彎管按其制作方法不同，可分為煨制彎管、沖壓彎管和焊接彎管。煨制彎管又分為冷煨和熱煨兩種。本章著重介紹常用煨管設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能及操作等方面的知識(shí)，以及煨制彎管的下料計(jì)算。
01
彎管的一般知識(shí)
彎管是改變管道方向的管件。在管子交叉、轉(zhuǎn)彎、繞梁等處，都可以看到彎管。
煨制彎管具有較好的伸縮性、耐壓高、阻力小等優(yōu)點(diǎn)。因此，在施工中常被采用。
彎管的主要形式有：各種角度的彎頭、U形管、來回彎(或稱乙字彎)和弧形彎管等，如圖1—1所示。
彎頭是帶有一個(gè)任意彎曲角的管件，它被用在管子的轉(zhuǎn)彎處。彎頭的彎曲半徑用R表示。R較大時(shí)，管子的彎曲部分就較大，彎管就比較平滑；R較小時(shí)，管子的彎曲部分就較小，彎得就較急。
來回彎是帶有兩個(gè)彎曲角(一般為135°)的管件。來回彎管子彎曲端中心線間的距離叫做來回彎的高度，用字母h表示。室內(nèi)采暖立支管與干管及散熱器連接，管道與不在同一平面上的接點(diǎn)連接時(shí)，一般需采用來回彎。
U形管是成正半圓形的管件。管子的兩端中心線問的距離d等于兩倍彎曲半徑R。U形管可代替兩個(gè)90°彎頭，經(jīng)常用來連接上下配置的兩個(gè)圓翼形散熱器。
弧形彎管是帶有三個(gè)彎曲角的管件。中間角一般成90°，側(cè)角成135°?；⌒螐澒苡糜诶@過其它管子，在有冷熱水供應(yīng)的衛(wèi)生設(shè)備配管時(shí)，經(jīng)常采用弧形彎管。
彎管尺寸由管徑、彎曲角度和彎曲半徑三者確定。彎曲角度根據(jù)圖紙和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，然后制出樣板，照樣板煨制并按樣板檢查煨制管件彎曲角度是否符合要求。樣板可用圓鋼煨制，圓鋼的直徑根據(jù)所煨管徑的大小選用，10-14mm即可。彎管的彎曲半徑應(yīng)按管徑大小、設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)定而定。既不能過大，也末虛選得太小。因?yàn)閺澢霃竭^大，不但用材料多，而且管子彎曲部分所占的地方也大，這樣會(huì)給管道裝配帶來困難；彎曲半徑選得太小時(shí)，彎頭背部管壁由于過分伸長(zhǎng)而減薄，使其強(qiáng)度降低，而在彎頭里側(cè)管壁被壓縮，形成皺紋狀態(tài)。因此，一般規(guī)定：熱煨彎管的彎曲半徑應(yīng)不小于管子外徑的3．5倍；冷煨彎管的彎曲半徑應(yīng)不小于管子外徑的4倍；焊接彎頭的彎曲半徑應(yīng)不小于管子外徑的1．5倍；沖壓彎頭彎曲半徑應(yīng)不小于管子外徑。
彎管時(shí)，彎頭里側(cè)的金屬被壓縮，管壁變厚；彎頭背面的金屬被拉伸、管壁變薄。彎曲半徑越小，彎頭背面管壁減薄就越嚴(yán)重，對(duì)背部強(qiáng)度的影響就越大。為了使管子彎曲后不致對(duì)原有的工作性能有過大改變，一般規(guī)定管子彎曲后，管壁減薄率不得超過15％。管壁減薄率可按下式進(jìn)行計(jì)算：
式中A——管子彎曲后外側(cè)母線處管壁的減薄率(％)；
DW——管子外徑(mm)；
R——彎管的彎曲半徑(mm)。
彎管時(shí)，由于管子彎曲段內(nèi)外側(cè)管壁厚度的變化，還使得彎曲段截面由原來的圓形變成了橢圓形。彎管斷面形狀的改變，會(huì)使管子的過流斷面面積減小，從而增加流體阻力，同時(shí)還會(huì)降低管子承受內(nèi)壓力的能力，因此，一般對(duì)彎管的橢圓率做以下規(guī)定：管徑小于或等于150mm時(shí)，橢圓率不得大于10％；管徑小于或等于200mm時(shí)，橢圓率不得大于8％。
