金属煨管及弯管计算

金属煨管及弯管计算
一、弯管的一般知识
1）弯管的主要形式：各种角度的弯头、U形管、来回弯(或称乙字弯)和弧形弯管等，如图1—1所示。

图1-1弯管的主要形式
①、弯头是带有一个任意弯曲角的管件，它被用在管子的转弯处。

弯头的
弯曲半径用R表示。

R较大时，管子的弯曲部分就较大，弯管就比较
平滑；R较小时，管子的弯曲部分就较小，弯得就较急。

②、来回弯是带有两个弯曲角(一般为135°)的管件。

来回弯管子弯曲端
中心线间的距离叫做来回弯的高度，用字母h表示。

管道与不在同一
平面上的接点连接时，一般需采用来回弯。

③、U形管是成正半圆形的管件。

管子的两端中心线间的距离d等于两倍
弯曲半径R。

U形管可代替两个90°弯头。

④、弧形弯管是带有三个弯曲角的管件。

中间角一般成90°，侧角成
135°。

弧形弯管用于绕过其它管子。

2）弯管尺寸由管径、弯曲角度和弯曲半径三者确定。

①、弯曲角度根据图纸和施工现场实际情况确定，然后制出样板，照样板
煨制并按样板检查煨制管件弯曲角度是否符合要求。

样板可用圆钢煨
制，圆钢的直径根据所煨管径的大小选用，10-14mm即可。

②、弯管的弯曲半径既不能过大，也不能选得太小。

因为弯曲半径过大，
不但用材料多，而且管子弯曲部分所占的地方也大，这样会给管道装配带来困难；弯曲半径选得太小时，弯头背部管壁由于过分伸长而减薄，使其强度降低，而在弯头里侧管壁被压缩，形成皱纹状态。

因此规定冷煨弯管的弯曲半径应不小于管子外径的4倍。

③、弯管时，弯头里侧的金属被压缩，管壁变厚；弯头背面的金属被拉伸、
管壁变薄。

弯曲半径越小，弯头背面管壁减薄就越严重，对背部强度的影响就越大。

为了使管子弯曲后不致对原有的工作性能有过大改变，一般规定管子弯曲后，管壁减薄率不得超过15％。

管壁减薄率可按下式进行计算：
010021⨯⎥⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢⎢⎣
⎡
+-
=W D R R A
式中A ——管子弯曲后外侧母线处管壁的减薄率(％)；
D W ——管子外径(mm)；
R ——弯管的弯曲半径(mm)。

(由上式可知,￠25的管子弯曲半径不得小于70 mm, ￠20的管子弯曲半径不得小于56 mm,但由于薄壁管一般达不到国标标准,所以该半径尺寸应放大一些)
④、弯管时，由于管子弯曲段内外侧管壁厚度的变化，还使得弯曲段截面
由原来的圆形变成了椭圆形。

弯管断面形状的改变，会使管子的过流断面面积减小，从而增加流体阻力，同时还会降低管子承受内压力的能力，因此，一般对弯管的椭圆率做以下规定：管径小于或等于150mm 时，椭圆率不得大于10％；管径小于或等于200mm 时，椭圆率不得大于8％。

管道的椭圆率可按下式进行计算：
01
2
1100⨯-=d d d T 式中T ——椭圆率(％)；
d 1——最大椭圆变形处的长径(mm)； d 2——最大椭圆变形处的短径(mm)。

煨制弯管一般不允许产生皱纹，如有个别起伏不平的地方，其高度亦不得大于以下规定：管径小于或等于125mm 时，不得超过4mm ；管径小于或等于200mm 时，不得超过5mm 。

二、弯管计算及下料
1）在进行弯管工作之前，必须先算出管子弯曲段的展开长度，并划出弯曲的始点，以便弯曲后能得到正确的半成品件。

2）90°弯管的计算
①、90°弯管在管道工程中应用最广，其弯曲半径因制作方法不同而异。

对于冷煨弯管，常取R=(4～6)D 。

弯曲半径确定以后，即可计算出弯曲部分的下料长度，如图1-3所示。

图1-3 90°弯臂
②、从图中可知，管道弯曲后，其弯曲段的外弧、内弧不是原来的直管实
际长度，而只有弯管中心线的长度在弯曲前后不变，其展开长度等于原直管段长度。

