管材在煨彎過程中受力及變形如圖5-4所示。 管材煨制過程中，管內(nèi)壁各點均受到壓力，管壁因擠壓而增厚。 直線CD變成圓弧C'D'，由于壓縮而變短； 外管壁受到拉力，管壁在拉力的作用下變薄，直線AB變成弧線A'B'并拉伸。 管壁變薄會降低強度。 為了保證一定的強度，要求管壁有一定的厚度，并且在彎曲段管壁減薄應(yīng)均勻。

圖5-4彎管受力與變形

壁厚減薄率，高壓管道不超過10%，中低壓管道不超過15%，且不小于設(shè)計計算壁厚。

斷面橢圓率高壓管不超過5%，中低壓管不超過8%。

影響彎管壁厚的主要因素是彎曲半徑R（見圖5-5）。 相同直徑的管材彎曲時，若R大，則彎曲段外側(cè)減薄量或內(nèi)側(cè)厚度??；R大，則彎曲段外側(cè)減薄量或內(nèi)側(cè)壁厚??； 如果R較小，則彎曲部外側(cè)的減薄量較大。 從強度和降低管道阻力的角度來看，R值大更有優(yōu)勢。 但在工程中，R值較大的可變頭占用空間大，且不美觀，因此R值應(yīng)在一定范圍內(nèi)選擇。 一般采用R=(1.5~4)D（D為管子公稱直徑），熱彎R=3.5D，冷彎R=4D，沖壓彎頭R=1.5D，焊接彎頭R=1.5D。

圖5-5彎管

使用直縫鋼和煨彎時，應(yīng)注意焊縫位置，焊縫應(yīng)布置在應(yīng)力小、變形小的位置。 圖 5-4 中的第 II 部分描述了最有利的部分。 經(jīng)過煨和彎曲后，圓形截面（虛線圓）變成橢圓形。 只有圓周上的A、B、C、D四點保持不變，其他點全部移動。 AB弧和CD弧區(qū)域內(nèi)的所有點在拉力的作用下沿徑向發(fā)生位移，AD弧和BC弧區(qū)域內(nèi)的各點在壓力的作用下沿徑向向圓心移動，形成橢圓。 橢圓與橢圓的長軸與短軸的交點是受力最大、變形最大的位置，因此應(yīng)避免焊縫。 A、B、C、D四點不受力影響，不發(fā)生位移。 這四個點與橢圓的長軸和短軸大約成45°角，這是放置焊縫的最佳位置。

2、彎管加工

1、鋼管冷彎是指彎管在室溫下不加熱而彎曲。 常用的有手動彎管彎管和電動彎管機。

(1)手動彎管機手動彎管的形式有很多種。 圖5-6是一種滾輪彎管，它由固定管輪1、活動輪2、管架3和杠桿4組成。將需要彎管的管材插入兩個滾輪之間，一端用滾輪固定。夾緊，然后拉動杠桿，管子就會彎曲，當(dāng)達到所需的彎曲角度時，停止拉動杠桿。 缺點是一套滾輪只能更換一種管徑的管材，需要多組滾輪，勞動強度大，且只適合小管徑。

圖5-6 滾輪彎管

(2)小型液壓彎管機 常用的小型液壓彎管機有三腳架式和臺車式彎管機，見圖5-7。 它采用手動液壓泵作為動力，操作方便。 彎管范圍直徑15~40mm，適合現(xiàn)場使用。 每個模具彎曲一種直徑的管子，需要多個模具。

圖5-7 小型液壓彎管機

a) 三腳架式 b) 推車式

(3)電動彎管機電動彎管機彎曲速度快，質(zhì)量好。 可彎管直徑25～150mm的管子，并有整形設(shè)備。 有的安裝公司有自制的電動彎管機，可以彎管。

用彎管機彎管時，首先將管子沿導(dǎo)板置于彎管模具和壓縮模具之間，見圖5-8a。 壓緊管材后，啟動開關(guān)，使彎管模和壓縮模隨管材一起彎管管模旋轉(zhuǎn)，并停在所需角度，如圖5-8b所示。

