浅谈钢管弯管缺陷原因分析及预防对策
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摘要：文章主要介绍了钢管弯管常见的几种缺陷形式，并分析其原因，提出预防对策。
关键词：钢管 弯管 缺陷形式 原因分析 对策
在管道系统中，弯制管件已成为管路系统必不可少的一个组成部分，但在弯管过程中由于工艺条件或操作不当等原因可能会使弯出的管件产生各种不同程度的缺陷，而这些缺陷的产生将直接影响到产品的安全性、可靠性。
1 冷态弯制时管子的受力分析
如图1所示：外径为D、壁厚为S的管子受外力矩M的作用发生弯曲时，外侧的管壁在拉应力σ1的作用下产生拉伸变形而减薄，内侧管壁受压应力σ2的作用下产生压缩变形而增厚。
缺陷形式一：弯管圆弧外侧变扁，如图2 （按照JB/T 10760-2007 ，弯曲后弯曲部位的长度轴之比≤1.1）。
原因分析：通过受力分析可知，力F1和F2都向中部作用，管子弯曲部位在水平面上的直径变大，垂直面上的直径减小，导致出现椭圆形。尤其是无芯弯管，该情况尤为严重，对于有芯弯管（芯棒的形式见图3），影响管子变扁的主要因素是芯棒和管子内壁间的间隙的大小，此外，有芯弯管时，芯棒伸出钢管弯曲点的长度e的大小亦会影响管子的变形程度。
对策：对于无芯弯管，可在钢管弯曲的背面设计反变形槽，反变形槽接触面半径不全等于钢管外径，否则，达不到反变形的效果。如图4所示：D为管子外径尺寸，反变形槽尺寸设计可参照以下公式：R1=0.5D，R2≈（0.95～1.0）D，R3≈（0.37～0.5）D；对于有芯弯管，芯棒直径尺寸d和芯棒伸出钢管弯曲点的长度e可参照下列经验公式选取：d≈（0.94～0.98）D1 e≈（1/4～1/2）D1，式中d――芯棒直径，mm，D1――管子内径名义尺寸，mm。
缺陷形式二：弯管圆弧外侧减薄量过大，如图5：
原因分析：当弯管半径过小时，由于压力导向模的阻力作用将使圆弧外侧的拉应力ó1增大，弯制管件的圆弧外侧就会减薄，压紧力越大，阻力也越大，减薄量越大，减薄也越严重。
对策：管子最小弯曲半径的设计可参照以下公式：Rmin=D/2[δ]，其中D为管子外径，[δ]为管子的允许延伸率（[δ]可通过机械手册可以查询）。通常，按照以上公式设计最小弯曲半径即可满足生产的要求。当选择管子弯曲半径R≥3D 时，能获得相对较好的弯制管件。解决压力导向模阻力大的有效解决方法就是采用有顶推装置的弯管机，这样，在弯管时顶推装置推动管子向前，抵消了管子弯制时的部分阻力，改善管子剖面上的应力分布状态，减小了拉应力ó1，外侧管壁受力减小，相应减少了管子外侧管壁的减薄量。
缺陷形式三：弯管圆弧外侧弯裂，如图6：
原因分析：若钢管材质选用不当，含碳量过高，脆性太强，当拉应力σ1超过钢管的拉伸强度时，出现裂纹；排除材质的问题后，芯棒伸出钢管弯曲点的长度e、芯棒直径的尺寸和光滑程度均会影响弯管质量。当e过大时，在弯管时挤裂管子外壁，芯棒直径过大或是球节外径不够光滑时，在弯管时会拉伤管壁，造成管裂；除此之外，芯棒与管子内壁的摩擦力同样会影响弯制管件的质量。
对策：弯管首选用无缝钢管20号和高频焊管Q235。需要注意的是高频焊管是用钢板焊接而成的，在弯曲时应避免焊缝尽量处于F1和F2的受力方向，即不要正对夹模和弯模。对于芯棒直径d和芯棒伸出钢管弯曲点的长度e的选择按照缺陷形式一中的经验公式选取，并保证芯棒光滑，此外，芯棒与管内壁要有良好的，减少管子内壁与芯棒之间的摩擦力。
缺陷形式四：弯管圆弧内侧起皱，如图7：
原因分析：在管件弯曲时，内侧管壁在压应力σ2的作用下出现失稳而起皱。对于有芯弯管，一般是由于芯棒直径过小，芯棒与管壁的间隙过大，或芯棒伸出钢管弯曲点的长度e过小，在弯管时管子不能得到好的支撑，内侧所受的压应力使材料收缩产生褶皱；压力导向模压力过小，不能使管子在弯曲的过程中与弯模贴合，当受到压应力σ2时，有起皱的空间，造成起皱。
对策：芯棒直径大小和芯棒伸出钢管弯曲点的长度e的选择按照缺陷形式一中的经验公式选取，并适当调大压力导向模的压力。
3 结束语
通过以上措施的实施，并配比相应水平的弯管操作人员，将能有效控制弯管时出现的故障。
参考文献：
[1]蒋怡等.板金冲压工艺手册[M].北京：国防工业出版社，1989.
[2]徐灏等 机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1991.
[3]章燕谟.锅炉制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1990.