管道的橢圓率可按下式進(jìn)行計(jì)算：
式中T——橢圓率(％)；
d1——橢圓變形處的長(zhǎng)徑(mm)；
d2——橢圓變形處的短徑(mm)。
應(yīng)用水、煤氣鋼管和直縫焊接鋼管制作冷煨彎管或熱煨彎管時(shí)，管子的焊縫應(yīng)位于距側(cè)面中心線45°的地方。以免彎曲時(shí)，管子焊縫開裂。
煨制彎管一般不允許產(chǎn)生皺紋，如有個(gè)別起伏不平的地方，其高度亦不得大于以下規(guī)定：管徑小于或等于125mm時(shí)，不得超過4mm；管徑小于或等于200mm時(shí)，不得超過5mm。
02
彎管計(jì)算及下料
在進(jìn)行彎管工作之前，必須先算出管子彎曲段的展開長(zhǎng)度，并劃出彎曲的始點(diǎn)，以便彎曲后能得到正確的半成品件。
一、90°彎管的計(jì)算
90°彎管在管道工程中應(yīng)用最廣，其彎曲半徑月因制作方法不同而異。對(duì)于冷煨彎管，常取R=(4～6)D；熱煨彎管取R=4D；沖壓彎頭或焊接彎頭，常取R=(1～1．5)D。彎曲半徑確定以后，即可計(jì)算出彎曲部分的下料長(zhǎng)度，并能確定熱煨時(shí)的加熱長(zhǎng)度，如圖1-3所示。從圖中可知，管道彎曲后，其彎曲段的外弧、內(nèi)弧不是原來的直管實(shí)際長(zhǎng)度，而只有彎管中心線的長(zhǎng)度在彎曲前后不變，其展開長(zhǎng)度等于原直管段長(zhǎng)度?，F(xiàn)設(shè)彎曲段起止端點(diǎn)分別為a、b，當(dāng)彎曲角為90°時(shí)，管子彎曲段的長(zhǎng)度正好是以r為半徑所畫圓的周長(zhǎng)的1／4，其弧長(zhǎng)用彎曲半徑來表示，即為
弧長(zhǎng)
由式(1-3)可知，90°彎管彎曲段的展開長(zhǎng)度為彎曲半徑的1．57倍。
在彎制U形彎、反向雙彎頭或方形伸縮器時(shí)，如以設(shè)計(jì)圖樣要求或?qū)嶋H測(cè)量得出的兩個(gè)相鄰90°彎頭的中心距尺寸進(jìn)行劃線煨制，那么彎成的兩個(gè)彎頭中心距將比原來的距離要大些，這是由于金屬管材加熱彎曲時(shí)產(chǎn)生延伸的結(jié)果。下料時(shí)，應(yīng)將兩個(gè)彎頭中心距減去這一延伸誤差，再劃出第二個(gè)彎頭中心線和加熱長(zhǎng)度，這樣才能使兩個(gè)彎頭彎好后，中心線間的距離正好等于所需要的尺寸。延伸誤差如圖1-4所示，其數(shù)值可按下式進(jìn)行計(jì)算：
式中△L——延伸長(zhǎng)度(mm)；
R——彎曲半徑(mm)；
a——第二個(gè)彎曲角的角度(°)。
1-個(gè)彎頭 2-規(guī)定的第二個(gè)彎頭中心線位置
3-實(shí)際第二個(gè)彎頭中心線位置4-第二個(gè)彎頭
下面以方形伸縮器為例，說明彎管劃線下料計(jì)算方法。
已知方形伸縮器的尺寸單位為mm，管徑為DNl50，彎曲半徑R=4DN=600mm。
若劃線在圖1-5b的直線上進(jìn)行，并以左邊端點(diǎn)o為起點(diǎn)，由圖上可以看出
Oa=1500—R=1500—600=900mm
ab是彎曲部分，其弧長(zhǎng)為
ab=1．57R=1．57 X 600=942mm
從a到d由兩個(gè)反向90°彎加一直管段bc組成，直管段bc的長(zhǎng)度應(yīng)減去延伸誤差△L，則
bc=2100—2R—△L
由式(1—4)可知
△L=600X(1—0.00875×90)=127．5mm
