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1、燃气工程中弯管加工 一、煨弯时管子受力与变形煨弯时管子受力与变形，见图5-4。管子在煨制过程中，其内侧管壁各点均受压力，由于挤压作用管壁增厚。直线CD成为圆弧CD，由于压缩变短；外侧管壁受拉力，在拉力作用下管壁减薄，直线AB变为圆弧线AB且伸长。管壁减薄会使强度降低，为了保证一定强度，要求管壁有一定厚度，在弯曲段管壁减薄应均匀。图5-4 弯管受力与变形壁厚减薄率，高压管不超过10，中低压管不超过15，且不小于设计计算壁厚。断面椭圆率，高压管不超过5，中低压管不超过8。影响弯管壁厚的主要因素是弯曲半径R(见图5-5)。同一直径的管子弯曲时，R大，弯曲断面的外侧的减薄量或内侧的厚量小，R小，弯曲断
2、面外侧减薄量大。从强度方面和减少管道阻力考虑，R值大较为有利，但在工程上R大的变头占空间大且不美观，所以R值应有选用范围。一般常用R=(1.54)D(D为管子公称直径)，热煨弯R=3.5D，冷煨弯R=4D，冲压弯头R=1.5D，焊接弯头R=1.5D。图5-5 弯管用直缝钢和煨弯时应注意焊缝的位置，应将焊缝放在受力小、变形小的部位。图5-4的I-I断面图是对最大利断面的描绘。煨弯后圆形断面(虚线圆)变为椭圆形，圆周上只有A、B、C、D四点位置不变，其他各点都发生了移位，AB弧及CD弧区内的各点在拉力作用下沿径向向移位，AD弧与BC弧区的各点在压力作用下沿径向向圆心移动，形成椭圆。椭圆长轴和短轴与
3、椭圆交点处均属受力最大，变形最大的位置，应避免放焊缝。A、B、C、D四个点不受力的作用，不产生移位，这四个点与椭圆的长短轴近似成45角，是放焊缝的最佳位置。二、弯管加工1.钢管冷弯 指钢管不加热，在常温下弯管加工。常用手工弯管器与电动弯管机。(1)手工弯管器 手工弯管器的形式较多，图5-6是滚轮工弯管器，由固管轮1、活动轮2、管子夹持器3及杠杆4组成。将需要煨弯的管子插入两滚轮之间，一端用夹持固定，然后扳动杠杆，则管子弯曲，达到需要的弯曲角度后停止扳动杠杆。其缺点是一套滚轮只能变一种管径的管子，需要有多套滚轮，劳动强度高，只适用于小管径。图5-6 滚轮弯管器(2)小型液压变管机 常用的小型液压
4、弯管机有三角架式与小车式弯管机，见图5-7。它用手动液压泵为动力，操作省力。弯管范围为管径1540mm，适合现场使用。每一模具弯一种管径的管子，需要有多种种模具。图5-7 小型液压弯管机a)三角架式 b)小车式(3)电动弯管机 电动弯管机煨弯速度快、质量好，可冷弯管径25150mm的管子，有定型设备。有些安装企业自制的电动弯管机可弯管径300mm的管子。用电动弯管机弯管时，先把管子沿导板放在弯管模与压紧模之间，见图5-8a。压紧管子后启动开关，使弯管模和压紧模带着管子一块绕弯管模旋转，到需要的角度停车，如图5-8b所示。图5-8 电动弯管机煨管示意图a)煨管前 b)煨管后1-管子 2-弯管模
5、3-导板 4-压紧模电动弯管机分无芯弯管与有芯弯管 图5-8 电动弯管机煨管示意图机两种。1)无芯弯管机 钢管煨弯时，管内不加芯棒。为了防止煨弯时产生椭圆断 面，常采用反向预变形法，即在管子煨弯前，将管子的将弯曲处加压力产生反向预变形。见图5-9。当管子煨弯后，反向预变形正好消除，弯曲处管子断面保持圆形，加压预变形是通过滚轮胎具压制而成的，滚轮胎具的凹槽是按照变形实际情况加工的，对不同管径的管子要用不同滚轮胎具。图5-9 弯管预变形a)90弯管断面 b)管段反向预变形 c)预变形滚轮模具2)有芯弯管机 大直径的钢管，管壁较厚，常使用有芯弯管机。在管内放置芯棒，芯棒外径比管内径小115mm，放在
