单缝推制弯头工艺试验——文献学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于2015年《管道技术与设备》第1期，由北京国电富通科技发展有限责任公司的孙立明、徐广信、刘红臣、郭磊完成。研究聚焦于哈夫弯头（Half Elbow）的推制工艺优化，通过工艺试验确定了单缝弯头推制的关键参数，并对推制后焊缝的力学性能进行了分析评价。

哈夫弯头是管道系统中常用的一种管件，其特点是仅弯曲半圆（90°或45°），通常由卷制管（螺旋焊管或直缝焊管）推制成型。传统的哈夫弯头在内弧和外弧各有一条焊缝，共计两条焊缝，焊缝的存在是弯头的薄弱环节，影响弯头的力学性能和使用寿命。本文提出通过优化焊缝位置，将弯头设计为仅在外弧保留一条焊缝的"单缝弯头"，从而减少焊缝数量，提高弯头整体质量。

推制工艺原理与关键参数

推制成型（Push Bending）是钢管弯头制造的主要工艺之一。其基本原理是将钢管加热到一定温度后，利用推制模具（芯模和模具）对钢管施加径向和切向力，使钢管在塑性变形状态下沿模具轮廓弯曲成型。推制工艺的关键在于加热温度、推制速度、模具形状和变形量的精确控制。

推制工艺关键参数

单缝弯头设计原理与焊缝位置优化

传统哈夫弯头的两条焊缝分别位于内弧和外弧，在内弧焊缝处，钢管受压缩变形，在外弧焊缝处，钢管受拉伸变形。两条焊缝均处于高应力区域，是弯头的薄弱环节。

本文的创新之处在于提出将焊缝布置在外弧偏侧弧约10°的位置。这一位置的确定基于以下考虑：

1. 应力分布分析：弯头弯曲时，内弧受压、外弧受拉，侧弧（即弯头中性轴附近）的应力最小。将焊缝布置在外弧偏侧弧10°处，使焊缝处于拉应力较小但非零的区域，避免了焊缝处于最大拉应力区。
2. 变形均匀性：偏侧弧10°的位置使得焊缝在推制过程中经历的变形量适中，既不会因为变形过大而产生裂纹，也不会因为变形过小而导致壁厚减薄不足。
3. 制造可行性：通过调整卷制管的焊缝位置，使得推制后焊缝恰好位于外弧偏侧弧10°处，这在制造上是通过控制卷制管的焊缝起始位置来实现的。

焊缝位置与弯头性能的关系

焊材选择与力学性能分析

试验中采用了两种不同焊材：R307和R407。这两种焊材分别对应不同的强度等级，用于满足不同工况下的弯头性能要求。

焊材性能对比

试验结果表明，两种焊材的焊缝在推制后均满足相关标准的要求，但R307焊材的抗拉强度余量较小。这意味着在R307焊材的弯头中，焊缝的抗拉强度接近标准下限，在承受较高载荷或恶劣工况时可能存在安全隐患。因此，在实际工程应用中，应优先选用R407焊材，以确保弯头焊缝具有充足的强度余量。

工程实践启示

本文的研究对卷制管弯头的制造具有重要的工程指导意义。在实际生产中，推制弯头的质量受多种因素影响，包括钢管材质、焊缝质量、加热工艺、推制工艺等。本文提出的单缝弯头设计和焊缝位置优化方案，为降低弯头制造成本、提高弯头质量提供了可行途径。

从质量控制的角度看，推制弯头的检验应包括以下内容：

• 外观检验：检查弯头表面是否有裂纹、褶皱、压痕等缺陷，焊缝区域应特别关注；
• 尺寸检验：检查弯头的角度、曲率半径、壁厚减薄量等是否符合设计要求；
• 力学性能试验：对推制后的弯头进行拉伸、冲击等力学性能试验，验证焊缝和热影响区的性能；
• 无损检测：对焊缝进行UT或MT检测，确认推制过程中未产生新的缺陷。

学习心得与思考

本文的研究体现了"结构优化+工艺试验+性能验证"的系统化工程方法。对于钢管弯头制造技术人员而言，最重要的启示是：弯头的结构设计（特别是焊缝位置）对推制工艺的成功与否有决定性影响。在实际生产中，我们往往关注推制工艺参数（温度、速度、模具），却忽视了弯头结构设计对工艺可行性的影响。

本文的研究还提示我们，焊材选择对弯头的最终性能有重要影响。在推制工艺中，焊缝和热影响区经历了塑性变形和再加热，焊材的原始性能可能发生变化。因此，在焊材选择时，不仅要考虑原始力学性能，还要考虑推制后性能的变化趋势，确保推制后的焊缝性能满足标准要求。

在实际工程中，对于大批量生产的推制弯头，建议建立完善的工艺数据库，记录不同钢种、不同焊材、不同工艺参数下的弯头性能数据，为后续生产提供数据支撑。同时，应加强推制弯头的过程质量控制，在推制过程中实时监控加热温度、推制速度和变形量，确保工艺参数的稳定性和一致性。