管材在煨弯过程中受力及变形如图5-4所示。 管材煨制过程中，管内壁各点均受到压力，管壁因挤压而增厚。 直线CD变成圆弧C'D'，由于压缩而变短； 外管壁受到拉力，管壁在拉力的作用下变薄，直线AB变成弧线A'B'并拉伸。 管壁变薄会降低强度。 为了保证一定的强度，要求管壁有一定的厚度，并且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，高压管道不超过10%，中低压管道不超过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）。 相同直径的管材弯曲时，若R大，则弯曲段外侧减薄量或内侧厚度小；R大，则弯曲段外侧减薄量或内侧壁厚小； 如果R较小，则弯曲部外侧的减薄量较大。 从强度和降低管道阻力的角度来看，R值大更有优势。 但在工程中，R值较大的可变头占用空间大，且不美观，因此R值应在一定范围内选择。 一般采用R=(1.5~4)D（D为管子公称直径），热弯R=3.5D，冷弯R=4D，冲压弯头R=1.5D，焊接弯头R=1.5D。

图5-5弯管

使用直缝钢和煨弯时，应注意焊缝位置，焊缝应布置在应力小、变形小的位置。 图 5-4 中的第 II 部分描述了最有利的部分。 经过煨和弯曲后，圆形截面（虚线圆）变成椭圆形。 只有圆周上的A、B、C、D四点保持不变，其他点全部移动。 AB弧和CD弧区域内的所有点在拉力的作用下沿径向发生位移，AD弧和BC弧区域内的各点在压力的作用下沿径向向圆心移动，形成椭圆。 椭圆与椭圆的长轴与短轴的交点是受力最大、变形最大的位置，因此应避免焊缝。 A、B、C、D四点不受力影响，不发生位移。 这四个点与椭圆的长轴和短轴大约成45°角，这是放置焊缝的最佳位置。

2、弯管加工

1、钢管冷弯是指弯管在室温下不加热而弯曲。 常用的有手动弯管弯管和电动弯管机。

(1)手动弯管机手动弯管的形式有很多种。 图5-6是一种滚轮弯管，它由固定管轮1、活动轮2、管架3和杠杆4组成。将需要弯管的管材插入两个滚轮之间，一端用滚轮固定。夹紧，然后拉动杠杆，管子就会弯曲，当达到所需的弯曲角度时，停止拉动杠杆。 缺点是一套滚轮只能更换一种管径的管材，需要多组滚轮，劳动强度大，且只适合小管径。

图5-6 滚轮弯管

(2)小型液压弯管机 常用的小型液压弯管机有三脚架式和台车式弯管机，见图5-7。 它采用手动液压泵作为动力，操作方便。 弯管范围直径15~40mm，适合现场使用。 每个模具弯曲一种直径的管子，需要多个模具。

图5-7 小型液压弯管机

a) 三脚架式 b) 推车式

(3)电动弯管机电动弯管机弯曲速度快，质量好。 可弯管直径25～150mm的管子，并有整形设备。 有的安装公司有自制的电动弯管机，可以弯管。

用弯管机弯管时，首先将管子沿导板置于弯管模具和压缩模具之间，见图5-8a。 压紧管材后，启动开关，使弯管模和压缩模随管材一起弯管管模旋转，并停在所需角度，如图5-8b所示。

图5-8 煨弯管机示意图

a) 煨管之前 b) 煨管之后

1-管道 2-弯管模具 3-导板 4-压缩模具

电动弯管机分为无芯弯管弯管机有芯弯管机两种。

1）无芯弯管机弯曲钢管时，管子上不加芯轴。 为了防止煨弯时产生椭圆截面，常采用反向预变形方法，即在管材煨弯前，对管材弯曲部位施加压力，使其产生反向预变形。预变形。 参见图 5-9。 当管道弯管时，反向预变形消除，管道在弯曲处的横截面仍保持圆形。 加压预变形是通过滚压工具加压形成的。 滚压刀具的沟槽是根据实际变形情况加工的。 不同直径的管道需要不同的滚压工具。

图5-9弯管预变形

a) 90°弯管段 b) 管段反向预变形 c) 预变形滚轮模具

2）芯管弯管机对于管壁较厚的大口径钢管，常采用芯管弯管机。 在管内放置一根芯轴，芯轴的外径比管内径小1～1.5mm，并放置在管材起始弯曲面稍前方的位置。 心轴的圆锥部分和圆柱部分之间的交线应位于管材的起始弯曲表面上。 如图5-10所示。 如果心轴向前延伸得太远，它可能会破裂； 如果太靠后，可能会导致管子椭圆度过大。 心轴的正确位置可以通过实验获得。

