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连接两根公称通径相同的管子,使管路做90°或者其它角度的转弯。它的材质多种多样,合金弯头用途非常广泛。 普通的青铜材质的合金弯头在一般自来水管道中较为常见,但随着生活水平的提高,很多自来水管道都改用不锈钢弯头。锰钢材质的合金弯头由于锰钢具有承受冲击、挤压、物料磨损等的优良性能,通常被使用在混凝土输送管道,泥浆输送管道等磨损消耗比较严重的管道中。而高锰钢合金弯头则被使用在流体流动比较激烈,冲击比较强的管道中;镍钢材质的合金弯头通常被用在高浓度氧化酸(硝酸、硫酸)等的常温输送管道中,但在还原酸(盐酸、稀硫酸等)的输送管道中则会被严重腐蚀,除非盐酸的浓度很低;马氏体合金弯头在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力,但焊接性较差。因此,常被用在高温水蒸气输送管道、水煤气管道。执行标准:GB/T12459-2005、GB/T13401、GB/T10752-1999。
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***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。
15CrMo钢系珠光体组织耐热钢,在高温下具有较高的热强性(δb≥440MPa)和抗氧化性,并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素,钢材的淬硬倾向较明显,焊接性差。
针对15CrMo钢的焊接性的工作特点,根据以往的经验,参照国外提供的焊接工艺卡,我们选择了两种方案进行焊接试验。
方案Ⅰ:焊接预热,采用ER80S-B2L焊丝,TIG焊打底,E8018-B2焊条,焊条电弧焊盖面,焊后进行局部热处理。
方案Ⅱ:采用ER80S-B2L焊丝,TIG焊打底,E309Mo-16焊条,焊条填充电弧焊盖面,焊后不进行热处理。焊丝和焊条的化学成分及力学性能见表1。试验方案 拉伸试验 弯曲试验冲击韧性试验aky(J/cm2)
抗拉强度δb/Mpa 断裂部位 弯曲角度 面弯 背弯 焊缝 熔合线 热影响区(HAZ)
方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6
方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7
从拉伸试验结果可知,两种方案的拉伸试样全部断在母材,说明焊缝的抗拉强度高于母材;弯曲试验全部合格,说明焊缝的塑性较好。根据表5中的冲击韧性试验结果可知,方案Ⅰ的冲击韧性明显高于方案Ⅱ,证明方案Ⅰ的焊后热处理规范比较理想,高温回火不仅达到了改善接头组织和性能目的,而且使韧性与强度配合适当。从室温机械性能结果可知,所的两种焊接工艺方案均可用于现场施工。方案Ⅰ采用了与母材成分接近的焊条,焊缝性能同母材匹配,焊缝应具有较高的热强性,焊缝在高温下长期使用不易破坏。难点是焊后热处理规范较为严格,回火温度和保温时间及加热和冷却速度控制不当反而会引起焊缝性能下降。方案Ⅱ采用了奥氏体不锈钢焊条施焊,虽然可以省去焊后热处理,但由于焊缝与母材膨胀系数不同,长期高温工作时可发生碳的扩散迁移现象,容易导致焊缝在熔合区发生破坏。因此,从使用可靠性考虑,现场采用方案Ⅰ施焊更为稳妥。
弯头首先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)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,其中常用的是 STD和XS两种。按弯头的角度分,有45°弯头,有90°弯头和180°弯头。 碳钢弯头的基本工艺过程是:首先焊接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,内部冲满压力介质后,施以内压,在内压作用下横截面由多边形逐渐变成圆,终成为一个圆形环壳。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,该工艺适用于制造弯头中径与弯头内径比大于1.5的任何规格大型弯头,是目前制造大型碳钢弯头的理想方法。 该碳钢弯头制作工艺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的碳钢弯头。 (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,可以缩短制造周期,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碳钢弯头。
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,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。目前,制造厂常用的无缝弯头成形工艺有热推、冲压、挤压等。
5.1 a. 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。
5.2 b. 冲压成形
冲压成形弯头是***早应用于批量生产无缝弯头的成形工艺,目前,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。
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