弯管常见的缺陷及其解决措施

弯管常见的缺陷及其解决措施

弯管常见的缺陷及其解决措施

从工艺分析可知，常见的弯管缺陷主要有以下几种形式:圆弧处变扁严重(椭圆形)、圆弧外侧管壁减薄量过大、圆弧外侧弯裂、圆弧内侧起皱及弯曲回弹等。随着弯管半径的不同，前四种缺陷产生的方式及部位有所不同，而且不一定同时发生，而弯曲工件的弹性回弹却是不可避免的。弯管缺陷的存在对弯制管件的质量会产生很大的负面影响。管壁厚度变薄，必然降低管件承受内压的能力，影响其使用性能;弯曲管材断面形状的畸变，一方面可能引起横断面积减小，从而增大流体流动的阻力，另一方面也影响管件在结构中的功能效果;管材内壁起皱不但会削弱管子强度，而且容易造成流动介质速度不均，产生涡流和弯曲部位积聚污垢，影响弯制管件的正常使用;回弹现象必然使管材的弯曲角度大于预定角度，从而降低弯曲工艺精度。因此，应在弯制之前采取对应措施防止上述缺陷的产生，以获得理想的管件，保证产品的各项性能指标和外观质量。在通常情况下，对于前面提到的几种常见缺陷，可以有针对性地采取下列措施:

(1) 对于圆弧外侧变扁严重的管件，在进行无芯弯管时可将压紧模设计成有反变形槽的结构形式:在进行有芯弯管时，应选择合适的芯棒(必要时可采用由多节段芯棒组装而成的柔性芯棒)，正确安装之，并在安装模具时保证各部件的管槽轴线在同一水平面上。

(2) 小半径弯管时圆弧外侧减薄是弯曲的工艺特点决定的，是不可避免的。为了避免减薄量过大，常用的有效方法是使用侧面带有助推装置或尾部带有顶推装置的弯管机，通过助推或顶推来抵消管子弯制时的部分阻力，改善管子横剖面上的应力分布状态，使中性层外移，从而达到减少管子外侧管壁减薄量的目的。

(3) 对于管子圆弧外侧弯裂的情况，首先应保证管材具有良好的热处理状态，然后检查压紧模的压力是否过大，并调整使其压力适当，最后应保证芯棒与管壁之间有良好的润滑，以减少弯管阻力及管子内壁与芯棒的摩擦力。

(4) 对于圆弧内侧起皱，应根据起皱位置采取对应措施。若是前切点起皱，应向前调整芯棒位置，以达到弯管时对管子的合理支撑:若是后切点起皱，应加装防皱块，使防皱块安装位置正确，并将压模力调整至适当;若圆弧内侧全是皱纹，则说明所使用的芯棒直径过小，使得芯棒与管壁之间的间隙过大，或者就是压模力过小，不能使管子在弯曲过程中很好地与弯管模及防皱块贴合。因此，应更换芯棒，并调整压紧模使压模力适当。

