摘要：本文主要介紹我司加工課中等口徑彎管機(jī)的彎制能力和中等口徑TP2紫銅管（下稱TP2管）的彎制特性，并對部分中等口徑TP2管的彎制過程及彎管技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：紫銅管；彎制；質(zhì)量；控制

1 前言

紫銅管因具有優(yōu)良的生物腐蝕抗力，是用于海洋環(huán)境中的最佳材料之一。我司建造的某特種船的艙室噴淋系統(tǒng)中大量選用了TP2管，其中對于中等口徑（DN>50mm）的紫銅管，還沒有相關(guān)的彎管技術(shù)支持和彎管經(jīng)驗(yàn)，如何彎制出符合質(zhì)量要求的管子，是必須認(rèn)真解決的問題。

2 紫銅管彎制現(xiàn)狀

2.1 紫銅管的種類

紫銅管的牌號有多種，如T1、T2、T3、TU1、TP2等；狀態(tài)有軟態(tài)（M）、半硬態(tài)（Y2）、硬態(tài)（Y）之分；其力學(xué)性能、化學(xué)成分和管子規(guī)格亦各有不同。

2.2 TP2紫銅管的特性

TP2紫銅管為磷脫氧銅管，對磷的成分要求為0.015%～0.040%。在鹽霧試驗(yàn)后，管子表面已經(jīng)被氧化，顏色由紫紅色變成銅紅色，或者有些銹斑狀。其在室溫大氣、淡水和海水中具有很好的耐蝕性，也能耐冷或熱稀硫酸、冷濃硫酸的浸蝕，因此深受船東的青睞。

TP2管的熱性能：

熔化溫度1065～1083℃

比熱熔385.2J（kg·℃）

線膨脹系數(shù)X1=17.64x10-6℃-1（20～300℃）

熱導(dǎo)率λ=339.2W/（m·℃）

退火溫度400～650℃

熱加工溫度800～900℃

2.3 我司彎管設(shè)備狀況

目前我司加工課的彎管設(shè)備的彎制設(shè)計(jì)能力為DN15-DN300， 其中DN15-DN150為液壓冷彎，DN200-DN300為中頻熱彎。

由于彎制中等口徑管材的長治彎管機(jī)和八寸彎管機(jī)均為20世紀(jì)80年代制造，自動化程度較低，主要依靠人工操控。

3 彎管工藝分析

3.1 管子的彎曲拉伸條件

管材拉伸條件：

（δ拉+δ彎）<δs （2-1）

δs/（δ拉+δ彎）=K（K>1） （2-2）

式中： δs— 拉伸后管材的屈服強(qiáng)度，Mpa；

δ彎— 最大彎曲應(yīng)力，Mpa；

δ拉— 拉伸彎曲時的應(yīng)力，Mpa；

K— 拉伸彎曲安全系數(shù)。

管子彎曲拉伸不打滑條件：

F=μΣWΣN=P （2-3）

式中：F— 管與彎模之間的摩擦力；

μ— 管與彎模之間的摩擦系數(shù)；

ΣW— 彎模與管的接觸面積；

ΣN— 彎模作用在管上的正壓力之和；

P— 最大拉力；

若F

3.2 彎管原理

待彎管子放入彎模中，將起彎點(diǎn)對準(zhǔn)彎模中心，前夾夾緊管子的首段，滑板緊貼管子的尾段。起動彎管機(jī)，前夾帶著管子一起作圓周運(yùn)動，滑板在管子的帶動下沿切線方向作直線運(yùn)動，并對管子施加外力。當(dāng)管子受到的外力超過了其屈服極限時，將產(chǎn)生塑性變形，這是管子彎曲成形的基本原理，見圖1。

圖1 彎管原理示意圖

3.3 彎曲受力分析

在純彎曲的情況下，外徑為D、壁厚為S的管子受外力矩M的作用發(fā)生彎曲時，中性層外側(cè)的管壁受拉應(yīng)力σ1的作用而減薄，內(nèi)側(cè)管壁受壓應(yīng)力σ2的作用而增厚，見圖2a；同時，合力F1和F2又使管子彎弧處的橫截面發(fā)生變形而成為近似橢圓形，見圖2b；內(nèi)側(cè)管壁在σ2的作用下還可能出現(xiàn)失穩(wěn)而起皺，見圖2c。