现设弯曲段起止端点分别为a 、b ，当弯曲角为90°时，管子弯曲段的长度正好是以r 为半径所画圆的周长的1/4，其弧长用弯曲半径来表示，即为
弧长R R
ab 57.14
2==
π 由上式可知，90°弯管弯曲段的展开长度为弯曲半径的1．57倍。

若D=25 mm,取R=4D,则弯曲段a 、b 的长度=157 mm 若D=20 mm,取R=4D,则弯曲段a 、b 的长度=125.6 mm
3）在弯制U 形弯、反向双弯头或方形伸缩器时，如以设计图样要求或实际测量得出的两个相邻90°弯头的中心距尺寸进行划线煨制，那么弯成的两个弯头中心距将比原来的距离要大些，这是由于金属管材加热弯曲时产生延伸的结果。

①、下料时，应将两个弯头中心距减去这一延伸误差，再划出第二个弯
头中心线和加热长度，这样才能使两个弯头弯好后，中心线间的距离正好等于所需要的尺寸。

延伸误差如图1-4所示，其数值可按下式进行计算：
⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=∆αα00875.02tg R L
式中△L ——延伸长度(mm)；
R ——弯曲半径(mm)；
α——第二个弯曲角的角度(°)。

②、U 形弯划线示意图
图1-4 U 形弯划线示意图
1-第一个弯头 2-规定的第二个弯头中心线位置 3-实际第二个弯头中心线位置4-第二个弯头
4）下面以方形伸缩器为例，说明弯管划线下料计算方法。

①、已知方形伸缩器的尺寸单位为mm ，管径为DN25，弯曲半径R=4DN=100mm 。

②、若划线在图1-5b 的直线上进行，并以左边端点o 为起点，由图上可以看出Oa=1500—R=1500—100=1400mm ；ab 是弯曲部分，其弧长为ab=1．57R=1．57 X 100=157mm
③、从a 到d 由两个反向90°弯加一直管段bc 组成，直管段bc 的长度应减去延伸误差△L ，则bc=2100—2R —△L
④、由式(1—4)可知△L=100X(1—0.00875×90)=21．25mm ；那么bc=2100—2×100—21.25=1878.75mm
⑤、依此类推，便可计算出各管段的下料长度。

在实际工作中，煨制多个弯头组成的管件时，划线工作都分几次去完成。

首先在草图上计算出各段下料长度，选取适当长度的直管；然后从一端开始逐个弯头进行制作，在前一个弯头制作好之后，再划下一个，以便处理在弯管工作中的尺寸误差。

5）任意弯管的计算
①、任意弯管是指任意弯曲角度和任意弯曲半径的弯管。

这种弯管弯曲部
分的展开长度可按下式进行计算：
R R
L απα01745.0180
==
式中L ——弯曲部分的展开长度(mm)；
α——弯曲角度(°)； π——圆周率； R ——弯曲半径(MM)。

②、此外，任意弯管弯曲段展开长度的计算，还可按图1-6及表1-1进行。

表1-1任意弯管计算
注：引用表中C、L值时，应乘以弯曲半径R。

③、下面举例说明表1-1的使用方法。

已知图1-7中弯头的弯曲角度
α=25°，弯曲半径R=500mm，安装管段距转角点M的距离为91lmm，取一根直管来煨制弯头，试问应如何划线?
●需加工的弯管端直管段长度b=911-CR
●查表1-1得，当α=25°时，C=0.2216，L=0.4363；故CR为：
0.2216R=0.2216×500=111mm
●因此，得b=911-111=800 mm
●弯曲部分实际展开长度L=0.4363R=0.4363×500=218 mm
●根据计算出来的直管段长度b及弯曲部分展开长度L，便可进
行划线。

