吳家順

（四川川潤動(dòng)力設(shè)備有限公司， 四川 自貢 643000）

管子的彎曲工藝與鍋爐制造工業(yè)的發(fā)展有關(guān)。隨著國家節(jié)能、環(huán)保要求力度加大，各類節(jié)能環(huán)保余熱鍋爐得到廣泛應(yīng)用，其中，水泥窯、玻璃窯等大量余熱鍋爐，因其鍋爐布置結(jié)構(gòu)緊湊，受熱面通常采用大量的小口徑、薄壁管組成，彎管半徑R小，常常采用管子φ42×3.0R55、φ38×3.0R45的管子制作，彎管工藝難度大，很容易造成橢圓度、減薄量過大、彎曲鼓包、彎裂等質(zhì)量問題，使管子承壓能力降低，影響鍋爐安全運(yùn)行及使用壽命。為減少鍋爐運(yùn)行事故的發(fā)生及停爐造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)彎管質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，制訂相應(yīng)的預(yù)防措施辦法，彎制出優(yōu)質(zhì)管件具有十分重要意義。

1 常見的彎管質(zhì)量缺陷

常見的彎管缺陷主要有以下幾種類型：管子彎頭橢圓度過大、彎頭外側(cè)壁厚減薄嚴(yán)重、彎管內(nèi)側(cè)皺褶、彎頭鼓包、彎裂等質(zhì)量缺陷。見圖1。對(duì)于不同的材料及彎曲半徑，產(chǎn)生的缺陷的位置及類型往往不同，有的只有其中的一種或更多。對(duì)于薄壁管來說，更容易產(chǎn)生這些缺陷，危害更大。

圖1 常見彎管質(zhì)量缺陷

2 產(chǎn)生彎管質(zhì)量缺陷的原因

管子彎曲變形過程中，管子受到外力的作用見圖2，管子彎曲的外側(cè)受拉應(yīng)力的作用，管壁伸長，壁厚變??；而管子內(nèi)側(cè)的管壁受壓應(yīng)力的作用，管壁縮短，壁厚增厚；管子中性層由于所受的拉應(yīng)力與所受的壓應(yīng)力相互抵消則保持不變；在彎曲的同時(shí)，彎曲管子的兩側(cè)由于所受拉應(yīng)力和所受壓應(yīng)力合力的作用，使得管子兩側(cè)內(nèi)壁向中性層靠攏，使管徑變小，而管子彎頭上下兩側(cè)呈自由變形，使管徑增大；管子的相對(duì)厚度小于一定的值時(shí)，管子內(nèi)側(cè)在壓應(yīng)力的作用下，由于失穩(wěn)可能會(huì)形成波浪形的皺褶；而外側(cè)壁在拉力的作用下，管壁減薄，在失穩(wěn)狀態(tài)下，還有可能形成斷裂等缺陷。

圖2 彎管受力示意圖

另外，由于彎管設(shè)備性能、模具選擇或工裝安裝不當(dāng)，工藝參數(shù)（拉彎力、側(cè)推力、頂鐓力及其速度）不匹配等，也同樣會(huì)產(chǎn)生不同類型的缺陷。

隨著現(xiàn)有的彎管機(jī)性能不斷提升，當(dāng)管子相對(duì)壁厚S/D≥10%，相對(duì)半徑R/d≥1.5時(shí)，選擇帶有側(cè)推或頂鐓的彎管設(shè)備，能獲得較好的彎管質(zhì)量，當(dāng)S/D＜10%，相對(duì)半徑R/d＜1.5時(shí)，彎管難度加大，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的幾率增加，隨著管子壁厚越薄、相對(duì)半徑越小，越容易產(chǎn)生上述缺陷。

現(xiàn)對(duì)不同的彎管質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的具體原因進(jìn)行分析。

