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    中频弯管起皱原因及解决办法

    发布时间:2019-06-15  浏览:次  字号:  


    中频弯管最大的一个问题就是在起弧处波浪褶皱偏大的问题,即内弧部(受压侧)增厚起包,一直没有得到很好的解决;随着弯曲(Bend)半径的减小,特别是弯曲半径小于3D。(D。为管外径(外缘直径))时,内弧波浪褶皱更大。这是几十年来国产弯管机无法解决的问题,对产品的外观质量产生十分不利的影响,因此现有弯管机急需解决这个问题。
    1 中频弯管原工艺概述
    在钢管待弯部分套上感应圈,通人中频电流(Electron flow)后,钢管上的带形区域内被中频电流加热,经过一定时间,温度升高到塑性状态,钢管便可进行弯制。弯制时,用轴心固定的机械转臂卡住管头后,向钢管施加推力,钢管即在感应圈中移动,便将热塑带按所需曲率半径进行弯制,随之将移出感应圈、已被弯制的钢管用冷却剂进行冷却,而未被弯制的再不断推入感应圈进行加热,这样边加热、边弯、边冷却、边推进,不断将钢管弯制出来。
    2 产生波浪褶皱的原因分析(Analyse)
    弯管的塑性弯曲变形在感应加热段变形阻抗小的局部区域发生,因此,加热带宽度越小,其变形区域越窄,从而不易产生塑性失稳而导致压曲和波浪褶皱;加热带过宽,可增加弯管时的柔性(Flexible),降低(reduce)堆力,但此时易使受压侧发生塑性失稳,产生波浪褶皱,且增加横截面的椭圆度,严重影响弯管质量_1]。正常弯制过程中,管道弯制起弧点和落弧点部位会产生波浪褶皱变形,但在弯制过程中一般不会产生波浪褶皱。根据此种现象,通过有限元软件(MIDAS)对弯制管道起弯和弯制过程进行模拟分析(Analyse)。
    2.1 加热弯管的力学模型
    加热弯管不是将外力直接施加到管材变形区,管材在变形区的受力和力矩的形式与分布并不直观,变形弯曲(Bend)的分布与普通弯曲不同,在感应圈加热的高温塑性区的变形比冷态管材部分的变形大得多。
    管道在弯制过程中,主要受到推力及感应环加热的作用,并在推力及前后滚轮处只存在一个水平方向的自由度,在弯管轨道中心存在2个约束,具体模型见图1。
    根据静力平衡条件得:
    式中:F为管端x 方向的推力。
    对于0点的力平衡方程为:
    2.2 产生波浪褶皱的原因
    通过有限元软件分析(Analyse),得到2种情况下的弯矩内力和弯矩轴力。对弯矩和轴力的比较可以看出,在刚起弯时,弯矩不均匀(jūn yún)分布,最大值在夹具中心处,且近似等于弯制过程中的弯矩。而在起弯处,弯矩小于弯制过程中的弯矩,并且其轴力略大于弯制过程中的轴力。与弯制过程中相比,刚起弯时起伏中心点截面处所受轴力大而弯矩小,因而其变形以受压变形为主,即对加热段弯管部分进行挤压。因
    此,导致波浪褶皱超标的主要原因是在起弯的很短时间内,弯矩从夹具中点到滚轮处逐渐减小,起伏中心段受弯矩小,轴力大。弯管加工根据所弯管子的外径选择模头,套在柱塞上,将两只辊轴所对应槽向着模头,然后放入相应尺寸的花板孔中,再将上花板盖上,将所弯管子插入槽中,再将高压油管端部的快速接头活动部份向后拉并套在工作油缸的接头上,将电动油泵上的放油螺钉旋紧,即可弯管。弯管完毕,放松放油螺钉,柱塞即自动复位。变形主要为挤压集中变形,而非弯曲(Bend)变形造成波浪褶皱。
    通过对管件的细化分析(Analyse)还可以看出,在温度最高处,弯管受挤压最严重,波浪褶皱最为明显。冷煨弯管是直管下料后通过弯管推制机在钢管待弯部分套上感应圈,用机械转臂卡住管头,在感应圈中通入中频电流加热钢管,当钢管温度升高到塑性状态时, 在钢管后端用机械推力推进,进行弯制,弯制出的钢管部分迅速用冷却剂冷却。
    3 解决方法及效果
    3.1 解决方案
    理想情况下,以弯矩最大处为起伏中心点,即在夹具中心处时弯制,管段则以弯曲(Bend)变形为主,这样波浪褶皱现象可以减至最小。但由于设备条件限制,很难达到此目的,而只能尽可能(maybe)将起伏中心点前移,靠近夹具中心。原弯制过程见图2。
    如图2所示,中频变压器与感应环固定连接并安装于不能移动的弯管机底座,由于夹紧装置已将管道固定住管道,所以中频感应环开始加热时必须在起弯点进行,而起伏点远离夹具中心,使得此处挤压变形严重。因此,只要增加装置使起弯中心提前,便可减少挤压变形。由于弯制设备的固定影响,可将感应加热环前移,使弯管变形处前部有1个温度(temperature)梯度,加长变形区域,减小实际起弯点的波浪褶皱。
    同时考虑(consider)到感应环移动需要不同的速度,专门设计了1套变频(frequency conversion)行走小车装置,见图3。中频变压(气压变量)器(Transformer)和感应环座于变频行走小车上,可移动。
    根据试验可知,当进行管道弯制时,将感应环放置于弯制点前100~ 200 mm 处,然后开始进行加热,当达到弯制温度(temperature)时,调整使变频小车速度与管道顶弯速度相同并逆向(与管道前进方向相反)移动,当行驶到起弯点时停止运动,同时弯管装
    置启动,开始弯制管道,这样相当于将起伏中心前移靠近夹具中心,减小了管道的受挤压变形,即减少了起弯处的波浪褶皱。高压弯管高压管件顾名思义是耐压能力比较高的管件。我国的化工标准把承受压力≥16MPa的管道称为高压管道。高压管件用于特定的环境下如高压蒸汽设备,化工高温高压管道,电厂和核电站的压力容器,高压锅炉配件等。

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