如图1-7b所示。

6）其它弯管的计算
①、任意角度来回弯 任意角度来回弯分等弯曲半径和不等弯曲半径两
种。

图1—8为等弯曲半径的任意角度来回弯。

这种弯管具有弯曲半径R 、弯曲角度α、弯曲距离H 、弯管长度A 及直管长度L 五个可变数据。

在实际工作中，一般可根据设计或现场实际情况确定三个数据(H 、R 及α)，仅有两个数据(L 、A)需由计算确定。

1-8带等弯曲半径的任意角度来回弯 图1-9带不等弯曲半径的来回弯
②、L 、A 值的计算分两种情况
当H ≠2R 时
2
2sin α
αRtg
H L -=
2
2ααRtg
tg H A +=
来回弯展开总长度为90
α
πR L +。

● 当H=2R 时
α
αtg H tg R L =
=2
ααsin sin 2H R a =
=
来回弯展开总长度仍为90α
πR L +。

图1—9为不等弯曲半径来回弯，其下料计算可按下述公式进行。

弯管间直管段的长度
()()()[]ααsin cos 1212122A R R H R R H A L +---⨯+-+=
弯管展开总长度
()()()
21222121'
201745.0180
R R H H A R R L R R L +-+++=++=
απα
③、弧形弯管计算
弧形弯管也叫半圆弯、抱弯。

常见弧形弯管的
角度为45°及60°两种，如图1—10所示。

● 45°弧形弯下料总长度计算公式为
()L r R L 22
'
++=
π
式中L /——弯曲件的展开总长度(mm)； R ——鼻尖弯的弯曲半径(mm)； r ——膀弯的弯曲半径(mm)； L ——鼻梁的直管段长度(mm)。

60°弧形弯管下料总长度计算公式为
R L π3
4'
=
式中L /——弯曲件的展开总长度(mm)； R ——弯曲半径(mm)。

7）下料
①、下料方式按表4执行。

表4 单位：mm
②、下料公差按《下料工艺守则》规定。

管子对界处端面倾斜度f ∆（图5），按表5规定。

图5
表5 单位：mm
③、切管机下料：按图5测量管子端面倾斜度，机械切管机切刀要锋利，建议按图6磨刃，以保证管端毛刺能用锉刀轻轻或自行脱落。

图6
④、划线：两端要留机械加工余量的，按图7划长度线、倒角线。

图7
注：锅炉管子倒角1×30°，表示倒角30°，钝边1mm 。

见图7所示。

⑤、确定用有芯还是无芯弯管：弯管半径R 越大，管子外径D w 越小，壁
厚S 越大，越不易起皱，且较易保证椭圆度。

同时满足下列两公式R ＞R min 时，才可以采用无芯弯管。

● 按内壁不起皱条件确定无芯弯管的最小弯管半径R min ，适用于0.02
≤S x ＜0.094。

公式四： R xmin ≥6.5×(1－9×S x ) 单位：mm 。

式中： R x —相对弯管半径，R x =R/D w ；
S x —相对壁厚， S x =S/ D w ；
S — 管子壁厚，单位：mm ；
D w —管子外径，单位：mm ；
R —弯管半径，单位：mm 。

● 按壁厚允许减薄量b ，确定无芯弯管最小弯管半径R min 时用公式五
计算。

公式五： R min ≥
()b
b K s -⋅1 单位：mm 。

式中：s K =21x S -－a y ； a y —JB/T 1611对应的椭圆度要求；
b —JB/T 1611对应的壁厚减薄量要求。

按公式四、公式五计算后，取两式中数值较大的值。

● 用以上两公式计算比较繁琐，根据我公司经验下列弯管要用有芯
弯制。

φ108×4、4.5、6、7/R400； φ89×4.5/R300；
φ83×3.5、4/R250； φ76×3.5/R300；
φ60×3.5/R200、300；
当管子外径D w ＞108时，我公司用中频加热弯管机弯管。

目前可
弯管子规格如下：
D w ：133，159，168，219，245，273，325，351，377，406，
426，450，480，500，530，610，630。

S ：8～50。

R ≥2.5 D w ～6 D w
⑥、弯管回弹量：管子弯曲过程是塑性变形，但伴有弹性变形过程，外力除去后，管子弯曲半径增大，角度增加。

由于管子硬度，外径公差及壁厚不一，难于一次调整出回弹量，理论计算公式为： 公式八：E R m x s δα
α211-= 式中：x
R K K m 201+= 1α—机床应调角度；
α—图纸要求角度；
s δ—管子材料的屈服强度；
E —弹性模数；
0K —相对强化系数；
1K —管子截面形状系数；
x R —相对弯管半径，R
D R w x =； 上述计算繁琐，也不可能测量每根管子的各种参数，一般都是按下列推
荐值试弯后确定α∆（回弹量）：
D w ≤φ76 ︒︒=∆3~2α
φ83＜D w ≤φ108 ︒︒=∆5~4α
φ133＜D w ≤φ159 ︒︒=∆5.5~5.4α
一般以角度超弯容易校正，另外随着弯管内应力的释放，比较容易达到图纸的要求。