(5) 对于弯曲回弹现象，主要采用补偿法和校正法来加以控制。补偿

法是通过综合分析弯曲回弹的影响因素，根据弯曲时的各种条件和回

弹趋势，预先估算回弹量的大小，在设计制造模具时，修正凸、凹模

工作部分尺寸和几何形状，实现“过正”弯曲。校正法是在模具结构上

采取措施，使校正力集中在弯角处，改变应力状态，力图消除弹性变形，克服回弹。如拉弯工艺，在弯曲的同时施加拉力，使整个断面都

处于拉应力的作用下，卸载时弹性回复与变形方向一致，可明显减小

回弹量。

弯管产品的英文对照表：

预制弯管fabricated pipe bend

跨越弯管cross-over bend

偏置弯管 offset bend

90°弯管 quarter bend

环形弯管 cirele bend

单侧偏置90°弯管 single offset quarter bend

圆度roundness S形弯管“S”bend

单侧偏置U形膨胀弯管single offset “U” bend

U形弯管“U”bend

双偏置U膨胀弯管 double offset expansion “U”bend

斜接弯管 mitre bend

三节斜接弯管 3-piece mitre bend

折皱弯管corrugated bend

薄壁管材的弯曲方法

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2 在薄壁管材的弯曲中, 经常容易在内弯壁出现

起皱、弯裂、弯破等现象, 影响制件质量和外观,

我们在生产实践中摸索出了一些解决的办法, 效果

较好, 现介绍如下。

管材弯曲时, 若所弯圆弧半径较小一般采

用弯管机, 其动轮和定轮的加工需取制件尺寸的一

半, 误差应控制在一以内, 且定轮中间需

加工出凸圆, 其作用是为了抵消金属在内弯处的集

聚起皱及推动金属延伸, 凸圆半径取轮槽深度的

一, 凸圆顶部距离凹圆弧或轮槽底部为

, 结构形状如图、图所示。

若所弯管材圆弧过大或呈曲线形, 可制作

简易弯形模在曲柄压力机上进行, 制模时应适当考

虑回弹因素, 但在弯曲时凸模会施加给制件较大的

冲压力, 也容易造成起皱、弯裂、弯破现象, 可采

用细铁丝将一块左右的聚氨醋橡胶固定在凸

模下, 防止上述现象发生, 其结构如图所示。

弯管工艺浅谈之一:“弯管”在生产生活中的广泛运用

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7 随着现代化生产系统的不断发展，“弯管”不断出现在人们的生活当中：

1．各种护栏、扶手拐弯处地尖角慢慢被淘汰了，取而代之的是饱满的圆弧。这样不仅提高了美观度，更重要的是安全性能大大提高了；

2．各种管道中，不可避免地要用到各种弯管，比如船舶管道、汽车油管、机车传输系统、航空航天中的各种管路。而圆弧弯管相对于其它类型的弯管有许多优势，首先，各种物料在圆弧弯管处流动平稳，对管壁冲击力小且均匀；

其次，圆弧弯管本身应力集中小，强大高，抗冲击力大；

3．随着现代钢制家具的兴起，办公椅、沙滩椅、行李车、购物车、童车、童床、电脑桌等等，几根金属管材构成几条明亮的线，实用，便利，安全，可靠；4．空调制冷管就基本都是弯管了，小U型管，回型弯等等；

5．卫浴行业中的弯管现在是越来越多了，水龙头、毛巾架、S型附头。。。。。。。。6．摩托车、汽车、电动车、自行车等交通工具上，车把手、保险杠、车架等；7．健身器材，灯饰，建筑机械等等行业。。。。。。。。。

“弯管”产品带给了我们美观、舒适、实用、便利、

安全、可靠，提高了我们的生活水平。那么，这么多的

弯管产品，都是怎样生产出来的呢？其生产工艺复杂吗？

其实，各种直径、各种角度的圆弧弯管大多是用各种手动或机械弯管机加工生产出来的，当然，哪种配件用在哪个行业，作用不同，对于弯管的要求及其侧重点也不尽相同，这里就牵涉到了“弯管机”和“弯管工艺”！

接下来，我们一起来分析：什么样的产品用什么样的弯管机械来加工？

弯管工艺浅谈之二:弯管机械的区分及正确选型现在国内外常用的弯管机型式多样,有纯机械式、液压式、气动式、中频感应加热式等。管材弯曲成型是直接靠特制的模具来实现的，通常按模具特征，大致可分为四类，如图1所示，

其中图1a为冲模强制成形法，其代表就是用冲床来生产弯管件；其中图1b为滚轮弯曲法，常见于电动三辊卷弯机，其特点是只能卷制不同的弧形，目前运用最广泛地是不锈钢装饰行业；图1c为顶压滚动法，常见于电动平台式弯管机，目前液压弯管机械中的双弯机也是采用这种成型法；图1d为缠绕式弯曲法，目前市场上所有的单头液压弯管机及数控弯管机都是采用这种成型法，其特点就是产品变形度小，基本上可以避免管材表面的划伤，进行有芯弯曲时管材的椭圆度和减薄量都可以控制在最小的范围内。

