius of pipe），即 OD/2。
  • R：彎管的中心線半徑（Centerline Radius of bend）。

此公式基於幾何假設，認為中性軸（Neutral Axis）位於管中心。然而，對於 XXS 厚壁管，實際的中性軸會向內弧側（Intrados）偏移，導致外弧側的實際應變率略高於此理論值。但在法規合規性檢查（Code Compliance Check）中，上述公式仍是判斷熱處理需求的標準依據 1。

3.1.2 熱處理觸發門檻 (Para. 332.4.2)

ASME B31.3-2024 對於冷彎後的熱處理要求有明確的界定。對於 P-No. 1 碳鋼材料（如 ASTM A106 Gr. B, A333 Gr. 6），當滿足下列任一條件時，必須進行熱處理：

  1. 極限應變條件：計算出的纖維伸長率 超過材料規範規定的基本最小伸長率的 50%。
  2. 衝擊測試條件：若該材料在設計工況下需要進行衝擊測試（Impact Testing，通常指低溫或高應力工況），且計算出的纖維伸長率ε>5%。
  3. 工程設計指定：當工程設計文件（Engineering Design）明確規定時。

分析觀點：在 5D 彎管的情境下，我們將在後續章節驗證其應變率是否觸發上述條款。

3.2 熱處理豁免條款的演進 (Tables 331.1.1 & 331.1.3)

熱處理（無論是 PBHT 或 PWHT）是成本與時程的殺手，因此「豁免條款」是工程師最關注的焦點。在 ASME B31.3 的演進歷程中，針對 P-No. 1 碳鋼的 PWHT 要求經歷了顯著變化。

  • 傳統規範：過去（如 2012 年以前），凡是壁厚超過 19 mm (3/4 吋) 的 P-No. 1 碳鋼銲道，強制要求 PWHT。
  • 2024/2026 現狀：ASME B31.3-2024 表1.3 提供了更靈活的豁免機制。對於 P-No. 1 材料，即使壁厚達到或超過 25 mm (1 吋)，只要在銲接過程中實施了 95°C (200°F) 以上的預熱（Preheat），即可豁免 PWHT 2。

關鍵衝突點：

本案研究對象為 6 吋 XXS 管，其壁厚約為 21.95 mm。

  • 依據 2024 版規範，此壁厚小於 25 mm，且通常也小於舊版的 25 mm 豁免上限（需配合預熱）。這意味著，在一般流體服務（Normal Fluid Service）下，法規並未強制要求對5D XXS 彎頭的銲道進行 PWHT，僅需適當預熱即可。
  • 然而，使用者查詢中明確指定了 “(PWHT)”。這暗示了該應用場景屬於 「法規要求之上」 (Above Code) 的高規格工況，例如：
    • 酸性服務 (Sour Service)：依據 NACE MR0175/ISO 15156，為控制銲道硬度低於 22 HRC (248 HV) 以防止硫化物應力龜裂 (SSC)，通常強制要求 PWHT，無論壁厚為何。
    • 致死性流體 (Lethal Service)：或是高壓氫氣服務，出於安全考量強制執行。

因此，本報告將基於「強制執行熱處理」的前提進行分析，這代表了一種高完整性（High Integrity）的設計哲學。

四、 6吋 XXS 管件之物理特性詳解 (Physical Characteristics of 6″ XXS Components)

在進行應變分析前，必須精確定義研究對象的幾何參數。Schedule XXS (Double Extra Strong) 非同小可，其壁厚之大，徹底改變了應力分佈的行為。

4.1 尺寸規格數據 (ASME B36.10M)

依據 ASME B36.10M 銲接與無縫軋製鋼管標準，6 吋 (NPS 6) XXS 管的參數如下表所示 3：

參數 (Parameter) 數值 (Metric) 數值 (Imperial) 備註 (Notes)
公稱管徑 (NPS) 6 6 DN 150
外徑 (OD) 168.3 mm 6.625 in 恆定值
管壁等級 (Schedule) XXS Double Extra Strong  
公稱壁厚 (Nominal Wall, tnom) 21.95 mm 0.864 in 極厚壁
內徑 (ID) 124.4 mm 4.897 in OD-2* tnom
管重 (Weight) 79.22 kg/m 53.23 lb/ft 質量極大，熱容量高
徑厚比 (D/t Ratio) 7.66   屬於厚壁圓筒理論範疇

