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弯管应力分布的影响及质量性能

2019-01-03 13:46:29

弯管是管路系统的重要管件之一,主要作用有2方面:一方面根据需要改变管线的方向;另一方面提高管路柔性,通过弹性或塑性变形减小管路系统中由于热膨胀等因素产生的力和力矩。弯管在实际工作中除承受内压外,还承受弯矩、扭矩和自重等载荷的作用,是管路系统中的薄弱环节。弯管应力的理论计算方法中一般将其理想化为均匀壁厚,但是实际弯管受制造工艺限制,壁厚具有不均匀性。

均匀壁厚弯管与不均匀壁厚弯管应力分布的整体趋势基本一致。为了更深入地分析壁厚不均匀性对弯管应力分布的影响,将横截面上的经向应力与周向应力分离为薄膜应力、一次弯曲应力和二次弯曲应力。详细的分析中还会出现泊松应力和弯管曲率变化引起的附加应力,由于它们数值较小,对弯管的可靠性影响甚微,所以不做分析。均匀壁厚弯管的经向薄膜应力由内压产生,从内弯侧到外拱侧逐渐减小,较大值位于内弯侧,周向薄膜应力基本不变。由于壁厚不均匀性的影响,外拱侧壁厚减薄,薄膜应力增大。内弯侧壁厚增加,薄膜应力减小。

在壁厚不均匀程度增大的过程中,弯管的内弯侧经向薄膜应力逐渐减小,外拱侧逐渐增大。当壁厚的不均匀性增大到程度时,较大经向薄膜应力所在位置会由内弯侧突变到外拱侧。

冷弯管制作是油气长输管道施工中的重要工序之一,主要用于小角度改变管道线路走向,在山地、丘陵等地形复杂地区的用量较大。冷弯管一般是在管道施工现场采用冷弯管机制作而成,与热垠弯管相比,其制作效率较高、成本较低、应用方便。

冷弯管的制作过程是对钢管逐段施加弯曲力矩,使之产生局部塑性变形,逐段的成形角度累加,达到设计弯曲角度。如果弯制工艺控制不好或变形量过大,可能造成冷弯管防腐层受损、椭圆度超标、内弧褶皱、壁厚减薄,以及管体强度、塑性和韧性等力学性能下降,对冷弯管的承载能力、疲劳性能及服役性造成不利影响,增加冷弯管的失效风险。因此,在实际工程中,需要对冷弯管制作工艺参数及其质量性能进行严格控制。

近年来,在冷弯管制作装备改进、冷弯工艺优化、质量性能评价和标准体系建设等方面开展了一系列工作,取得了许多成果,为工程应用提供了的技术支撑。

目前主流的冷弯管制作装备为垂直液压冷弯管机,其基本工作原理是通过合理的支点和受力点施加弯矩,使钢管发生塑性变形,从而达到钢管冷弯曲的目的。垂直液压冷弯管机的结构类型包括整体式、主机和动力分体式、模块式等,组成部分包括机架总成、动力系统、液压系统、上模、下模、内胎、夹具、卷扬机构、自卸装置、测量和显示系统、牵引及行走装置等。垂直液压冷弯管机具有占地较小、运输方便、工作效率高、性能稳定等特点,目前在管道工程中得到广泛应用。

采用垂直液压冷弯管机制作冷弯管的基本步骤为:后端夹具夹紧钢管(固定支点),通过前端下模主油缸的支点(活动支点)向上运动,使钢管沿上模曲线中部(固定支点)弯曲变形,再将钢管按的间隔移动后重复弯制过程,逐段弯制,达到设计的弯曲角度。主要工艺流程为:弯管机启动和预热,弯管基准点设定明台芯一顶模基准点、弯曲间隔基准点、钢管水平基准点、钢管弯曲基准点),钢管弯制,质量检验,标识和装运。

冷弯管制作工艺参数主要包括:直管段长度、曲率半径、弯制步距(两次弯制的间隔距离)、每步距内的弯制角度、单管弯曲角度等。冷弯工艺参数与钢管规格(外径和壁厚)、钢级、回弹性能、冷弯模具等密切相关,优选合理的冷弯工艺参数,对于确保冷弯管的外观质量和力学性能满足相关工程技术要求是十分重要的。目前,确定冷弯工艺参数的手段主要有计算分析、弯制试验、执行相关标准规范和工程经验等。

在生产各类弯管加工产品的过程中,为了获得良好的表面质量,因而在生产期间需要采取一些的措施。比如可以选择更的弯管机,或者是选用强度更高的模具,此外还可以通过采用良好的润滑措施来达到目的。

就目前来说,在弯管加工的过程中,一般常常是采用压弯的方式来使其达到弯曲的角度。并且在制作生产的时候,一般是采用通用的机械压力机以及液压机,有时候也会的采用其专用的折弯压力机。有时候也会用到卷板机,设备采用其三辊卷板机按三点决定一圆的道理,的对板坯进行其连续的弯曲,这样三辊其卷板机在使用的过程中会具有两个传动辊和一个压下辊。

事实上,在弯管加工制作的过程中,我们可以通过适当的调整其压下辊的上下位置。这样一来,将可以在程度上的改变它和传动辊之间的相对距离。这样也能够有助于产品的质量。此外在进行拉弯的过程中,其板材会额置于传动轴以及压下辊之间,在运行时其传动辊的正反方向是交换转动的,这样就会使得板材往复运动,调节其压下辊使之逐步压下。

在这样的情况下,将可以使弯管加工板材弯曲成所需要的角度。大家应当知道,弯管在进行加工的过程中会对其精度的要求是比较高的,产品的长度以及曲率半径要求比较大横向尺寸要求较小的弯曲件,可在专用的拉弯机上进行拉弯。

弯管加工期间,其板材将会受到拉应力的作用。需要注意的是,弯管加工过程中,其弯胎的精度在程度上也会直接影响其弯管的在质量。也就是说,在生产中,不仅要注意控制其规格和尺寸,同时还要保证选择适合的弯胎。


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