图5-10弯管时弯曲芯轴位置图

1—心轴 2—管道起始弯曲面 3—拉杆

2、钢管热弯是通过对管材进行加热来使管材弯曲，以增加塑性并降低机械强度，从而减少弯管所需的功率。 在没有冷煨机械的情况下，对于直径较大、壁厚较厚的管道，采用热煨和弯曲。 钢管热煨弯最早的应用是充砂加热煨弯法。 后来逐渐被火焰弯管机和晶闸管中频弯管机所取代。

(1)火焰弯管机如图5-11所示。 其主要部件包括动力和传动部分、弯曲臂、火焰加热和水冷却装置、管道固定和调节装置等。

图5-11 火焰弯管机

1—电机 2—减速机构 3—传动机构 4—旋转臂 5—火焰炬 6—水冷环 7—调节轮 8—托辊 9—直管 10—弯管

弯管时，根据需要调整力臂的弯曲半径和弯曲角度，并用滚轮将管材固定到位。 选择合适的火焰炬放在管道外侧，调整弯管点位置，然后观察火焰炬点燃并加热管道，选择力臂的旋转速度，启动弯管机和水管阀门连接水冷环的弯曲力臂缓慢移动，管子也弯曲成型。 火焰弯管机对管子的弯曲部分进行分段加热弯曲，即加热、弯曲、冷却，直至达到要求的角度。 钢管加热是利用氧-乙炔混合气体穿过环形火焰炬内部的许多小孔，喷出火焰对钢管进行加热，加热宽度约为30mm。 当加热到780~850℃并变成樱桃红色时，力墙按弯曲半径移动，使受热区弯曲。热区文火弯曲后，立即进入紧靠火焰后面的水冷环火炬。 水通过水冷环内侧的许多小孔喷出，对管道进行冷却。

然而，管道的弯曲始终控制在加热区内。 所以。 连续进行加热、焖烧、弯曲、冷却，形成所需的弯管。 由于弯管机弯曲力均匀，管材加热、弯曲、冷却面窄，速度高，管壁变形均匀，在不添加填料的情况下仍能保证弯管的椭圆度管内椭圆度可控制在4%以下。 但对于要求较高的钢管，火焰弯管机弯曲的弯管质量很难满足要求。

火焰弯管机火焰炬吹气孔孔径小，容易堵塞，造成加热不均匀，影响弯管质量。 用氧-乙炔气加热，极易因回火而引起爆炸事故。 另外，氧乙炔燃烧会导致工作环境恶化。 使用中频弯管机可以避免这些缺点。

(2)中频弯管机采用感应线圈代替火焰炬进行加热。 由于交流电通过感应线圈，在感应线圈对应的管壁中产生感应涡流。 感应线圈中电流的交变频率越高，管壁中的涡流越大。 由于管道阻​​力大，电能转化为热能。 在涡流的热作用下，产生高温进行弯曲。

中频电源一般是利用常用的交流电（50Hz）通过变频设备产生的。 常用的变频设备有两种：一种是变频器，一种是晶闸管变频器。 中频弯管机可煨直径300mm的钢管。 采用晶闸管变频的弯管机常称为晶闸管中频弯管机。

中频弯管机除了加热装置为感应线圈外，其结构与火焰弯管机基本相同。 感应线圈由方形纯铜管制成。 线圈内径与文火弯管外表面之间有约3mm的间隙。 铜管的壁厚为2~3mm。 感应线圈的厚度决定了加热宽度。 管径为φ68~108mm时，厚度为12~13mm； 管径为φ133~219mm时，厚度为15mm。 冷水通入感应线圈并通过水孔喷出，以冷却慢炖的红带。 加热红带的宽度约为15~20mm。 管道的前进加热、沸腾、喷水冷却均通过自动控制系统连续进行。

3、冲压弯头 冲压弯头又称模压弯头。 它由钢材按照规定的弯曲半径制成。 然后将管段或钢板放入加热炉中，加热至900℃左右，取出放入模具中。 中压成型。 无缝弯头由管材制成，有缝弯头由板材制成。

无缝成型弯头按照计算出的弯管膨胀长度进行切割（见图5-12）。 将切割后的管段放入加热炉中并加热至约900℃。 将其取出并放入模具中进行压制。 模具由上模、下模、型芯三部分组成。 将芯放入管段中并使用压力机压制成型。 当弯头口不圆时，需要重新加热成圆形，并且必须将毛刺和斜角切除。 实践证明，切割材料时，弯管长臂应比理论计算长15%，短臂应比理论计算小4%。