五、 5D_XXS 冷作彎管 (IH-PBHT) 之深度剖析

本章節深入探討以冷加工方式製造 5D 彎管的物理冶金過程，以及採用感應加熱方式進行彎後熱處理 (IH-PBHT) 的技術細節。

5.1 5D 冷彎幾何定義

所謂 “5D” 彎管，通常指其中心線彎曲半徑 R為公稱管徑（Nominal Pipe Size, NPS）的 5 倍。在石化工業慣例中，通常以公稱管徑為基準。本報告採納 定義 A (R = 5 x NPS) 進行分析。

5.2 成型應變率  之精確計算

依據 ASME B31.3 332.4.2 公式，以 6 吋管為例：

ε= 84.15/762*100% ≒11.04%

分析結論：11.04% 的冷作應變是一個相當顯著的數值，意味著材料經歷了深度的塑性變形。

5.3 管壁減薄 (Wall Thinning) 之臨界分析

冷彎過程中，外弧側因拉伸而變薄。ASME B31.3 Para. 304.2.1 要求彎管後的最小壁厚必須滿足壓力設計要求。對於 5D 彎管，壁厚減薄率約為 10%，這對於 XXS 級別的高壓管線設計至關重要 4。

5.4 感應加熱彎後熱處理 (IH-PBHT) 之技術解析

IH-PBHT 是利用電磁感應線圈（Induction Coils）針對彎管區域進行局部加熱。

  • 加熱範圍 (Soak Band)：根據 Para 331.2.6，加熱範圍必須覆蓋整個彎曲部分（Bend Arc）以及兩端延伸至少 25 mm (1 吋) 的直線段。
  • 優勢：相較於全爐熱處理，IH-PBHT 具有極高的能源效率，僅加熱變形區，且能更靈活地處理現場長管段。

5.5 0.5″~6″ XXS 管件成型應變率 () 量化計算總表

為了更全面地評估不同管徑在 2026 ASME 規範 下的合規性，本節依據 ASME B31.3-2024 Para. 332.4.2 冷彎成型應變公式 (ε= r/R*100%)，針對 0.5″ 至 6″ Schedule XXS 管件，分別列出 5D 冷作彎管 (R = 5 x NPS) 與 1.5D B16.9 標準彎頭 的成型應變率計算結果。

5.5.1 計算參數設定

  • r (Nominal Radius of Pipe): OD/2 (依據 ASME B36.10M 標準外徑)。
  • R5D(5D Bending Radius): 5*NPS (converted to mm) 。此為工業界標準彎管定義。
  • R1.5D(1.5D Elbow Radius): 依據 ASME B16.9 長半徑彎頭 (Long Radius Elbow) 之 “Center-to-End” 尺寸標準。需注意小管徑（如 1″ 以下）的 B16.9 彎頭半徑並非嚴格的 1.5 x NPS，而是固定尺寸，導致應變率極高。

5.5.2 成型應變率 (ε) 計算方針

公稱管徑(NPS) 外徑 OD(mm) XXS 壁厚(mm) 5D 冷彎 (R=5D)   1.5D 彎頭 (ASME B16.9)  
      彎曲半徑 R (mm) 應變率 ε (%) 彎曲半徑 R (mm) 理論應變率 ε (%)
1/2″ 21.3 7.47 63.5 16.8% 38 28.0%
3/4″ 26.7 7.82 95.3 14.0% 38 35.1%
1″ 33.4 9.09 127.0 13.1% 38 43.9%
1-1/2″ 48.3 10.15 190.5 12.7% 57 42.4%
2″ 60.3 11.07 254.0 11.9% 76 39.7%
2-1/2″ 73.0 14.02 317.5 11.5% 95 38.4%
3″ 88.9 15.24 381.0 11.7% 114 39.0%
4″ 114.3 17.12 508.0 11.2% 152 37.6%
5″ 141.3 19.05 635.0 11.1% 190 37.2%
6″ 168.3 21.95 762.0 11.0% 229 36.7%

5.5.3 數據深度解讀

  1. 小管徑的應變異常 (The Small Bore Anomaly)：
    從表中可見，0.5″ 至 1″ 的小管徑，其 5D 冷彎成型應變率（16.8%）顯著高於大管徑（11.0%）。這是因為小管徑的實際外徑 (OD) 相對於公稱尺寸 (NPS) 的比例較大。這意味著小管徑的冷彎加工硬化程度比大管徑更嚴重，因此在這些尺寸下執行 IH-PBHT 的必要性與急迫性更高。
  2. 5D 彎頭的幾何極限：
    對於 1.5D 彎頭，其幾何形狀所隱含的理論應變率高達 35%~44%。這不僅證實了為何 ASME B16.9 彎頭必須採用熱成型 (Hot Forming)，也說明了若在現場試圖將 XXS 直管冷彎至 1.5D 半徑，管壁將會破裂或發生極度減薄，物理上不可行。
  3. 法規合規性總結：
    上表所有尺寸（5″~6″）的 5D 冷彎應變率（11.0% ~ 16.8%）均遠超 ASME B31.3 的 5% 門檻。因此，在 2026 規範架構下，凡是執行 5D 冷彎的 XXS 管件，IH-PBHT (感應加熱彎後熱處理) 是絕對的強制要求，無任何豁免空間。

