1、 弯头(Elbow)
分类
以材质划分
碳钢: ASTM/ASME A234 WPB、WPC
合金: ASTM/ASME A234 WP1-WP 12-WP 11-WP 22-WP 5-WP 91-WP911、15Mo3 15CrMoV、 35CrMoV
不锈钢:ASTM/ASME A403 WP304-304L-304H-304LN-304N
ASTM/ASMEA403 WP 316-316L-316H-316LN-316N-316Ti
ASTM/ASMEA403 WP 321-321H ASTM/ASME A403 WP 347-347H
低温钢:ASTM/ASME A402WPL3-WPL 6
高性能钢: ASTM/ASME A860 WPHY42-46-52-60-65-70
铸钢,合金钢,不锈钢,铜,铝合金,塑料,氩硌沥,PVC,PPR、RFPP(增强聚丙烯)等。
1. 以制作方法划分可分为推制、压制、锻制、铸造等。
2. 以制造标准划分可分为国标、电标、船标、化标、水标、美标、德标、日标、俄标等。
3. 按它的曲率半径来分:可分为长半径弯头和短半径弯头。长半径弯头指它的曲率半径等于1.5倍的管子的外径,即R=1.5D;短半径弯头指它的曲率半径等于管子外径,即R=1.0D。(D为弯头直径,R为曲率半径)。
4. 若按压力等级来分:大约有十七种,和美国的管子标准是相同的,有:Sch5s、Sch10s、Sch10、Sch20、Sch30、Sch40s、STD、Sch40、Sch60、Sch80s、XS;Sch80、SCH100、Sch120、Sch140、Sch160、XXS;其中最常用的是STD和XS两种。
5. 按照不同形状用途可以分为:沟槽式弯头、卡套式弯头、双承弯头、法兰弯头、异径弯头、呆座弯头、内外牙弯头、冲压弯头、推制弯头、承插弯头、对焊弯头、内丝弯头等。
标准
日本标准
标准号描述
JIS B2311 通用钢制对焊管件
JIS B2312 钢制对焊管件
JIS B2313钢板制对焊管件
JIS B2316 钢制承插焊管件
管件执行标准之美国标准:
标准号描述
ASME/ANSIB16.9 工厂制造的锻钢对焊管件
ASME/ANSIB16.11 承插焊和螺纹锻造管件
ASME/ANSIB16.28 钢制对焊小半径弯头和回头弯
ASME B16.5 管法兰和法兰配件
MSS SP-43 锻制不锈钢对焊管件
MSS SP-79 承插焊异径插入件
MSS SP-83 承插焊和螺纹活接头
MSS SP-97 承插焊、螺纹和对焊端的整体加强式管座
电力标准
标准号描述
GB2000火电发电厂汽水管道零件及部件典型设计手册
DL/T515-93电站弯管
D-GD87-1101 管道零件及部件典型设计
管件执行标准之化工标准:
标准号描述
HGJ514 碳钢、低合金钢无缝对焊管件
HGJ528 钢制有缝对焊管件
HGJ10 锻钢制承插焊管件
HGJ529 锻钢制承插焊、螺纹和对焊接管台
HGJ-44-76-91钢制管法兰、垫片、紧固件
HG20592-20635钢制管法兰、垫片、紧固件
中石化标准
标准号描述
SH3406 -1996石油化工钢制管法兰
SH3408 -1996钢制对焊无缝管件
SH3409-1996 锻钢制承插焊管件
SH3410 -1996锻钢制承插焊管件
SH3065-1994石油化工管式炉急弯弯管技术标准
国家标准
标准号描述
GB/T12459-2017钢制对焊管件
GB/T14383 锻钢制承插焊管件
GB/T17185-1995钢制法兰管件
管件执行标准之中石油标准:
标准号描述
SY/T0510-2017钢制对焊管件
SY/T5257-2012钢制弯管
02S403 钢制管件国家建筑标准
船用标准
GB/T10752-1995船用钢管对焊接头
CB/T3590-94 铝黄铜弯头
工艺流程
无缝弯头:弯头是用于管道转弯处的一种管件。在管道系统所使用的全部管件中,所占比例最大,约为80%。通常,对不同材料或壁厚的弯头选择不同的成形工艺。制造厂常用的无缝弯头成形工艺有热推、冲压、挤压等。
热推成形
热推弯头成形工艺是采用专用弯头推制机、芯模和加热装置,使套在模具上的坯料在推制机的推动下向前运动,在运动中被加热、扩径并弯曲成形的过程。热推弯头的变形特点是根据金属材料塑性变形前后体积不变的规律确定管坯直径,所采用的管坯直径小于弯头直径,通过芯模控制坯料的变形过程,使内弧处被压缩的金属流动,补偿到因扩径而减薄的其它部位,从而得到壁厚均匀的弯头。