6、管子开始弯曲面的稍前方。芯棒的圆锥部分与圆柱部分的交界线，要放在管子的开始弯曲面上。如图5-10所示。如果芯棒伸得过前，可能使芯棒开裂；如果芯棒靠后，又会使管子产生过大的椭圆度。芯棒的正确位置可通过试验获得。图5-10 弯管时弯曲芯棒的位置图1芯棒 2管子的开始弯曲面 3拉杆2.钢管热弯 这是通过将管子加热，增加塑性，降低机械强度，从而降低弯曲时需要的动力来煨制弯管。在没有冷煨机械的情况下，对管径较大，管壁较厚的管子采用热煨弯。钢管热煨弯应用较早的是灌砂加热煨弯法，以后逐步为火焰弯管机、晶闸管中频弯管机所代替。(1)火焰弯管机 见图511。其主要组成有动力和变速部分，弯曲力臂，火焰加热和水冷装
7、置以及管子固定调节装置等。图5-11 火焰弯管机1电动机 2减调速机构 3传动机构 4转臂 5火焰炬 6水冷圈 7调节轮 8托辊 9直管 10弯管弯管时，按要求调节力臂的弯曲半径和弯曲角度，将管子用滚轮固定好位置。选择合适的火焰炬套在管外，调节好起弯点位置，然后调查火焰炬点火加热管子，选定力臂的旋转速度，开动弯管机与通住水冷圈的水管阀门，弯曲力臂慢慢移动，管子也弯曲成形。火焰弯管机是对管子的弯曲部分分段加热煨弯，即采取边加热边煨弯边冷却，直至达到所需要的角度为止。管子加热采用氧乙炔混合气体通过环形火焰炬内侧的许多小孔，喷出火焰，加热钢管，加热宽度约30mm。当加热至780850，呈樱红色时，力
8、壁按弯曲半径走动，就能对受热带进行煨弯。受热带经过煨弯后，立即进入紧靠火焰炬后的水冷圈，水通过水冷圈内侧的许多小孔喷出将管子冷却，使管子煨弯总是控制在受热带以内。这样。加热、煨弯、冷却连续进行，即可弯成所需要的弯管。由于弯管机弯曲力均匀，管子加热、煨弯、冷却面窄，速度快，管壁变形均匀，所以在管内不加填充物的情况下仍可保证弯管的椭圆度，其椭圆率可以控制在4以下。但对于要求较高的钢管，用火焰弯管机弯制的弯管质量难以满足要求。火焰弯管机的火焰炬喷气孔孔径较小，易堵塞，以致使加热不均匀而影响弯管质量，用氧乙炔气加热，容易因回火引起爆炸事故，另外，氧乙炔燃烧会造成劳动环境变差。使用中频弯管机可以避免这些
9、缺点。(2)中频弯管机 采用感应圈代替火焰炬加热，由于通过感应圈的电流交变，感应圈对应处的管壁中就相应产生感应涡流。感应圈中电流交变频率越高，管壁中涡流电流越大。由于管材电阻较大，使电能转变为热能，在涡流电的热效应作用下，产生高温进行煨弯。中频电一般是将常用交流电(50Hz)通过变频设备产生的。常用变频设备有两种：一种是变频机，另一种是晶闸管变频。中频弯管机可煨管径300mm的钢管。用晶闸管变频的弯管机常称为晶闸管中频弯管机。中频弯管机除加热装置为感应圈外，其他构造与火焰弯管机基本相同。感应圈是用四方形纯铜管制成，圈的内径和煨弯管子外表面保持3mm左右间隙，紫铜管壁厚23mm。感应圈的厚度决定
10、着加热宽度，管径为68108mm，厚度用1213mm；管径为133219mm时，厚度用15mm。感应圈内通入冷水，经水孔喷淋冷却已煨弯的红带，加热红带宽度约为1520mm。管子前进加热、煨弯和喷水冷却都是通过自控系统连续进行的。3冲压弯头 冲压弯头又称模压弯头，是根据规定的弯曲半径，用钢制成模具，然后将下好的管段或钢板放入加热炉中，加热至900左右，取出，放在模具中加压成形。用管段压制的为无缝弯头，用板材压制的为有缝弯头。无缝模压弯头是根据计算的弯管展开长度下料(见图512)，将切好的管段放入加热炉中加热，加热至900左右，取出放在模具中压制，模具由上模、下模与芯子三部分组成。芯子放入管段中，