六、 1.5D_XXS 電銲彎頭 (PWHT) 之深度剖析

本章節分析標準工廠製彎頭的特性及其銲接接合的挑戰。

6.1 ASME B16.9 製造標準與成型機制

1.5D 彎頭屬於標準管件，依據 ASME B16.9 製造。

  • 熱成型 (Hot Forming)：製造商通常使用「推制法」（Mandrel Forming），將加熱至奧氏體化溫度（約 900°C 以上）的管胚推過牛角狀的芯棒 6。
  • 零殘餘應變：由於是在再結晶溫度以上成型，且成品通常經過正火處理（Normalizing），因此出廠的1.5D 彎頭，其殘餘成型應變理論上為 0%。這與冷彎管的 11%~16.8% 形成強烈對比。

6.2 銲接接合 (Butt-Welding) 的挑戰

1.5D 彎頭必須通過兩道圓周銲道與直管連接。對於 6 吋 XXS 管（壁厚 21.95 mm），這是極具挑戰性的銲接工程，需面對高填充量與高拘束度（High Restraint）的挑戰。

6.3 PWHT (銲後熱處理) 之必要性

針對 6 吋 XXS 的 PWHT，其目的在於消除銲接殘餘應力並改善 HAZ 韌性。雖然 ASME B31.3-2024 可能允許預熱豁免，但對於 XXS 這種厚壁管，執行 PWHT 是確保接頭最高完整性的最佳實務。

七、 差異化分析：流體動力學與沖蝕 (Differential Analysis: Hydraulics & Erosion)

本章節深入探討兩種管件在流體力學行為上的顯著差異，特別針對 K-Factor (流阻係數) 與 沖蝕 (Erosion) 機制進行量化分析。

7.1 流阻係數 (Resistance Coefficient, K) 的差異

流體通過彎頭或彎管時，會因流向改變而產生壓降，此能量損失以  K值表示（hL = K* v2/2g）。

  • 5D 標準彎頭 (Standard Elbow)：
    • 高湍流 (High Turbulence)：由於曲率半徑小 (R/D≒1.5)，流體在通過時會產生強烈的離心力，導致外弧側壓力升高，內弧側壓力降低。這種劇烈的壓力梯度會在彎頭出口處誘發嚴重的流動分離 (Flow Separation) 與二次流 (Secondary Flow)，形成著名的迪恩渦 (Dean Vortices)。
    • K 值估算：依據 Crane TP-410 及相關文獻，對於 90° 的1.5D 彎頭，其 K 值約在 0.30 ~ 0.45 之間。在高流速下，這意味著顯著的泵浦能耗。
  • 5D 冷作彎管 (Cold Bend)：
    • 平滑過渡 (Smooth Transition)：由於曲率半徑大 (R/D=5)，流線能更平順地貼合管壁，極大地抑制了流動分離現象。
    • K 值優勢：研究顯示，當 R/D增加至 3 以上時，K 值會顯著下降。對於 5D 彎管，其 K 值通常低於 0.20，甚至接近 0.15。這對於長距離輸送或對壓降敏感的系統（如蒸汽管線）而言，能顯著降低操作成本。

7.2 固體顆粒沖蝕 (Solid Particle Erosion)

在含有微量固體顆粒（如砂粒）的多相流中，沖蝕速率是決定管件壽命的關鍵。

  • 1.5D 彎頭的「集中打擊」：
    • 由於轉彎急促，慣性較大的固體顆粒無法跟隨流線，會以較大的衝擊角 (Impact Angle) 直接撞擊彎頭外弧側的後段區域。CFD 模擬顯示，這種「集中式」的撞擊會導致該區域出現極高的局部沖蝕率 (Maximum Erosion Rate)。
  • 5D 彎管的「分散效應」：
    • 在 5D 彎管中，顆粒的撞擊角度較小（接近切向），且撞擊點分散在較長的弧長上。雖然受影響的總表面積增加，但單位面積的最大沖蝕深度顯著降低。研究指出，從1.5D 改為 5D，最大沖蝕率可降低 50% 以上。
    • 壽命延長：對於 XXS 厚壁管，這意味著 5D 彎管在穿孔失效前的服務壽命將遠長於1.5D 彎頭。