圖5-8 煨彎管機示意圖

a) 煨管之前 b) 煨管之后

1-管道 2-彎管模具 3-導(dǎo)板 4-壓縮模具

電動彎管機分為無芯彎管彎管機有芯彎管機兩種。

1）無芯彎管機彎曲鋼管時，管子上不加芯軸。 為了防止煨彎時產(chǎn)生橢圓截面，常采用反向預(yù)變形方法，即在管材煨彎前，對管材彎曲部位施加壓力，使其產(chǎn)生反向預(yù)變形。預(yù)變形。 參見圖 5-9。 當(dāng)管道彎管時，反向預(yù)變形消除，管道在彎曲處的橫截面仍保持圓形。 加壓預(yù)變形是通過滾壓工具加壓形成的。 滾壓刀具的溝槽是根據(jù)實際變形情況加工的。 不同直徑的管道需要不同的滾壓工具。

圖5-9彎管預(yù)變形

a) 90°彎管段 b) 管段反向預(yù)變形 c) 預(yù)變形滾輪模具

2）芯管彎管機對于管壁較厚的大口徑鋼管，常采用芯管彎管機。 在管內(nèi)放置一根芯軸，芯軸的外徑比管內(nèi)徑小1～1.5mm，并放置在管材起始彎曲面稍前方的位置。 心軸的圓錐部分和圓柱部分之間的交線應(yīng)位于管材的起始彎曲表面上。 如圖5-10所示。 如果心軸向前延伸得太遠(yuǎn)，它可能會破裂； 如果太靠后，可能會導(dǎo)致管子橢圓度過大。 心軸的正確位置可以通過實驗獲得。

圖5-10彎管時彎曲芯軸位置圖

1—心軸 2—管道起始彎曲面 3—拉桿

2、鋼管熱彎是通過對管材進行加熱來使管材彎曲，以增加塑性并降低機械強度，從而減少彎管所需的功率。 在沒有冷煨機械的情況下，對于直徑較大、壁厚較厚的管道，采用熱煨和彎曲。 鋼管熱煨彎最早的應(yīng)用是充砂加熱煨彎法。 后來逐漸被火焰彎管機和晶閘管中頻彎管機所取代。

(1)火焰彎管機如圖5-11所示。 其主要部件包括動力和傳動部分、彎曲臂、火焰加熱和水冷卻裝置、管道固定和調(diào)節(jié)裝置等。

圖5-11 火焰彎管機

1—電機 2—減速機構(gòu) 3—傳動機構(gòu) 4—旋轉(zhuǎn)臂 5—火焰炬 6—水冷環(huán) 7—調(diào)節(jié)輪 8—托輥 9—直管 10—彎管

彎管時，根據(jù)需要調(diào)整力臂的彎曲半徑和彎曲角度，并用滾輪將管材固定到位。 選擇合適的火焰炬放在管道外側(cè)，調(diào)整彎管點位置，然后觀察火焰炬點燃并加熱管道，選擇力臂的旋轉(zhuǎn)速度，啟動彎管機和水管閥門連接水冷環(huán)的彎曲力臂緩慢移動，管子也彎曲成型。 火焰彎管機對管子的彎曲部分進行分段加熱彎曲，即加熱、彎曲、冷卻，直至達到要求的角度。 鋼管加熱是利用氧-乙炔混合氣體穿過環(huán)形火焰炬內(nèi)部的許多小孔，噴出火焰對鋼管進行加熱，加熱寬度約為30mm。 當(dāng)加熱到780~850℃并變成櫻桃紅色時，力墻按彎曲半徑移動，使受熱區(qū)彎曲。熱區(qū)文火彎曲后，立即進入緊靠火焰后面的水冷環(huán)火炬。 水通過水冷環(huán)內(nèi)側(cè)的許多小孔噴出，對管道進行冷卻。

然而，管道的彎曲始終控制在加熱區(qū)內(nèi)。 所以。 連續(xù)進行加熱、燜燒、彎曲、冷卻，形成所需的彎管。 由于彎管機彎曲力均勻，管材加熱、彎曲、冷卻面窄，速度高，管壁變形均勻，在不添加填料的情況下仍能保證彎管的橢圓度管內(nèi)橢圓度可控制在4%以下。 但對于要求較高的鋼管，火焰彎管機彎曲的彎管質(zhì)量很難滿足要求。