三、弯管制作工艺流程
弯管制造工艺流程示意图
注：1.D w≥133mm的钢管需做钢印移植；
2.合金材料需做光谱检验。

四、常用煨管设备
1）管子煨弯分冷煨和热煨两种。

冷煨是在常温下对管子进行弯曲，既不需往管内灌砂，也不需对煨弯管段进行加热，便于操作，省人力、物力。

镀锌
钢管、不锈钢管及铜、铅管等有色金属管弯头采用这种方法煨制最为适宜。

2）冷煨弯管必须依靠机具来加工。

常用冷煨弯管设备有：手动弯管器、电动弯管机和液压弯管机等。

采用冷报弯膏机，一般可煨制公称直径不超过250mm的弯头。

当煨制大直径厚壁管道时，常采用中频弯管机。

3）采用冷煨弯管设备进行弯管时，弯头的弯曲半径不应小于管子公称直径的4倍。

当用中频弯管机进行弯管，弯头的弯曲半径只需不小于管子公称直径的1．5倍。

4）金属管道具有一定的弹性。

在冷煨过程中，当施加在管子上的外力撤除后，弯头会弹回一个角度。

弹回角度的大小与管子的材质、管壁厚度及弯曲半径的大小等因寒有关；对于一般冷煨弯曲半径为4倍管子公称直径的碳素钢管，弹回角度大约为3°～5°。

因此，在控制弯曲角度时，应考虑增加这一弹回的角度。

5）手动弯管器煨管
①、手动弯管器分携带式和固定式两种。

可以煨制公称直径不超过25mm
的管子，一般需备有几对与常用管子外径相应的胎轮。

②、携带式手动弯管器结构如图1-12所示。

这种弯管器由带弯管胎的手
柄和活动挡板等部件组成。

操作时，将所煨管子放在弯管胎槽内，一
端固定在活动挡板上，推动手柄，便可将管子弯曲到所需要的角度。

这种弯管器的特点是轻巧灵活，可以在任何场合下进行煨弯作业，最
适宜于电器仪表等配管。

图1-12携带式手动弯管器
1-活动挡板2-弯管胎3-连板
4-偏心弧形槽5-离心臂卜手柄
③、固定式手动弯管器结构如图1-13所示。

它是目前施工中自制的一种
常用手动弯管器。

这种弯管器由定胎轮3、动胎轮2和推架等构件组
成，胎轮的边缘都有向里凹陷的半圆槽，半圆槽直径与被弯曲管子的
外径相符合。

煨管时，先根据所煨管子的外径和弯曲半径，选用合适
的胎轮，把定胎轮用销子固定在操作平台上，动胎轮插在推架上，把
要弯曲的管子放在定胎轮和动胎轮之间的凹槽内，一端固定在管子夹
持器内，然后推动手柄，绕定胎轮旋转，直到弯成所需要的角度为止。

图1-13固定式手动弯管器
1-手柄2-动胎轮3-定胎轮4-管子夹持器
6）电动弯管机煨管
①、目前，常见的电动弯管机有WA27-60型、WB27—108型及WY27—159
型等几种。

WA27-60型能弯曲外径25—60mm的管子；WB27—108型能
弯曲外径38-108mm的管子；WY27—159型能弯曲外径51—159mm的
管子。

图1—14电动弯管机
1-管子 2-弯管模 3-U型管卡 4-导向模 5-压紧模
②、煨管时，先把要弯1曲的管子沿导向模放在弯管模和压紧模之间，调
整导向模，使管子处于弯管模和压紧模的公切线位置，并使起弯点对
准切点，再用U型管卡将管端卡在弯管模上，然后起动电动机开始煨
管，使弯管模和压紧模带着管子一起绕弯管模旋转，到所需弯曲角度
后停车，拆除U型管卡，松开压紧模，取出弯管。

