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碳钢弯头成形工艺具有外形美观、壁厚均匀以及连续作业,适于大批量生产产品的特点,因而成为碳钢、合金钢弯头的主要制作方法,并也应用在某些规格的不锈钢弯头的制造中。成形过程的加热方法有中频或高频感应加热(加热圈可以是多圈或单圈)、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。
碳钢弯头的刚性较差,适用于压力p≤4MPa的场合;国标碳钢弯头刚性较大,适用于压力温度较高的场合。碳钢弯头成型技术基本工艺过程是: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。法兰密封面的型式有三种:平面型密封面,适用于压力不高、介质的场合;凹凸密封面,适用于压力稍高的场合。
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。
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: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,计算公式可以实际应用于局部减薄弯头的评定,补充了该项研究的空白。
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