若按采用芯棒情况，又可分为两在类，即有芯棒弯曲法和无芯棒弯曲法，液压弯管机和数控弯管机都是按缠绕式弯曲设计的，并都可以进行有芯弯曲和无芯弯曲。

进入二十一世纪，大部分企业都在想法设法用机械来代替越来越趋紧张的劳动力资源，再加上市场对于产品的要求也越来越严格，对于弯管类产品，产品的圆度，平行度，直线度以及外观和金相组织等皆要求越来越高，越来越多的企业都选择了

缠绕式弯曲成型机械，即单头液压弯管机或数控弯管机械。

实际生产中，什么样的弯管机械才是最适合于自己的设备呢？其实这个问题无需问别人，就问自己的生产量就行了，量小利薄的弯管件生产想来你也不会去选择上万的设备来生产吧！反之，你就会仔细衡量是用效率高的生产设备还是用成本低但费劳力而且又担心不能按时按量生产的设备了。由于缠绕式弯曲成型机械都是采用液压或者伺服电机来驱动，对于适合自己生产的弯管机型号的选择，这个就很简单了，因为每一款弯管机都有其最大的弯管能力，所以在购买弯管机之前，根据自己所需要弯管生产的最大管件的规格（如图2）来选择。

图2：弯管件示意图

（D为管径，t为壁厚，R为弯曲半径，L为最小夹紧长度，DOB为弯曲角度）目前弯管机型号的标示有两种方式：其一，机器最大弯管件大小（比如最大弯管能力为Φ38×2.0其型号标示就是XX38XX），型号大致分为38、50、75、114；其二，按照机器的最大工艺扭矩来区分，型号大致分为25、42、63、76、89、114、127、168、219。在实际造型过程中，应该要给机器留有余量，不能让机械满负荷生产，这其中之一的道理应该不说大家都会明白，所以在购买设备时切记为了贪图一时的小利而让机械长时间的处于满负荷生产状态，结果导致机械寿命提前结束，相比之下损失的还大得多！

针对缠绕式弯曲成形法，接下来的话题就是弯管工艺系列浅谈！

常见弯管缺陷的分析

弯制管件被广泛应用于机械行业的多种产品中，如空调配管行业、摩托车制造行业、汽车制造业、造船业、航空航天工业、石化、卫浴洁具、五金制品、家具制造

业、童车童床、休闲体育用品、运动器械、机械制造、油路管件制管、锅炉及压力容器制造行业。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各样程度不同的缺陷，而这些缺陷的产生将直接影响到产品的安全性、可靠性以及外观质量。如溴化锂制冷机的外部管跻，管内流动着澳化锂溶渡，该溶液对钢材有一定的腐蚀作用，如果管件有缺陷，将使管子内部不同截面的撂液流量发生变化，从而影响机组的性能，同时，溶液还会对缺陷处管壁的腐蚀加剧，降低机组的使用寿命；锅炉及压力容器由于带压运行，管件缺陷将降低其耐压强度，影响其安全性；汽车的管路如果有缺陷，在使用～段时问后会导致管路漏油漏气，从而影响汽车行驶的安全性和可靠性等。因此，针对不同的缺陷类型找出其产生的原因从而及早采取对应的预防措施尤为重要。

一般来讲，常见弯管缺陷主要有以下几种形式：圆弧处变扁严重(椭圆形)、圆弧外侧管壁减薄量过大、圆弧外侧弯裂、圆弧内侧起皱(波浪形皱纹)等，见图1。随着弯督半径的不同，这些缺陷产生的方式及部位有所不同，而且不一定同时发生，但由于各个行业对管件的要求不同，所以，对于要求较高的管件应在弯制之前采取对应措施加以防止，以获得理想的管件，从而保证产品的各项性能指标和外观质量。