那么bc=2100—2×600—127.5=772.5mm
依此類推，便可計(jì)算出各管段的下料長(zhǎng)度，如圖1—5b所示，劃線工作便可順利進(jìn)行。
在實(shí)際工作中，煨制多個(gè)彎頭組成的管件時(shí)，劃線工作都分幾次去完成。首先在草圖上計(jì)算出各段下料長(zhǎng)度，選取適當(dāng)長(zhǎng)度的直管；然后從一端開始逐個(gè)彎頭進(jìn)行制作，在前一個(gè)彎頭制作好之后，再劃下一個(gè)，以便處理在彎管工作中的尺寸誤差。
二、任意彎管的計(jì)算
任意彎管是指任意彎曲角度和任意彎曲半徑的彎管。這種彎管彎曲部分的展開長(zhǎng)度可按下式進(jìn)行計(jì)算：
式中L——彎曲部分的展開長(zhǎng)度(mm)；
a——彎曲角度(°)；
p——圓周率；
R——彎曲半徑(MM)。
此外，任意彎管彎曲段展開長(zhǎng)度的計(jì)算
例 已知彎頭的彎曲角度a=25°，彎曲半徑R=500mm，安裝管段距轉(zhuǎn)角點(diǎn)M的距離為91lmm，取一根直管來煨制彎頭，試問應(yīng)如何劃線?
解 需加工的彎管端直管段長(zhǎng)度
b=911-CR
查表1-1得，當(dāng)a=25°時(shí)，C=0.2216，L=0.4363；故CR為：
0.2216R=0.2216×500=111mm
因此，得b=911-111=800 mm
彎曲部分實(shí)際展開長(zhǎng)度
L=0.4363R=0.4363×500=218 mm
根據(jù)計(jì)算出來的直管段長(zhǎng)度b及彎曲部分展開長(zhǎng)度L，便可進(jìn)行劃線。如圖1-7b所示。
由上面的例子可以看出，只要彎曲角度和彎曲半徑一定，利用表1—1就能很方便地進(jìn)行任意角度、任意彎曲半徑的彎管計(jì)算。而在熱煨時(shí)，其加熱管段長(zhǎng)度一般應(yīng)比彎曲長(zhǎng)度稍長(zhǎng)一些，以便保證彎曲部分加熱均勻。增加的長(zhǎng)度一般規(guī)定為：對(duì)于彎曲角度大的管子，可增加二倍管外徑長(zhǎng)度；對(duì)彎曲角度小的則增加彎曲長(zhǎng)度的20％。
三、其它彎管的計(jì)算
1．任意角度來回彎 任意角度來回彎分等彎曲半徑和不等彎曲半徑兩種。圖1—8為等彎曲半徑的任意角度來回彎。這種彎管具有彎曲半徑R、彎曲角度a、彎曲距離H、彎管長(zhǎng)度A及直管長(zhǎng)度L五個(gè)可變數(shù)據(jù)。在實(shí)際工作中，一般可根據(jù)設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定三個(gè)數(shù)據(jù)(H、R及a)，僅有兩個(gè)數(shù)據(jù)(L、A)需由計(jì)算確定。
1-8帶等彎曲半徑的任意角度來回彎
L、A值的計(jì)算分兩種情況
1)當(dāng)H≠2R時(shí)
來回彎展開總長(zhǎng)度為。
2)當(dāng)H=2R時(shí)
來回彎展開總長(zhǎng)度仍為。
不等彎曲半徑來回彎，其下料計(jì)算可按下述公式進(jìn)行。
彎管間直管段的長(zhǎng)度
彎管展開總長(zhǎng)度
2．弧形彎管計(jì)算
弧形彎管也叫半圓彎、抱彎。常見弧形彎管的角度為45°及60°兩種，45°弧形彎下料總長(zhǎng)度計(jì)算公式為
式中L/——彎曲件的展開總長(zhǎng)度(mm)；
R——鼻尖彎的彎曲半徑(mm)；
r——膀彎的彎曲半徑(mm)；
L——鼻梁的直管段長(zhǎng)度(mm)。
a)角度為45°b)角度為60°
