[发明专利]管路弯头内压成型方法

说明书

本发明涉及一种管路弯头，特别是大直径弯头的成形方法。

随着工业的发展，管路系统在石油、天然气、化工、水电、建筑和锅炉等行业应用越来越多。弯头作为管路系统中的常用连接元件，除可改变管路方向外，还可以在一定程度上起着调节热胀冷缩的作用，是管路系统中的关键元件之一。目前，弯头成形方法主要有以下几种：

(1)钢管绕弯法

用无缝或焊制钢管，在弯管机上用模具成形。该方法加工弯头具有周期短、质量好、耐压高等优点，最高使用压力10MPa，但由于受弯管机能力与模具的限制，一般适用于加工管径较小(内径小于Φ300mm)的标准系列弯头。加工过程中不可避免地存在内侧管壁起皱和外侧管壁减薄等问题。

(2)推制弯头法

采用感应加热将钢管通过专门的芯模制造弯头，缺点是很难得到大直径的弯头；另外一种推制弯头的方法是用局部感应加热随之急冷的方法，不用芯模，但不能用于壁厚相对很薄、弯头中径与内径比值较小的场合。

(3)焊制近似弯头

焊制近似弯头，俗称虾米腰，是用几段直管近似弯管，其优点是工艺简单，可进行现场制作。缺点是不能承受较大内压，一般只用于压力较低或基本不受压的管路系统中，如烟道、排水管道等。

此外，还有一种冲压焊接弯头法，是先用模具冲出半个弯头，然后再焊接成整个弯头。由于每种规格需要一套模具，成本高，周期长，已很少使用。

本发明的目的是提出一种新的大直径弯头成形方法，采用该方法加工弯头可以不需要模具和压力机，不需要管材，因而节省投资、降低生产成本。

本发明提出的管路弯头内压成形方法的基本工艺过程为：首先焊制一个横截面为多边形的多棱环壳或两端封闭的多棱扇形壳，在其内部充满传力介质后，开始施加内压，在内压作用下横截面由多边形逐渐变成圆，最终成为一个圆形环壳。然后，根据需要，一个圆形环壳可以切割成4个90°弯头或6个60°弯头或其它规格的弯头。

本发明的要点在于，不需以管坯为原料而是将平板或经预先辊弯的圆柱壳板或锥壳壳板组装焊接一个圆环壳形或扇形多面壳体，该多面壳体各面不需要预先用模具冲压成形，而是在组焊后通过传力介质施加内压，在内压作用下，产生塑性变形，而逐渐由多面体逼近一个圆环壳。传力介质可以是气体、液体或其物质。压力可以是来自压力泵、天然气、液化气、炸药等。

图1是环壳加压成形初始阶段示意图，图中(1)为压力源；(2)为单向阀；(3)压力表；(4)管道；(5)壳体。

在加压过程中，由于封闭壳体的对称性，其自身能平衡内压产生的作用力，因此外部不需要设置模具。成形过程所需内压p不断增加，最大压力的数值随板厚t与弯头内径d的比值t/d和材料屈服极限σ_s的增大而增大。

本发明适用于制造工作压力小于10MPa、弯头内径d≥125mm，弯头中径D与弯头内径d比值D/d≥1.0的任何弯头，而弯头中径的大小不受限制。例如可以加工弯头内径为12m，弯头中径为60m以上的大型弯头。

本发明提出的方法加工大型弯头，与原有的弯头制造方法相比，具有明显的优点。主要表现在以下几个方面：

(1)不需管坯作原料，可节约制管设备及模具费用，且可得到任意大直径而壁厚相对较薄(厚径比t/D很小)的弯头。

(2)坯料为平板或可展曲面，因而下料简单，精度容易保证，组装焊接方便。

(3)由于上述二条原因，制造周期缩短，生产成本大大降低。因不需要任何专用设备，尤其适合于现场加工大型弯头。

(4)加压胀形过程的压力一般高于工作压力1～2倍，因此成形过程相当于超载处理，可以降低加工过程产生的残余应力。

采用本发明提出的方法，曾分别对D/d＝3，相对壁厚t/D＝1/200的低碳钢弯头和不锈钢弯头进行了成形试验。弯头成形后的几何形状公差为：

(1)环壳断面圆度：≤1.5％

(2)弯头中径公差：±0.75％

由于在室温下成形，成形后弯头表面粗糙度与板材粗糙度比无显著差异