火焰彎管機火焰炬吹氣孔孔徑小，容易堵塞，造成加熱不均勻，影響彎管質(zhì)量。 用氧-乙炔氣加熱，極易因回火而引起爆炸事故。 另外，氧乙炔燃燒會導(dǎo)致工作環(huán)境惡化。 使用中頻彎管機可以避免這些缺點。

(2)中頻彎管機采用感應(yīng)線圈代替火焰炬進行加熱。 由于交流電通過感應(yīng)線圈，在感應(yīng)線圈對應(yīng)的管壁中產(chǎn)生感應(yīng)渦流。 感應(yīng)線圈中電流的交變頻率越高，管壁中的渦流越大。 由于管道阻??力大，電能轉(zhuǎn)化為熱能。 在渦流的熱作用下，產(chǎn)生高溫進行彎曲。

中頻電源一般是利用常用的交流電（50Hz）通過變頻設(shè)備產(chǎn)生的。 常用的變頻設(shè)備有兩種：一種是變頻器，一種是晶閘管變頻器。 中頻彎管機可煨直徑300mm的鋼管。 采用晶閘管變頻的彎管機常稱為晶閘管中頻彎管機。

中頻彎管機除了加熱裝置為感應(yīng)線圈外，其結(jié)構(gòu)與火焰彎管機基本相同。 感應(yīng)線圈由方形純銅管制成。 線圈內(nèi)徑與文火彎管外表面之間有約3mm的間隙。 銅管的壁厚為2~3mm。 感應(yīng)線圈的厚度決定了加熱寬度。 管徑為φ68~108mm時，厚度為12~13mm； 管徑為φ133~219mm時，厚度為15mm。 冷水通入感應(yīng)線圈并通過水孔噴出，以冷卻慢燉的紅帶。 加熱紅帶的寬度約為15~20mm。 管道的前進加熱、沸騰、噴水冷卻均通過自動控制系統(tǒng)連續(xù)進行。

3、沖壓彎頭 沖壓彎頭又稱模壓彎頭。 它由鋼材按照規(guī)定的彎曲半徑制成。 然后將管段或鋼板放入加熱爐中，加熱至900℃左右，取出放入模具中。 中壓成型。 無縫彎頭由管材制成，有縫彎頭由板材制成。

無縫成型彎頭按照計算出的彎管膨脹長度進行切割（見圖5-12）。 將切割后的管段放入加熱爐中并加熱至約900℃。 將其取出并放入模具中進行壓制。 模具由上模、下模、型芯三部分組成。 將芯放入管段中并使用壓力機壓制成型。 當(dāng)彎頭口不圓時，需要重新加熱成圓形，并且必須將毛刺和斜角切除。 實踐證明，切割材料時，彎管長臂應(yīng)比理論計算長15%，短臂應(yīng)比理論計算小4%。

圖5-12 天縫模壓彎管管材切割

有縫彎頭生產(chǎn)。 根據(jù)彎管膨脹原理，將鋼板切成扇形，然后加熱，放入模具中壓成瓦形（見圖5-13），然后畫線并剪掉多余部分。 修復(fù)后，將兩塊瓷磚開槽并組裝。 對接焊接成彎頭。 當(dāng)彎頭口不圓時，需加熱后修整。 燃?xì)夤艿烙糜锌p彎頭的彎管必須經(jīng)過探傷。 這種彎管壁厚均勻，抗壓強度高，彎曲半徑小，適合加工大直徑彎管。

模壓彎管需要大量的模具來加工各種角度和直徑的彎管。 適合大批量生產(chǎn)、運輸方便、成本低。

圖 5-13 狹縫成型彎管

模壓彎管有固定形狀，也可委托加工其他彎管。 購買或委托加工彎管時，應(yīng)了解鋼材的要求、彎管的內(nèi)外徑和壁厚（應(yīng)與管材相同）、彎曲半徑、橢圓度、焊縫探傷要求和彎管角度等。必須指定。 實際中經(jīng)常會出現(xiàn)彎管直徑、壁厚與管材不匹配，彎管角度不符合要求的情況。 這些問題現(xiàn)場很難解決，會延誤工期。