60°弧形彎管下料總長(zhǎng)度計(jì)算公式為
式中L/——彎曲件的展開總長(zhǎng)度(mm)；
R——彎曲半徑(mm)。
3．折皺彎頭
折皺彎頭的煨制方法與冷煨、熱煨彎管均不相同，其特點(diǎn)是：彎頭背部管壁彎曲前后總長(zhǎng)度不變，而彎頭里側(cè)管壁由于局部加熱受熱彎曲，產(chǎn)生有規(guī)律的折皺。因此，其劃線方法也完全不同。彎曲角度為90°的折皺彎頭各部位劃線尺寸，可按以下公式進(jìn)行計(jì)算：
(1)外圓弧展開長(zhǎng)度L(mm)
(2)彎頭背部不加熱部位的寬度上L1(mm)
(3)折皺間距a
式中R——彎頭的彎曲半徑(mm)；
DW——管子外徑(mm)；
DN——管子公稱直徑(mm)；
n——折皺數(shù)。
現(xiàn)將公稱直徑為100—600mm的管子，彎曲斗徑R=3DN時(shí)的90°折皺彎頭各部位劃線尺寸列于表1-2內(nèi)，供選用。其余常用彎曲半徑下的90°折皺彎頭各部位劃線尺寸，可查閱有關(guān)資料。
下面以煨制公稱直徑DNl25mm的鋼管、彎曲半徑R=3DN的90°折皺彎為例，介紹如何利用表1-2所列尺寸，進(jìn)行折皺彎頭劃線計(jì)算。
根據(jù)已知條件，先查表1-2，得R=375mm，a=117mm，L=700mm，n=7，b=89mm，m=28mm，L1=65mm。
然后沿管子軸線劃兩條平行線AA/、BB/，使AA/=BB/=700mm，兩線的端點(diǎn)A、B在垂直于管子軸線的同一圓周上，兩平行線之間距(即圓弧AB的弧長(zhǎng))L1=65mm。
將AA/、BB/兩線段分為6等分(n-1=6)，每等分長(zhǎng)度即為a=117mm，得Al、A2…及B1、B2…等等分點(diǎn)。
再在管子反面的正中劃直線OO/，在直線O一O/與AB、A1B1、A2B2，…各圓弧交點(diǎn)兩邊各截取b／2=44．5mm，得T1、T2…各點(diǎn)，如圖1-11所示。將A、B兩點(diǎn)分別與T3、T4相連…，這些連線的區(qū)域就是彎頭的折皺部位。
03
常用煨管設(shè)備
管子煨彎分冷煨和熱煨兩種。冷煨是在常溫下對(duì)管子進(jìn)行彎曲，既不需往管內(nèi)灌砂，也不需對(duì)煨彎管段進(jìn)行加熱，便于操作，省人力、物力。鍍鋅鋼管、不銹鋼管及銅、鉛管等有色金屬管彎頭，采用這種方法煨制最為適宜。
冷煨彎管必須依靠機(jī)具來加工。常用冷煨彎管設(shè)備有：手動(dòng)彎管器、電動(dòng)彎管機(jī)和液壓彎管機(jī)等。采用冷報(bào)彎膏機(jī)，一般可煨制公稱直徑不超過250mm的彎頭。當(dāng)煨制大直徑厚壁管道時(shí)，常采用中頻彎管機(jī)。
采用冷煨彎管設(shè)備進(jìn)行彎管時(shí)，彎頭的彎曲半徑不應(yīng)小于管子公稱直徑的4倍。當(dāng)用中頻彎管機(jī)進(jìn)行彎管，彎頭的彎曲半徑只需不小于管子公稱直徑的1．5倍。
金屬管道具有一定的彈性。在冷煨過程中，當(dāng)施加在管子上的外力撤除后，彎頭會(huì)彈回一個(gè)角度。彈回角度的大小與管子的材質(zhì)、管壁厚度及彎曲半徑的大小等因寒有關(guān)；對(duì)于一般冷煨彎曲半徑為4倍管子公稱直徑的碳素鋼管，彈回角度大約為3°～5°。因此，在控制彎曲角度時(shí)，應(yīng)考慮增加這一彈回的角度。
一、手動(dòng)彎管器煨管
手動(dòng)彎管器分?jǐn)y帶式和固定式兩種。可以煨制公稱直徑不超過25mm的管子，一般需備有幾對(duì)與常用管子外徑相應(yīng)的胎輪。