图5-12 天缝模压弯管管材切割

有缝弯头生产。 根据弯管膨胀原理，将钢板切成扇形，然后加热，放入模具中压成瓦形（见图5-13），然后画线并剪掉多余部分。 修复后，将两块瓷砖开槽并组装。 对接焊接成弯头。 当弯头口不圆时，需加热后修整。 燃气管道用有缝弯头的弯管必须经过探伤。 这种弯管壁厚均匀，抗压强度高，弯曲半径小，适合加工大直径弯管。

模压弯管需要大量的模具来加工各种角度和直径的弯管。 适合大批量生产、运输方便、成本低。

图 5-13 狭缝成型弯管

模压弯管有固定形状，也可委托加工其他弯管。 购买或委托加工弯管时，应了解钢材的要求、弯管的内外径和壁厚（应与管材相同）、弯曲半径、椭圆度、焊缝探伤要求和弯管角度等。必须指定。 实际中经常会出现弯管直径、壁厚与管材不匹配，弯管角度不符合要求的情况。 这些问题现场很难解决，会延误工期。

表5-1 焊接弯管的最小截面数

弯管角度

节数

在

中段n

结束部分

90°

60°

45°

30°

4、焊接弯管当管径较大、管壁较厚或较薄、弯曲半径较小时，很难采用煨制方法，因此常采用焊接弯管。 弯管的弯曲角度、弯曲半径和节数可根据需要选择。 弯曲半径大，弯管节数多，弯管内壁光滑，流体通过时阻力小。 焊接弯管的截面数不应少于表5-1规定的截面数。 焊接弯管是由多段直管段与倾斜段焊接而成。 每个弯头有几个中间部分和两个端部。 中间段两端有倾斜段； 端部一端有倾斜段，其长度为中间段的一半。 参见图 5-14。 为了减少焊缝数量，常将端部倾斜段直接切割到较长的管子上，从而减少焊缝数量。

图5-14 焊接弯头

1—中段 2—尾段

(1)尺寸计算：中段背高、腹高分别为A、B，则端段背高、腹高分别为

和

，可以通过以下公式计算：

在公式

——端部后高（mm）；

——末端节腹高（mm）；

R——弯曲半径（毫米）；

D——管子外径（毫米）；

a——弯曲角度（°）；

n——弯管中段的节数。

根据表5-1中的截面数，90°、60°、30°焊接弯头端部截面尺寸可按下式计算：

45°焊接弯头端部尺寸可按下式计算：

(2)采用膨胀法制作焊接弯头切割模板。 首先制作一个样本，并使用展开的方法进行设置，如图5-15所示：

在牛皮纸或石油沥青油毡纸上，画一条等于管道外径的直线段1-7。 分别从两点 1 和 7 画一条垂直线 1-7。 切掉 1-1′ 以等于相等的直径。

, 7-7′ 等于

，连接两点 1′ 和 7′，我们得到对角线 1′-7′。 以长度1-7为直径画一个半圆，将半圆弧分成六等分（等分越多越准确），从每个等分点向直径1-7画垂线，相交与1-7在2、3、4、5和6点处，并与斜线1′-7′在点2′、3′、4′、5′和6′处相交。 在右侧画1-7的延长线，截取等于管子外圆周长（L=πD）的线段1-1，将1-1分成12等份，等分点为1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1，从每个平分点画一条垂直线1-1，并在这些垂直线上截取1-1”，得到等于 1-1′, 2-2″。 它等于 2-2′、…、7-7″ 等 7-7′。 使用弧形板连接 1"、2"、…、7"…1"。 图中阴影部分为端部放大图。 在直线段1-1下，画上半部分和对角线部分的对称图，形成中段的展开图。 使用剪刀剪出展开的图以创建下料模板。

图5-15 焊接弯头下料样例

(3)下料和焊接时，首先在钢管上沿管子轴线画两条对称的直线。 两条直线之间的弧长等于管子外周长的一半。 然后，将模板缠绕在管上，使模板上的背高线和腹高线分别与管上绘制的两条直线重合。 沿着模板在管子上画一条切割线，然后将模板翻转180°，再画一段切割线。 切割开口的宽度应留在两部分之间。 如图5-16所示。 两端段的另一端不切割，应采用直管连接，减少焊缝。

图5-16 下管焊接弯头切割示意图

焊接弯头各段坡口时，弯头外侧的坡口角度应较小，弯头内侧的坡口角度应较大。 否则，弯头焊接后，会出现外焊缝厚，内焊缝窄的现象，造成弯头出现。 钩现象。

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