淺談鋼管彎管缺陷原因分析及預防對策

馬麗英

摘要：文章主要介紹了鋼管彎管常見的幾種缺陷形式，并分析其原因，提出預防對策。

關鍵詞：鋼管 彎管 缺陷形式 原因分析 對策

在管道系統中，彎制管件已成為管路系統必不可少的一個組成部分，但在彎管過程中由于工藝條件或操作不當等原因可能會使彎出的管件產生各種不同程度的缺陷，而這些缺陷的產生將直接影響到產品的安全性、可靠性。

1 冷態彎制時管子的受力分析

如圖1所示：外徑為D、壁厚為S的管子受外力矩M的作用發生彎曲時，外側的管壁在拉應力σ1的作用下產生拉伸變形而減薄，內側管壁受壓應力σ2的作用下產生壓縮變形而增厚。

2 常見彎管缺陷形式、原因分析和預防對策

缺陷形式一：彎管圓弧外側變扁，如圖2 （按照JB/T 10760-2007 ，彎曲后彎曲部位的長度軸之比≤1.1）。

原因分析：通過受力分析可知，力F1和F2都向中部作用，管子彎曲部位在水平面上的直徑變大，垂直面上的直徑減小，導致出現橢圓形。尤其是無芯彎管，該情況尤為嚴重，對于有芯彎管（芯棒的形式見圖3），影響管子變扁的主要因素是芯棒和管子內壁間的間隙的大小，此外，有芯彎管時，芯棒伸出鋼管彎曲點的長度e的大小亦會影響管子的變形程度。

對策：對于無芯彎管，可在鋼管彎曲的背面設計反變形槽，反變形槽接觸面半徑不全等于鋼管外徑，否則，達不到反變形的效果。如圖4所示：D為管子外徑尺寸，反變形槽尺寸設計可參照以下公式：R1=0.5D，R2≈（0.95～1.0）D，R3≈（0.37～0.5）D；對于有芯彎管，芯棒直徑尺寸d和芯棒伸出鋼管彎曲點的長度e可參照下列經驗公式選取：d≈（0.94～0.98）D1 e≈（1/4～1/2）D1，式中d——芯棒直徑，mm，D1——管子內徑名義尺寸，mm。

缺陷形式二：彎管圓弧外側減薄量過大，如圖5：

原因分析：當彎管半徑過小時，由于壓力導向模的阻力作用將使圓弧外側的拉應力ó1增大，彎制管件的圓弧外側就會減薄，壓緊力越大，阻力也越大，減薄量越大，減薄也越嚴重。

對策：管子最小彎曲半徑的設計可參照以下公式：Rmin=D/2[δ]，其中D為管子外徑，[δ]為管子的允許延伸率（[δ]可通過機械手冊可以查詢）。通常，按照以上公式設計最小彎曲半徑即可滿足生產的要求。當選擇管子彎曲半徑R≥3D 時，能獲得相對較好的彎制管件。解決壓力導向模阻力大的有效解決方法就是采用有頂推裝置的彎管機，這樣，在彎管時頂推裝置推動管子向前，抵消了管子彎制時的部分阻力，改善管子剖面上的應力分布狀態，減小了拉應力ó1，外側管壁受力減小，相應減少了管子外側管壁的減薄量。

缺陷形式三：彎管圓弧外側彎裂，如圖6：

原因分析：若鋼管材質選用不當，含碳量過高，脆性太強，當拉應力σ1超過鋼管的拉伸強度時，出現裂紋；排除材質的問題后，芯棒伸出鋼管彎曲點的長度e、芯棒直徑的尺寸和光滑程度均會影響彎管質量。當e過大時，在彎管時擠裂管子外壁，芯棒直徑過大或是球節外徑不夠光滑時，在彎管時會拉傷管壁，造成管裂；除此之外，芯棒與管子內壁的摩擦力同樣會影響彎制管件的質量。

對策：彎管首選用無縫鋼管20號和高頻焊管Q235。需要注意的是高頻焊管是用鋼板焊接而成的，在彎曲時應避免焊縫盡量處于F1和F2的受力方向，即不要正對夾模和彎模。對于芯棒直徑d和芯棒伸出鋼管彎曲點的長度e的選擇按照缺陷形式一中的經驗公式選取，并保證芯棒光滑，此外，芯棒與管內壁要有良好的潤滑，減少管子內壁與芯棒之間的摩擦力。

缺陷形式四：彎管圓弧內側起皺，如圖7：

原因分析：在管件彎曲時，內側管壁在壓應力σ2的作用下出現失穩而起皺。對于有芯彎管，一般是由于芯棒直徑過小，芯棒與管壁的間隙過大，或芯棒伸出鋼管彎曲點的長度e過小，在彎管時管子不能得到好的支撐，內側所受的壓應力使材料收縮產生褶皺；壓力導向模壓力過小，不能使管子在彎曲的過程中與彎模貼合，當受到壓應力σ2時，有起皺的空間，造成起皺。

對策：芯棒直徑大小和芯棒伸出鋼管彎曲點的長度e的選擇按照缺陷形式一中的經驗公式選取，并適當調大壓力導向模的壓力。

3 結束語

通過以上措施的實施，并配比相應水平的彎管操作人員，將能有效控制彎管時出現的故障。

參考文獻：

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