為了彎制出合格的管子，就應(yīng)該采取相應(yīng)的措施來防止上述缺陷的產(chǎn)生。采用有芯彎管就是目前最常用的有效方法之一。

a.管子彎曲時的受力情況 b.管子彎曲時的截面變形 c.管子彎曲時的內(nèi)側(cè)失穩(wěn)起皺

圖2 管子彎曲時的受力及變形情況

4 彎管前的準(zhǔn)備工作

根據(jù)管材選用規(guī)格，針對DN>50 mm中等口徑紫銅管沒有彎制的經(jīng)驗(yàn)，且沒有相應(yīng)的彎制工裝，為了能彎好這些紫銅管，需要對此中等口徑的TP2管試彎前各項(xiàng)工作進(jìn)行全面的分析和精心準(zhǔn)備，包括對彎管人員工藝交底和紫銅管退火、彎制工藝的培訓(xùn)以及對彎管機(jī)彎模、滑塊、芯頭以及各運(yùn)動部件的調(diào)整等。

4.1 組織培訓(xùn)指導(dǎo)，增強(qiáng)彎管人員理論知識和操作技能

由于中等口徑紫銅管的彎制還沒有經(jīng)驗(yàn)，其彎制成功與否將對今后是否采用彎管而減少預(yù)制彎頭使用的生產(chǎn)成本影響重大，而彎管作業(yè)人員對紫銅管的彎制拉伸要求、退火溫度的掌握控制等認(rèn)識不夠，因此首先對彎管作業(yè)人員進(jìn)行加工前的工藝技術(shù)交底，同時也從管工工藝知識、銅管彎管技術(shù)、設(shè)備操作技能等方面加以培訓(xùn)，以提高他們的彎管理論知識水平與操作技能。

4.2 定制試彎工裝，準(zhǔn)備好試彎所需物品

由于中等口徑紫銅管未曾彎制過，還沒有相應(yīng)的彎模及工裝設(shè)備，如防皺板、管夾等。因此，根據(jù)中等口徑彎管機(jī)的性能與紫銅管的屈服強(qiáng)度與抗拉性能進(jìn)行比較，首先選擇Ф70x3.5和Ф85x4的管子并選定彎管機(jī)型，分別訂造相應(yīng)的彎管工裝，然后采用滑石粉和水混合調(diào)制出彎管用的潤滑劑（下稱石灰水），確保管子彎曲時內(nèi)壁與芯頭之間的摩擦有良好的潤滑；另外，為保證彎管機(jī)前夾不夾花管子或避免打滑，還準(zhǔn)備了0#砂紙等。

4.3 檢查管子質(zhì)量

由于管材質(zhì)量是彎制成功與否的一個非常重要因素，因此我們對彎制管子的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保沒有裂紋、夾層等缺陷，同時對管子外徑、壁厚均勻度、橢圓度、直線度等進(jìn)行了測量，從根本上保證管子彎制的成功。

5 彎制的實(shí)施

5.1 選擇彎管設(shè)備

根據(jù)中等口徑彎管機(jī)的性能與紫銅管彎曲時的屈服強(qiáng)度和抗拉性能等，選擇了滿足紫銅管彎制要求的彎管機(jī)——長治4″機(jī)作為Φ76x3.5和Φ89x4紫銅管的彎制設(shè)備。

5.2 紫銅管退火處理

根據(jù)紫銅管的特性，為了防止其在彎制過程中發(fā)生斷裂或產(chǎn)生縮孔，需要對紫銅管進(jìn)行退火處理，將其軟化，以達(dá)到良好的可塑性狀態(tài)。

選擇沒有質(zhì)量缺陷的管子按管子彎制長度要求進(jìn)行下料切割，然后按彎制要求進(jìn)行劃線和退火。退火應(yīng)用中性焰（不能用碳化焰或氧化焰，以防止管子退火后產(chǎn)生碳化或氧化現(xiàn)象）在彎制拉伸區(qū)域進(jìn)行，拉伸區(qū)域?yàn)檎麄€彎弧長度的圓周及其前后各50mm范圍，同時用紅外線測溫儀測量控制好退火過程中的溫度。紫銅管退火后應(yīng)在常溫中自然冷卻，不能用水澆等方式強(qiáng)行冷卻。

