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，則彎曲段外側減薄量或內側厚度?。籖大，則彎曲段外側減薄量或內側壁厚?。?如果R較小，則彎曲部外側的減薄量較大。 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值應在一定范圍內選擇。 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，應注意焊縫位置，焊縫應布置在應力小、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，質量好。 可彎管直徑25～150mm的管子，并有整形設備。 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，使彎管模和壓縮模隨管材一起彎管管模旋轉，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)生反向預變形。預變形。 參見圖 5-9。 當管道彎管時，反向預變形消除，管道在彎曲處的橫截面仍保持圓形。 加壓預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彎管預變形

a) 90°彎管段 b) 管段反向預變形 c) 預變形滾輪模具

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。 在管內放置一根芯軸，芯軸的外徑比管內徑小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，它可能會破裂； 如果太靠后，可能會導致管子橢圓度過大。 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、管道固定和調節(jié)裝置等。

圖5-11 火焰彎管機

1—電機 2—減速機構 3—傳動機構 4—旋轉臂 5—火焰炬 6—水冷環(huán) 7—調節(jié)輪 8—托輥 9—直管 10—彎管

彎管時，根據(jù)需要調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，調整彎管點位置，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)內側的許多小孔噴出，對管道進行冷卻。

然而，管道的彎曲始終控制在加熱區(qū)內。 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線圈代替火焰炬進行加熱。 由于交流電通過感應線圈，在感應線圈對應的管壁中產(chǎn)生感應渦流。 感應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）通過變頻設備產(chǎn)生的。 常用的變頻設備有兩種：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線圈外，其結構與火焰彎管機基本相同。 感應線圈由方形純銅管制成。 線圈內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，彎管長臂應比理論計算長15%，短臂應比理論計算小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。 修復后，將兩塊瓷磚開槽并組裝。 對接焊接成彎頭。 當彎頭口不圓時，需加熱后修整。 燃氣管道用有縫彎頭的彎管必須經(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，應了解鋼材的要求、彎管的內外徑和壁厚（應與管材相同）、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

結束部分

90°

60°

45°

30°

4、焊接彎管當管徑較大、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，彎管內壁光滑，流體通過時阻力小。 焊接彎管的截面數(shù)不應少于表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180°，再畫一段切割線。 切割開口的寬度應留在兩部分之間。 如圖5-16所示。 兩端段的另一端不切割，應采用直管連接，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，彎頭外側的坡口角度應較小，彎頭內側的坡口角度應較大。 否則，彎頭焊接后，會出現(xiàn)外焊縫厚，內焊縫窄的現(xiàn)象，造成彎頭出現(xiàn)。 鉤現(xiàn)象。

彎管機