7.3 流動加速腐蝕 (Flow-Accelerated Corrosion, FAC)

對於碳鋼管路（如 A106 Gr.B），FAC 是另一大隱憂，特別是在銲接處。

  • 1.5D 彎頭的銲道風險：1.5D 彎頭必須通過對接銲與直管連接。銲道內部的微小凸起（銲瘤）或錯位 (Misalignment) 會在銲道下游產生局部湍流。這種湍流會破壞金屬表面的保護性氧化層 (Magnetite Layer)，加速腐蝕。
  • 5D 彎管的免疫力：5D 彎管是將直管直接彎曲，消除了轉角處的環向銲道。這從根本上移除了湍流發生源，使得彎管區域對 FAC 具有極佳的抵抗力。

八、 差異化分析：結構完整性 (Differential Analysis: Structural Integrity)

本節從應力集中、疲勞壽命與壓力邊界穩定性三個維度，分析兩者在承受機械負荷時的結構表現。

8.1 應力強化係數 (Stress Intensification Factor, SIF)

ASME B31.3 使用 SIF (i) 來量化管件相對於直管的應力集中程度，這直接影響管系的應力分析結果。

  • 理論公式：依據 ASME B31.3 附錄 D (或引用 ASME B31J)，彎管的 SIF 計算公式為：

i = 0.9/h2/3
其中柔性特徵值h = T*R/r2  (T=壁厚, R=彎曲半徑, r=管平均半徑)。

  • 數據對比：
    • 1.5D 彎頭：由於 R很小，計算出的 h值較小，導致 i值較大。對於 6″ XXS，其 SIF 通常在 1.3 ~ 1.6 之間。這意味著在相同的熱膨脹位移下，彎頭處的計算應力會被放大，容易成為應力分析中的 Fail Point。
    • 5D 彎管：由於R 很大，柔性較好，h 值大，導致 i值顯著降低。雖然B31.3 規定 不得小於 1.0，但 5D 彎管的實際應力集中程度遠低於 1.5D。這為管系設計提供了更大的熱膨脹容許裕度。

8.2 疲勞壽命 (Fatigue Life)

  • 銲道效應：1.5D 彎頭的兩端銲道位於彎矩最大的區域。銲接熱影響區 (HAZ) 通常是疲勞強度的弱點。實驗顯示，對接銲道的疲勞強度衰減係數 (FSRF) 可達 1.2 ~ 2.0。
  • 無銲接優勢：5D 彎管在彎曲段無銲接，且經過 IH-PBHT 消除了冷作硬化，其金相組織連續且均勻。這使得 5D 彎管在承受高週疲勞（如壓縮機震動）或低週疲勞（如熱循環）時，具有更優異的抗裂紋萌生能力。

8.3 壓力邊界與布爾登效應 (Bourdon Effect)

  • 布爾登效應：當彎管承受內壓時，其截面會傾向於變圓，導致彎管有「拉直 (Opening)」的趨勢。
  • XXS 的剛性：由於 XXS 管壁極厚，兩者的截面橢圓化變形均受限。然而，1.5D 彎頭由於結構更緊湊、剛性更高，其布爾登效應引起的位移較小。5D 彎管雖然柔性好，但在超高壓下會產生較大的端點位移，這在管系支撐設計時需納入考量。
  • 壁厚減薄風險：如前所述，5D 冷彎的外弧減薄（約 10%）是其結構上的短板，必須在採購時透過增加母管壁厚（如訂購 Wall 而非 Nominal Wall）來補償，以維持與 1.5D 彎頭同等的耐壓能力 4。

九、 綜合比較方針 (Comprehensive Comparison Strategy)

基於上述的技術深度剖析，本節提出針對 2026 年工程專案的綜合選用方針，涵蓋成本、採購與施工維度。

9.1 全生命週期成本 (LCC) 評估方針

決策不應僅基於單件採購成本，而應考量總安裝成本 (TIC) 與維護成本。

成本構面 1.5D_XXS 電銲彎頭 (PWHT) 5D_XXS 冷作彎管 (IH-PBHT) 決策方針
材料採購費 低 (標準量產品) 高 (需客製化加工) 1.5D 在預算受限專案具優勢
銲接施工費 極高 (XXS 壁厚需多道次銲接) 低 (無轉角銲道，減少 2 道口) 若勞動力成本高，5D 具優勢
NDT 檢測費 高 (需 RT/UT 檢測 2 道厚壁銲道) 低 (僅需檢測彎管本體) 5D 可大幅縮短檢測時程
運行能耗 高 (高壓降 K≒0.35) 低 (低壓降 K<0.20) 長期運轉專案優先選用 5D
維護更換 高頻率 (易沖蝕、FAC 風險高) 低頻率 (抗沖蝕、壽命長) 高沖蝕工況強制選用 5D