5.3 安裝彎模等設(shè)備

根據(jù)紫銅管的規(guī)格選擇匹配的彎模、前夾、后夾、芯頭和防皺板，并安裝、調(diào)節(jié)好。

5.4 管子彎制前的檢查

檢查退火后的紫銅管內(nèi)外表面和彎模、芯頭等是否有缺陷，如有缺陷應(yīng)先消除缺陷，且消除缺陷后的管子、設(shè)備應(yīng)滿足管子彎制要求。

5.5 管子彎制前的準(zhǔn)備

用石灰水均勻涂抹在管子內(nèi)孔彎曲弧位處和芯頭上，確保紫銅管內(nèi)彎曲時與芯頭接觸摩擦部位有良好的潤滑。

5.6 確定芯頭的插入長度及試彎

芯頭插入管子彎曲處的芯頭切入點(diǎn)e（見圖3），也是影響彎管質(zhì)量中一個不可忽視的因素。如果伸出靠前（e值太大），可能會擠裂管子外壁；如果插入不足，又起不到相應(yīng)的圓弧防彎扁作用和圓弧內(nèi)側(cè)起皺的可能。

圖3 芯棒插入到管子彎曲的切入尺寸

為彎出高質(zhì)量的管子，在安裝好彎模等設(shè)備后，對每個規(guī)格的管子先進(jìn)行試彎，根據(jù)試彎情況調(diào)整芯頭至恰當(dāng)?shù)奈恢胑，同時對同批次材料的彎管回彈量加以調(diào)整彎曲補(bǔ)償角度，這樣才能保證彎制出的管子彎弧橫截面橢圓度滿足工藝要求。如果再配以防皺塊和助推裝置，可消除圓弧內(nèi)側(cè)管壁的波浪形皺折且可減少圓弧外側(cè)管壁的減薄量。最后根據(jù)試彎實(shí)驗(yàn)情況對彎模壓力、芯頭的伸出量e、彎角回彈補(bǔ)償角度做好相應(yīng)的記錄和標(biāo)識。

5.7 實(shí)施彎制

將管子抬上彎管機(jī)，套入芯頭，將管子起彎位對準(zhǔn)彎模上的起彎點(diǎn)，并調(diào)整好參數(shù)（見表1），然后啟動彎管功能，當(dāng)彎至25o左右時如彎模壓力和芯頭壓力讀數(shù)恒定、管子彎制速度均勻、芯頭位置固定，則表示管子彎制順利，可一氣彎至預(yù)定的彎制角度。否則表示管子彎制不成功，可能出現(xiàn)管子拉裂、彎扁、起皺或芯頭太長而卡塞的現(xiàn)象。

5.7 彎制后的外觀檢查及結(jié)果

管子彎制后應(yīng)對各項(xiàng)質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行檢查：管壁外表不應(yīng)有擦傷溝槽和碰撞形成的明顯凹陷，管子彎曲處不得有裂紋結(jié)疤、燒傷、分層等缺陷存在。如有上述缺陷，應(yīng)完全消除，且被消除部位壁厚的減薄應(yīng)在壁厚減薄率的允許范圍內(nèi)，否則作報廢處理。

在前期的認(rèn)真分析和精心準(zhǔn)備下，經(jīng)過不斷的試驗(yàn)實(shí)踐，克服了中等口徑紫銅管的退火、芯頭切入點(diǎn)、防皺板應(yīng)用及回彈補(bǔ)償角等一系列困難，最終使選定的中等口徑紫銅管彎制成功，并將各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)控制在標(biāo)準(zhǔn)公差范圍之內(nèi)，具體參見表2。

表2 紫銅管彎制結(jié)果

6 彎制效果檢查

經(jīng)過對DN65和DN80口徑的紫銅管彎制試驗(yàn)，從表2可以看出，各項(xiàng)參數(shù)要求均控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，滿足了管子彎制質(zhì)量指標(biāo)。

7 結(jié)束語

通過上述彎管工藝技術(shù)的實(shí)施，證明了此彎管措施與方法是可行的、有效的。為了鞏固該紫銅管的彎管技術(shù)，編制了我司加工課的《紫銅管彎制作業(yè)指導(dǎo)書》，以指導(dǎo)其他產(chǎn)品船舶的紫銅管彎制作業(yè)。

參考文獻(xiàn)

鐘衛(wèi)佳主編，《銅加工技術(shù)實(shí)用手冊》，冶金工業(yè)出版社，2007

高忠民主編，《氣焊工入門與技巧》，金盾出版社，2010