11、用压力机压制成形。当弯头管口不圆时需再加热整圆，切去毛边、坡口即成。实践证明，在下料时弯管的长臂要比理论计算加长15%，而短臂比理论计算值应减小4。图5-12 天缝模压弯管下料有缝弯头制作。按弯管展开原理，无将钢板下料呈扇形，然后加热，放入模具压制成瓦状(见图5-13)，再画线并切去多余部分，修理后将两瓦坡口、组对焊接成弯头。弯头管口不圆时需加热后修整。燃气管道使用的有缝弯管，其焊缝必须探伤合格。这种弯管管壁厚度均匀，耐压强度离，弯曲半径小，适合于加工大管径弯管。模压弯管要有大量模具，用以加工各种角度、各种管径的弯管，适合批量生产，运输方便，成本低。图5-13 有缝模压弯管模压弯管有定型产品，
12、其他弯管亦可委托加工。当采购或委托加工管弯时，必须注明钢材要求，弯管内、外径与壁厚(应与管子相同)，弯曲半径，椭圆率，焊缝探伤要求和弯管角度等。实践中经常发生弯管直径、壁厚与管材不符，弯管角度不符合要求等。这些问题在现场难以解决，将会拖延工期。表5-1 焊接弯管的最小节数弯管角度节数其中中间节n端节904226031245312302024.焊接弯管 当管径较大、管壁较厚或较薄、弯曲半径较小时，采用煨弯方法困难，常采用焊接弯管。其弯曲角度、弯曲半径及弯管组成的节数可根据需要选定，弯曲半径大，弯管组成的节数多，弯管内壁平滑，流体通过时阻力小。焊接弯管的节数，不应少于表5-1规定的节数。焊接弯管是
13、若干节带有斜截面的直管段焊接而成的，每个弯头有若干个中间节和两个端节。中间节两端带斜截面；端节一端带斜截面，长度为中间节的一半。见图5-14。为了减少焊口，常将端节的斜截面直接下料在较长的管子上，这样就减少了两上焊口。图5-14 焊接弯头1中间节 2端节(1)尺寸计算 中间节的背高和腹高分别为A和B，则端节的背高与腹高即分别为 和 ，可由下式计算：式中 端节的背高(mm)；端节的腹高(mm)；R弯曲半径(mm)；D管外径(mm)；a弯曲角度()；n弯管中间节的节数。按表5-1中的节数，90、60及30焊接弯头端节尺寸可分别按下式计算：45焊接弯头端节尺寸可分别按下式计算：(2)用展开法制作样板
14、 焊接弯头下料应先做样板，用展开法放样，如图5-15所示：在牛皮纸或石油沥青油毡纸上画直线段1-7等于管外径，分别从1和7两点作直线1-7的垂直线，截取1-1等于等 、7-7等于 ，连接1和7两点得斜线1-7。以1-7之长为直径画半圆，把半圆弧分为六等分(等分越多越精确)，从各等分点向直径1-7作垂线，与1-7相交于2、3、4、5、6各点，并与斜线1-7相交于2、3、4、5、6各点。在右边画1-7延长线，截取1-1线段等于管子外圆周长(L=D)，把1-1分成12等分，各等分点依次为1、2、3、4、5、6、7、6、5、4、3、2、1，由各等分点作1-1的垂线，在这些垂线上分别截取1-1等于1-1
15、、2-2等于2-2，7-7等7-7。用曲线板连接1，2，71，图中带斜线部分即为端节的展开图。在1-1直线段下面画出上半部的对称图与带斜线部分一块构成中间节的展开图。用剪刀将展开图剪下，即成下料样板。图5-15 焊接弯头下料样板(3)下料与焊接下料时先在钢管沿管子轴线画两条对称的直线，二直线间的弧长等于管子外圆周长的一半。以后将样板围在管外，使样板上的背高线和腹高线分别与管子上已绘出的两条直线重合。沿样板在管子上画出切割线，再将样板翻转180，画出另一段的切割线，两段间应留出切割口的宽度。如图5-16所示。两个端节另一端不切割，应和直管连在一起，以减少焊口。图5-16 下管制作焊接弯头下料图焊接弯头各节坡口时，弯头外侧的坡口角度应小些，弯头内侧的坡口角度应大些，否则弯头焊接后外侧焊缝厚，内侧焊缝窄，使弯头出现勾头现象。