9.2 採購與供應鏈管理方針

  • 1.5D 彎頭：
    • 策略：採購符合 ASME B16.9 的標準件。
    • 風險：需嚴格管控 XXS 壁厚公差。B16.9 允許 12.5% 的負公差，對於 XXS 這種高壓應用，建議在 MR (Material Requisition) 中要求「實測壁厚不得低於公稱值的 87.5%」或更嚴格的公差 8。
    • 證書：要求 EN 10204 3.1 證書，並註明已執行正火熱處理。
  • 5D 彎管：
    • 策略：需採購「母管 (Mother Pipe)」並委託彎管廠加工。
    • 關鍵：母管的壁厚選擇至關重要。必須採購「平均壁厚 (Average Wall)」或「最小壁厚 (Min Wall)」等級的管材，以補償冷彎造成的 10%~15% 減薄。
    • 前置期 (Lead Time)：5D 彎管屬客製化製程，加上 IH-PBHT 與測試，交期通常較長（8-12 週）。專案排程需預留緩衝。

9.3 施工與品質保證 (QA/QC) 方針

  • 熱處理驗證：
    • 對於 5D (IH-PBHT)，必須查核熱處理圖表 (Chart)，確認加熱帶 (Soak Band) 寬度涵蓋了彎管全段及延伸直管段，且加熱速率符合 ASME B31.3 2024 的要求。
    • 對於1.5D (PWHT)，重點在於銲道硬度測試 (Hardness Test)，確保 HAZ 硬度低於 NACE 標準（如 < 248 HV10）。
  • 橢圓度 (Ovality) 控制：
    • ASME B31.3 允許 8% 的橢圓度（內壓工況），但對於 6″ XXS，由於管壁極厚，過大的橢圓度會導致與閥門或法蘭對接困難。建議在規格書中將 5D 彎管的橢圓度限制加嚴至 3% ~ 5%，以利現場安裝 4。

十、 結論與建議 (Conclusion and Recommendations)

10.1 結論

在 2026 年 ASME B31.3 規範架構下，5D_XXS 冷作彎管 (IH-PBHT) 與 1.5D_XXS 電銲彎頭 (PWHT) 透過嚴格的熱處理，在冶金上已達到工程等效。5D 彎管憑藉其無銲接轉角與低流阻特性，在動態負荷與長輸管線中佔優；而 1.5D 彎頭 則以標準化與壁厚保證，在靜態高壓與空間受限場景中勝出。

10.2 工程建議

  1. 5D_XXS (IH-PBHT) 優先場景：長輸管線、嚴重沖蝕工況、需清管作業者。務必嚴格監控 IH-PBHT 的加熱寬度與溫度均勻性。
  2. 1.5D_XXS (PWHT) 優先場景：模組化 Skid 配管、靜態高壓系統、維修更換。
  3. 合規提醒：針對0.5″~6″ 的所有 XXS 冷彎管件，計算顯示其應變率均遠超 5%，因此 IH-PBHT 是強制性的合規要求。

參考文獻

  1. asme b31.3 process piping stress analysis requirements, https://asmedigitalcollection.asme.org/ebooks/book/chapter-pdf/2793733/802558_ch1.pdf
  2. Piping Code Comparison EN 13480 – ASME B31.3, https://www.energy.gov/sites/default/files/2024-08/Report%20-%20EN%2013480%2C%20ASME%20B31%20Comparison%20-%2021%20A.pdf
  3. ANSI / ASME B36.10M 6 inch Schedule XXS Pipe Dimensions – FERROBEND, https://ferrobend.com/dimensions/ansi-asme/pipe/b36.10m-6-inch-schedule-xxs/
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  7. ASME B31.3 Sample Wall Thickness Calculations – Little P.Eng. Engineering, https://www.littlepeng.com/single-post/2017/07/21/asme-b313-sample-wall-thickness-calculations
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  9. Elbows Long Radius, 45-90 deg – Wermac.org, https://www.wermac.org/fittings/dim_elbows_a.html
  10. ASME B31.3 Process Piping – AquaEnergy Expo Knowledge Hub, https://kh.aquaenergyexpo.com/wp-content/uploads/2025/02/ASME-B31.3-Process-Piping.pdf
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