2.1 彎頭橢圓度過大

產(chǎn)生橢圓度過大的原因主要有以下幾種情況：管子在彎曲時(shí)，由于受F1和F2合力作用（見圖2），使管子兩側(cè)內(nèi)壁向中性層靠攏，使管徑變小，產(chǎn)生橢圓，當(dāng)相對(duì)半徑越小，合力就越大，越容易產(chǎn)生橢圓；彎管操作時(shí)，當(dāng)采用機(jī)械加芯彎時(shí)，芯軸伸長量過小，芯軸與管壁間隙較大，芯軸對(duì)管壁起不到應(yīng)有的支撐作用；對(duì)薄壁小R彎管，未使用反變形滑槽或反變形不足，或夾緊力不夠，不能起到反變形的作用；當(dāng)工藝參數(shù)不協(xié)調(diào)，彎管速度過快，側(cè)推力和頂鐓力速度過慢時(shí)使管子阻力過大，以上幾種情況都可能產(chǎn)生較大的橢圓變形。

2.2 彎頭外側(cè)壁厚減薄過量

管子彎曲過程中，彎頭外側(cè)受拉應(yīng)力的作用，產(chǎn)生塑性變形而變薄，同時(shí)，如果選擇的設(shè)備不帶側(cè)推或頂鐓力過小，當(dāng)彎管速度過快，夾緊力過大，管子所受的阻力就越大，減薄就會(huì)越多，對(duì)于小R薄壁管尤其突出；當(dāng)采用芯軸彎管時(shí)，芯軸伸長量過大，或潤滑不到位，彎管速度越快，摩擦阻力越大，減薄量也越大。

2.3 彎頭內(nèi)側(cè)起皺

管子彎頭內(nèi)側(cè)壁起皺影響因素較多，主要有管子彎曲時(shí)夾緊力過小，內(nèi)側(cè)壁與彎管模具未貼合緊密，同時(shí)，彎管速度過慢，側(cè)推、頂鐓力速度過快時(shí)，彎曲失穩(wěn)造成。采用芯軸或防皺板時(shí)，芯軸伸長量不足，防皺板未安裝到位，未起到應(yīng)有的支撐作用；另外，當(dāng)管子壁厚不均勻時(shí)，也容易造成彎曲失穩(wěn)，產(chǎn)生起皺。

2.4 彎頭終止部位鼓包

彎頭鼓包分兩種情況：一是由于采用的反變形滑槽，彎管終止部位外側(cè)會(huì)存在部分反變形無法恢復(fù)的原狀，出現(xiàn)橢圓形凸起；二是彎管終止部位內(nèi)側(cè)由于在彎管過程中受壓力和拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形，形成“縮頸”；彎頭鼓包影響外觀質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)，彎曲變形會(huì)降低管子承壓能力，影響使用壽命。

2.5 彎頭外側(cè)彎裂

引起管子彎裂的原因較多，如彎曲時(shí)，壓輪（或滑槽）夾緊力過大，造成管子所受阻力太大；由于管子原材料熱處理不當(dāng)，造成晶粒粗大；管子壁厚不均勻，彎管速度過快，失穩(wěn)；彎管速度過慢，側(cè)推、頂鐓力速度過快；當(dāng)采用芯軸彎管時(shí)，芯軸伸長量過大，芯軸與管子外側(cè)壁摩擦過大等都有可能出現(xiàn)管子彎裂。

3 彎管缺陷的應(yīng)對(duì)措施辦法

通過以上對(duì)不同彎管質(zhì)量缺陷的原因進(jìn)行分析，產(chǎn)生彎管質(zhì)量缺陷的主要因素有以下幾類：設(shè)備選擇是否合理（如是否帶側(cè)推或頂鐓）、工裝模具設(shè)計(jì)是否合理、工藝參數(shù)協(xié)調(diào)匹配是否合理、彎管操作方法是否正確等，在管件彎制過程中，針對(duì)這些缺陷，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，可減輕或消除對(duì)彎管質(zhì)量缺陷的影響，以獲得較好的彎曲管件。

現(xiàn)就具體的每種缺陷提出相應(yīng)的解決方法。

3.1 彎頭橢圓度過大的解決措施

在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選擇較大的彎曲半徑，如結(jié)構(gòu)空間有限，可增加設(shè)計(jì)焊口，在彎頭部位增加壁厚；當(dāng)設(shè)計(jì)方案一定時(shí)，可以通過以下工藝方法消除影響彎頭質(zhì)量的因素：