热推弯头成形工艺具有外形美观、壁厚均匀和连续作业,适于大批量生产的特点,因而成为碳钢、合金钢弯头的主要成形方法,并也应用在某些规格的不锈钢弯头的成形中。
成形过程的加热方式有中频或高频感应加热(加热圈可为多圈或单圈)、火焰加热和反射炉加热,采用何种加热方式视成形产品要求和能源情况决定。
冲压成形
冲压成形弯头是最早应用于批量生产无缝弯头的成形工艺,在常用规格的弯头生产中已被热推法或其它成形工艺所替代,但在某些规格的弯头中因生产数量少、壁厚过厚或过薄。
产品有特殊要求时仍在使用。弯头的冲压成形采用与弯头外径相等的管坯,使用压力机在模具中直接压制成形。
在冲压前,管坯摆放在下模上,将内芯及端模装入管坯,上模向下运动开始压制,通过外模的约束和内模的支撑作用使弯头成形。
与热推工艺相比,冲压成形的外观质量不如前者;冲压弯头在成形时外弧处于拉伸状态,没有其它部位多余的金属进行补偿,所以外弧处的壁厚约减薄10%左右。但由于适用于单件生产和低成本的特点,故冲压弯头工艺多用于小批量、厚壁弯头的制造。
冲压弯头分冷冲压和热冲压两种,通常根据材料性质和设备能力选择冷冲压或热冲压。
冷挤压弯头的成形过程是使用专用的弯头成形机,将管坯放入外模中,上下模合模后,在推杆的推动下,管坯沿内模和外模预留的间隙运动而完成成形过程。
采用内外模冷挤压工艺制造的弯头外形美观、壁厚均匀、尺寸偏差小,故对于不锈钢弯头特别是薄壁的不锈钢弯头成形多采用这一工艺制造。这种工艺所使用的内外模精度要求高;对管坯的壁厚偏差要求也比较苛刻。
中板焊制
用中板用压力机做成弯头剖面的一半,然后把两个剖面焊接到一起。这样的工艺一般用来作DN700以上的弯头的。
其它成形方法
除上述三种常用的成形工艺以外,无缝弯头成形还有采用将管坯挤压到外模后,再通过管坯内通球整形的成形工艺。但这种工艺相对复杂、操作麻烦,且成形质量不如前述工艺,故较少采用
使用范围
由于弯头具有良好的综合性能,所以它广泛用于化工、建筑、给水、排水、石油、轻重工业、冷冻、卫生、水暖、消防、电力、航天、造船等基础工程。
局部减薄弯头的极限载荷研究
局部减薄是弯头常见的缺陷,但国内外对此类缺陷的研究主要针对直管,对弯头局部减薄的研究少有文献报道。本文通过详细的有限元计算和理论分析,研究了在内压和弯矩作用下局部减薄对弯头极限承载能力的影响,以及内压作用下多局部减薄的相互干涉效应和弯矩作用下直管对弯头极限载荷的加强作用,并进行了部分实验验证,得到了以下研究成果:
1.用有限元方法对内压作用下局部减薄弯头的极限载荷进行了系统地分析和计算,得出局部减薄弯头的极限压力与局部减薄的直管不同,弯头的极限压力不仅取决于局部减薄大小,还与局部减薄位置和弯曲半径有关,如采用局部减薄直管的计算方法评定弯头,则会得出不安全或过于保守的结果;同时减薄宽度对极限载荷的影响也不可忽略。在有限元分析的基础上给出了局部减薄弯头极限压力的计算公式,公式计算结果与有限元计算和实验结果都相当吻合并偏安全,计算公式可以实际应用于局部减薄弯头的安全评定,补充了该项研究的空白。
2.通过有限元分析,研究了在内压下多局部减薄之间的相互干涉效应,研究表明多局部减薄的相互影响不仅与间距有关,还与减薄深度有关。指出减薄深度较浅时,轴向局部减薄间距大于2倍壁厚,双局部减薄的极限载荷与单个局部减薄的极限载荷基本相同;当减薄深度较深,轴向局部减薄间距大于4倍壁厚时,双局部减薄的极限载荷与单个局部减薄的极限载荷基本相同,补充了现有研究的不足。
3.通过有限元计算,研究了相连直管对弯头极限弯矩的加强作用,指出与弯头相连的直管会使弯头的极限弯矩增大,弯曲半径不同时,弯头极限载荷增加量不同。当相连直管长度大于3倍管径时,直管对弯头的强化作用不再增加。该项研究补充了直管对弯头加强作用研究的不足。
4.通过有限元分析详细研究了局部减薄对弯头极限弯矩的影响,得出面内弯矩作用下局部减薄弯头极限弯矩的大小与减薄位置、减薄尺寸及弯曲半径有关。研究表明在弯矩作用下,几何非线性的影响是显著的。在内壁局部减薄和大变形有限元分析的基础上,给出面内弯矩作用下局部减薄弯头极限弯矩的计算公式,计算结果可以较准确并偏保守地反映出有限元计算结果,并与实验结果相符。该项研究填补了这一领域的空白。