攜帶式手動(dòng)彎管器結(jié)構(gòu)如圖1-12所示。這種彎管器由帶彎管胎的手柄和活動(dòng)擋板等部件組成。操作時(shí)，將所煨管子放在彎管胎槽內(nèi)，一端固定在活動(dòng)擋板上，推動(dòng)手柄，便可將管子彎曲到所需要的角度。這種彎管器的特點(diǎn)是輕巧靈活，可以在任何場(chǎng)合下進(jìn)行煨彎作業(yè)，最適宜于電器儀表等配管。
1-活動(dòng)擋板2-彎管胎3-連板4-偏心弧形槽5-離心臂卜手柄
固定式手動(dòng)彎管器結(jié)構(gòu)如圖1-13所示。它是目前施工中自制的一種常用手動(dòng)彎管器。這種彎管器由定胎輪3、動(dòng)胎輪2和推架等構(gòu)件組成，胎輪的邊緣都有向里凹陷的半圓槽，半圓槽直徑與被彎曲管子的外徑相符合。煨管時(shí)，先根據(jù)所煨管子的外徑和彎曲半徑，選用合適的胎輪，把定胎輪用銷子固定在操作平臺(tái)上，動(dòng)胎輪插在推架上，把要彎曲的管子放在定胎輪和動(dòng)胎輪之間的凹槽內(nèi)，一端固定在管子夾持器內(nèi)，然后推動(dòng)手柄，繞定胎輪旋轉(zhuǎn)，直到彎成所需要的角度為止。
1-手柄2-動(dòng)胎輪3-定胎輪4-管子夾持器
二、電動(dòng)彎管機(jī)煨管
目前，常見的電動(dòng)彎管機(jī)有WA27-60型、WB27—108型及WY27—159型等幾種。WA27-60型能彎曲外徑25—60mm的管子；WB27—108型能彎曲外徑38-108mm的管子；WY27—159型能彎曲外徑51—159mm的管子。
1-管子 2-彎管模 3-U型管卡 4-導(dǎo)向模 5-壓緊模
電動(dòng)彎管機(jī)由電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)主軸以及固定在主軸上的彎管模一起轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)，行煨管。為電動(dòng)彎管機(jī)煨管示意。煨管時(shí)，先把要彎1曲的管子沿導(dǎo)向模放在彎管模和壓緊模之間，調(diào)整導(dǎo)向模，使管子處于彎管模和壓緊模的公切線位置，并使起彎點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)切點(diǎn)，再用U型管卡將管端卡在彎管模上，然后起動(dòng)電動(dòng)機(jī)開始煨管，使彎管模和壓緊模帶著管子一起繞彎管模旋轉(zhuǎn)，到所需彎曲角度后停車，拆除U型管卡，松開壓緊模，取出彎管。
在使用電動(dòng)彎管機(jī)煨管時(shí)，所用的彎管模、導(dǎo)向模和壓緊模，必須與被彎曲管子的外徑相符，以免煨完后彎管質(zhì)量不符合要求。
當(dāng)被彎曲管子外徑大于60mm時(shí)，必須在管內(nèi)放置彎曲心棒。心棒外徑比管子內(nèi)徑小1-1.5mm，放在管子起彎點(diǎn)稍前處；心棒的圓錐部分轉(zhuǎn)為圓柱部分的交線要放在管子的起彎面上。如圖1-15所示。心棒伸出過前，煨彎時(shí)會(huì)使心棒開裂；心棒伸出過后，又會(huì)使煨出來的彎管產(chǎn)生過大的圓度。心棒的正確位置可用試驗(yàn)方法獲得。凡使用心棒煨管時(shí)，在煨管前應(yīng)將被煨管子管腔內(nèi)的雜物清除干凈，有條件時(shí)可在管子內(nèi)壁涂少許機(jī)油，用以減小心棒與管壁的摩擦。
1-拉桿 2-心棒 3-管子的開始彎曲面
三、液壓彎管機(jī)煨管
液壓彎管機(jī)主要由頂胎和管托兩部分組成。頂胎的作用和電動(dòng)彎管機(jī)的彎管模作用相同。管托的作用及形狀和電動(dòng)彎管機(jī)上的壓緊模一樣。圖1-16為液壓彎管機(jī)外形。