表5-1 焊接彎管的最小截面數(shù)

彎管角度

節(jié)數(shù)

在

中段n

結(jié)束部分

90°

60°

45°

30°

4、焊接彎管當(dāng)管徑較大、管壁較厚或較薄、彎曲半徑較小時，很難采用煨制方法，因此常采用焊接彎管。 彎管的彎曲角度、彎曲半徑和節(jié)數(shù)可根據(jù)需要選擇。 彎曲半徑大，彎管節(jié)數(shù)多，彎管內(nèi)壁光滑，流體通過時阻力小。 焊接彎管的截面數(shù)不應(yīng)少于表5-1規(guī)定的截面數(shù)。 焊接彎管是由多段直管段與傾斜段焊接而成。 每個彎頭有幾個中間部分和兩個端部。 中間段兩端有傾斜段； 端部一端有傾斜段，其長度為中間段的一半。 參見圖 5-14。 為了減少焊縫數(shù)量，常將端部傾斜段直接切割到較長的管子上，從而減少焊縫數(shù)量。

圖5-14 焊接彎頭

1—中段 2—尾段

(1)尺寸計算：中段背高、腹高分別為A、B，則端段背高、腹高分別為

和

，可以通過以下公式計算：

在公式

——端部后高（mm）；

——末端節(jié)腹高（mm）；

R——彎曲半徑（毫米）；

D——管子外徑（毫米）；

a——彎曲角度（°）；

n——彎管中段的節(jié)數(shù)。

根據(jù)表5-1中的截面數(shù)，90°、60°、30°焊接彎頭端部截面尺寸可按下式計算：

45°焊接彎頭端部尺寸可按下式計算：

(2)采用膨脹法制作焊接彎頭切割模板。 首先制作一個樣本，并使用展開的方法進行設(shè)置，如圖5-15所示：

在牛皮紙或石油瀝青油氈紙上，畫一條等于管道外徑的直線段1-7。 分別從兩點 1 和 7 畫一條垂直線 1-7。 切掉 1-1′ 以等于相等的直徑。

, 7-7′ 等于

，連接兩點 1′ 和 7′，我們得到對角線 1′-7′。 以長度1-7為直徑畫一個半圓，將半圓弧分成六等分（等分越多越準(zhǔn)確），從每個等分點向直徑1-7畫垂線，相交與1-7在2、3、4、5和6點處，并與斜線1′-7′在點2′、3′、4′、5′和6′處相交。 在右側(cè)畫1-7的延長線，截取等于管子外圓周長（L=πD）的線段1-1，將1-1分成12等份，等分點為1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1，從每個平分點畫一條垂直線1-1，并在這些垂直線上截取1-1”，得到等于 1-1′, 2-2″。 它等于 2-2′、…、7-7″ 等 7-7′。 使用弧形板連接 1"、2"、…、7"…1"。 圖中陰影部分為端部放大圖。 在直線段1-1下，畫上半部分和對角線部分的對稱圖，形成中段的展開圖。 使用剪刀剪出展開的圖以創(chuàng)建下料模板。

圖5-15 焊接彎頭下料樣例

(3)下料和焊接時，首先在鋼管上沿管子軸線畫兩條對稱的直線。 兩條直線之間的弧長等于管子外周長的一半。 然后，將模板纏繞在管上，使模板上的背高線和腹高線分別與管上繪制的兩條直線重合。 沿著模板在管子上畫一條切割線，然后將模板翻轉(zhuǎn)180°，再畫一段切割線。 切割開口的寬度應(yīng)留在兩部分之間。 如圖5-16所示。 兩端段的另一端不切割，應(yīng)采用直管連接，減少焊縫。

圖5-16 下管焊接彎頭切割示意圖

焊接彎頭各段坡口時，彎頭外側(cè)的坡口角度應(yīng)較小，彎頭內(nèi)側(cè)的坡口角度應(yīng)較大。 否則，彎頭焊接后，會出現(xiàn)外焊縫厚，內(nèi)焊縫窄的現(xiàn)象，造成彎頭出現(xiàn)。 鉤現(xiàn)象。

彎管機