③、在使用电动弯管机煨管时，所用的弯管模、导向模和压紧模，必须与
被弯曲管子的外径相符，以免煨完后弯管质量不符合要求。

④、当被弯曲管子外径大于60mm时，必须在管内放置弯曲心棒。

心棒外
径比管子内径小1-1.5mm，放在管子起弯点稍前处；心棒的圆锥部分
转为圆柱部分的交线要放在管子的起弯面上。

如图1-15所示。

心棒
伸出过前，煨弯时会使心棒开裂；心棒伸出过后，又会使煨出来的弯
管产生过大的圆度。

心棒的正确位置可用试验方法获得。

凡使用心棒
煨管时，在煨管前应将被煨管子管腔内的杂物清除干净，有条件时可
在管子内壁涂少许机油，用以减小心棒与管壁的摩擦。

图1-15弯曲心棒的放置位置
1-拉杆 2-心棒 3-管子的开始弯曲面
7）液压弯管机煨管
①、液压弯管机主要由顶胎和管托两部分组成。

顶胎的作用和电动弯管机
的弯管模作用相同。

管托的作用及形状和电动弯管机上的压紧模一
样。

图1-16为液压弯管机外形。

图1-16液压弯管机
1-顶胎 2-管托 3-液压缸
②、使用这种弯管机液压煨管时，先把顶胎退至管托后面，再把管子放在
顶胎与管托的弧形槽中，并使管子弯曲部分的中心与顶胎的中点对
齐，然后开动机器，将管子弯成所需要的角度。

弯曲后，开倒车把顶
胎退回到原来位置，取出煨好的弯管，检查角度。

若角度不足，可继
续进行弯曲。

③、这种弯管机胎具简单、轻便、动力大，可以弯曲直径较大的管子。

但
是，在弯曲直径较大的管子时，弯管断面往往变形比较严重。

因此，
一般只用于弯曲外径不超过44.5mm的管子。

④、使用这种弯管机煨管时，每次弯曲的角度不宜超过90°。

操作中还
需注意把两个管托间的距离最好调到刚好让顶胎通过。

太小时，会造
成顶胎顶在管托上，损坏弯管机；太大时，则在弯曲时管托之间的管
段会产生弯曲变形，一向弯管质量。

8）中频弯管机
①、中频弯管机是采用中频电能感应对管子进行局部环状加热，同时用机
械拖动管子旋转，喷水冷却，使弯管工作连续不断地协调进行。

采用
这种管机，可以弯制 325×10mm的弯头，弯曲半径为管子公称直径
的1.5倍，比焦碳加热热煨弯管提高工效近10倍。

与常用冷煨弯管
设备比较，这种弯管机具有占地少、造价低，不需要昂贵的模具，弯
曲半径调整方便等优点。

其结构如图1-17所示。

图1-7中频弯管机
1-减速机 2-电动机 3-管子 4-支撑滚轮 5-加热圈 6-加热区 7-夹头
8-转臂
②、弯管时，先清除待弯钢管表面的浮锈及脏物，将与所弯管子规格相符
的管子夹头装在转臂上，并调整夹头中心线至所需弯曲半径的位置，然后加以固定；然后，调整支撑滚轮的位置，使被弯曲管子的中心线至转臂轴中心的距离等于弯曲半径。

调节支撑滚轮及托架的高低，使弯管的中心线与夹头中心在同一平面内，并与转臂平面平行；将钢管穿入加热圈，并夹紧在夹头中；调节加热圈，使其内侧与钢管外表面间间隙一致。

开启中频机组进行加热，当管子被加热到950—1000℃(呈橙黄色)时，立即启动电动机进行弯管；同时打开冷却水阀门，对局部部位喷水冷却。

在弯管时，如管子温度偏高，可适当加快转臂转速；反之，则调慢转臂转速，使钢管的加热区始终保持同一温度。

当弯至所需角度时，停止加热，同时停止电动机（但在弯管中途不得停止），并浇水继续冷却，使弯管冷却至常温为止，取出弯管，检查弯曲角度和质量是否符合要求。

易安防提供。