使用這種彎管機(jī)液壓煨管時(shí)，先把頂胎退至管托后面，再把管子放在頂胎與管托的弧形槽中，并使管子彎曲部分的中心與頂胎的中點(diǎn)對(duì)齊，然后開動(dòng)機(jī)器，將管子彎成所需要的角度。彎曲后，開倒車把頂胎退回到原來位置，取出煨好的彎管，檢查角度。若角度不足，可繼續(xù)進(jìn)行彎曲。
1-頂胎 2-管托 3-液壓缸
這種彎管機(jī)胎具簡(jiǎn)單、輕便、動(dòng)力大，可以彎曲直徑較大的管子。但是，在彎曲直徑較大的管子時(shí)，彎管斷面往往變形比較嚴(yán)重。因此，一般只用于彎曲外徑不超過44.5mm的管子。
使用這種彎管機(jī)煨管時(shí)，每次彎曲的角度不宜超過90°。操作中還需注意把兩個(gè)管托間的距離調(diào)到剛好讓頂胎通過。太小時(shí)，會(huì)造成頂胎頂在管托上，損壞彎管機(jī)；太大時(shí)，則在彎曲時(shí)管托之間的管段會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，一向彎管質(zhì)量。
四、中頻彎管機(jī)
中頻彎管機(jī)是采用中頻電能感應(yīng)對(duì)管子進(jìn)行局部環(huán)狀加熱，同時(shí)用機(jī)械拖動(dòng)管子旋轉(zhuǎn)，噴水冷卻，使彎管工作連續(xù)不斷地協(xié)調(diào)進(jìn)行。采用這種管機(jī)，可以彎制f325×10mm的彎頭，彎曲半徑為管子公稱直徑的1.5倍，比焦碳加熱熱煨彎管提高工效近10倍。與常用冷煨彎管設(shè)備比較，這種彎管機(jī)具有占地少、造價(jià)低，不需要昂貴的模具，彎曲半徑調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖1-17所示。
彎管時(shí)，先清除待彎鋼管表面的浮銹及臟物，將與所彎管子規(guī)格相符的管子夾頭裝在轉(zhuǎn)臂上，并調(diào)整夾頭中心線至所需彎曲半徑的位置，然后加以固定；然后，調(diào)整支撐滾輪的位置，使被彎曲管子的中心線至轉(zhuǎn)臂軸中心的距離等于彎曲半徑。調(diào)節(jié)支撐滾輪及托架的高低，使彎管的中心線與夾頭中心在同一平面內(nèi)，并與轉(zhuǎn)臂平面平行；將鋼管穿入加熱圈，并夾緊在夾頭中；調(diào)節(jié)加熱圈，使其內(nèi)側(cè)與鋼管外表面間間隙一致。開啟中頻機(jī)組進(jìn)行加熱，當(dāng)管子被加熱到950—1000℃(呈橙黃色)時(shí)，立即啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行彎管；同時(shí)打開冷卻水閥門，對(duì)局部部位噴水冷卻。在彎管時(shí)，如管子溫度偏高，可適當(dāng)加快轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速；反之，則調(diào)慢轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速，使鋼管的加熱區(qū)始終保持同一溫度。當(dāng)彎至所需角度時(shí)，停止加熱，同時(shí)停止電動(dòng)機(jī)（但在彎管中途不得停止），并澆水繼續(xù)冷卻，使彎管冷卻至常溫為止，取出彎管，檢查彎曲角度和質(zhì)量是否符合要求。
1-減速機(jī) 2-電動(dòng)機(jī) 3-管子 4-支撐滾輪 5-加熱圈 6-加熱區(qū) 7-夾頭 8-轉(zhuǎn)臂