(1)增加反變形滑槽（或反變形壓輪），使管子在彎曲前，其外側(cè)產(chǎn)生凸出變形，以便彎曲過程中，此凸出變形抵消橢圓變形（如圖3），變形量的大小與管子的材料、相對(duì)彎曲半徑R和相對(duì)壁厚等有關(guān)，可通過夾緊力的大小或滑槽反變形R的大小進(jìn)行調(diào)整。

圖3 反變形無芯彎管示意圖

(2)調(diào)整工藝參數(shù)，降低彎管速度，增大側(cè)推力、頂鐓力，使之達(dá)到綜合平衡狀態(tài)，減小F1和F2合力作用對(duì)管子兩側(cè)內(nèi)壁向中性層靠攏的影響。

(3)在管子彎曲前，管子內(nèi)部增加一芯軸，使芯軸與彎頭外側(cè)壁貼合緊密，并在芯軸頭涂上潤滑油，減少管子外壁彎曲變形。

3.2 彎頭外側(cè)壁厚減薄過量的消除

管子彎曲過程中，彎頭外側(cè)受拉應(yīng)力作用而變薄，可以選擇帶側(cè)推和頂鐓的彎管設(shè)備，增加側(cè)推力、頂鐓力，改善管子彎頭受力分布狀態(tài)，減小管子中性層偏移速度，適當(dāng)減少夾緊力，減小管子所受的阻力，保持彎曲拉應(yīng)力與側(cè)推力、頂鐓力及其速度的平衡，使管子變形均勻；當(dāng)采用芯軸彎管時(shí)，調(diào)整芯軸伸長量，使芯軸與彎頭外側(cè)壁貼合緊密即可，不能過量，并涂上潤滑油，減少芯軸與管壁摩擦增加的阻力引起的減薄。

3.3 彎頭內(nèi)側(cè)壁起皺的消除措施

管子彎頭內(nèi)側(cè)壁起皺影響因素較多，針對(duì)不同的原因進(jìn)行消除：主要有增加夾緊力，使內(nèi)側(cè)壁與彎管模具貼合緊密，同時(shí)，減小側(cè)推力、頂鐓力及其彎管速度；采用芯軸或防皺板時(shí)，調(diào)整芯軸伸長量，防皺板安裝到位，起到應(yīng)有的支撐作用；另外，彎頭部位選擇壁厚均勻的管子，壁免彎曲失穩(wěn)造成起皺。

3.4 消除彎頭鼓包

彎頭鼓包影響外觀質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)，彎子變形影響使用壽命。彎頭外側(cè)鼓包是由于采用的反變形滑槽引起的。解決措施：如果是180°，可在180°彎頭的終端位置（終彎點(diǎn)處至彎頭內(nèi)側(cè)10-20mm范圍）處，減小滑槽橢圓弧R值，使彎頭終端部位外側(cè)區(qū)域少變形或不變形，彎頭反變形橢圓與直段逐步過渡；如果在彎管終止部位內(nèi)側(cè)形成“縮頸”可通過修整彎管模盤，減少變形量；也可以減小在彎曲彎頭終彎部位的夾緊力，使彎頭內(nèi)、外側(cè)變形量變小，與直段逐步過渡。

3.5 管子彎裂的應(yīng)對(duì)措施

首先保證原材料、彎管模具表面無機(jī)損、減少缺陷引導(dǎo)源以及管子壁厚不均勻造成彎管失穩(wěn)；其次，彎曲時(shí)，減小壓滑槽（或壓輪）夾緊力，使管子所受阻力更小，同時(shí)，降低彎管速度，調(diào)整側(cè)推、頂鐓力大小及速度；當(dāng)采用芯軸彎管時(shí)，芯軸伸長量要適當(dāng)，減少芯軸與管子外側(cè)內(nèi)壁的摩擦力，防止彎曲過程中失穩(wěn)而使管子斷裂。

4 結(jié)語

綜上所述，在管子彎曲過程中，彎管設(shè)備選擇是否合理，工藝參數(shù)是否匹配協(xié)調(diào)、工裝模具設(shè)計(jì)的適用性等因素的影響，都會(huì)造成不同類型的彎管質(zhì)量缺陷，針對(duì)這些不同的彎管質(zhì)量缺陷，分析其產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的解決措施，完全可以減少或消除產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的影響，以獲得較優(yōu)的彎曲管件。

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