从工艺角度分析可知，在纯弯曲的情况下，外径为D、壁厚为S的管子受外力矩M 的作用发生弯曲时，中性层外侧的管壁受拉应力ó1的作用而减薄，内侧管壁受压应力ó2的作用而增厚(见图2a)。同时，合力F1和F2又使管子弯曲处的横截面发生变形而成为近似椭圆形(见图2b)，内侧管壁在ó2的作用下可能出现失稳而起皱(见图2c)。通常，在管子弯曲半径R≥3D 时，能获得较好的弯制管件，当弯曲半径R<2D、尤其是R／D或S/D 越小时亦即弯曲半径R小、管子直径大、管壁厚度S薄时，最容易产生上述缺陷。另外，在操作过程中，由于模具安装不当等原因，也容易使弯制管件产生各种不同类型的缺陷。

下面针对小半径弯管时缺陷产生的原因进行具体分析。

1、弯管圆弧外侧严重变扁(图la)

如前所述，弯管过程中，合力F1和F2使圆弧处的横截面趋向椭圆形，对于相同规格的管子，弯曲半径越小，合力F1和F2就越大，变扁的趋向就越明显。如果是无芯弯管．变扁更严重，若采用有芯弯管，当芯棒直径过小或磨损严重使得芯棒和管子内壁间的间隙过大时，圆弧外侧也容易变扁，即使芯棒与管壁间的问隙甘理，但如果安装芯棒时的提前量过小，管壁不能得到良好的支撑，也使得圆弧外侧变扁。另外，如果安装模具时不注意，弯管模和压紧模(轮)出现错位，弯管圆弧处也将变扁。

2、弯管圆弧外侧减薄量过大(图1b) ．

当弯管半径较小时，如果弯管机不带外侧面助推装置（辅推）及尾端顶推装置（顶推），则由于压紧模的阻力作用将使圆弧外侧的拉应力ó1增大，同时中性层内移，弯制管件的圆弧外侧就会减薄，压紧力越大，阻力也越

大，减薄也越严重，尤其当相对弯曲半径R/D 及相对壁厚S/D 越小时，减薄量越明显。除了管材及弯管半径等因素外，芯棒安装时的提前量过大及润滑不良等，也将使圆弧外侧管壁的减薄量加大。

3、弯管圆弧外侧弯裂(图1c)

弯管过程中圆弧外侧出现裂纹或断裂，其原因可能是多方面的。如管材热处理不当、晶粒度过大；压紧模(轮)压力太大，造成弯管阻力过大；芯棒直径太大，其与管内壁问的间隙过小，使得芯棒与内壁摩擦力太大；润滑效果不好，所需弯曲力太大，使得机床抖动等都可能使圆弧外侧弯裂。

4、弯管圆弧内侧起皱(图ld)

常见的圆弧内侧起皱一般有三种情况：前切点处起皱、后切点处起皱、圆弧内侧全皱纹。前切点处起皱一般是由于芯棒安装时提前量过小，前切点处管壁在弯曲过程中得不到芯棒支撑。后切点起皱一般是由于没有安装防皱模或虽有防皱模但防皱模的安装与弯管模间的切点位置不对或两者错位。全皱纹的产生一般是芯棒直径过小，使得芯棒与管壁间的间隙过大，尤其在使用球节芯棒时，如果球节直径较小再加上节距不当等原因更易产生皱纹；再就是压紧模(轮)的压力过小，不能使管子在弯曲过程中很好地与弯管模及防皱模贴合，管内侧受压应力ó2的作用后有失稳起皱的空间。还有一种起皱情况需要引起新手的注意：前段30度以内都没有起皱现象，

但到了50度就开始起皱，而且皱纹起来越深，这是由于夹紧模压力不够导致管子在弯曲时有打滑现象，随着弯曲角度越来越大，弯曲阻力也就越大，管子打滑的现象就越来越严重，导致皱纹越来越深。

弯管工艺浅谈之四：防止产生弯管缺陷的对策

为防止或减轻弯管缺陷的产生，得到满意的弯管质量，就应在弯管过程中采取相应的对策加以解决。首先，在产品设计结构允许的范围内，弯制管件应尽可能设计较大的弯曲半径，同时，选购设备时应选择带有侧面助推及尾端顶推机构的弯管机。在通常情况下，对于前面提到的几种常见缺陷，应有针对性的采取措施，具体方法可按以下进行：

(1)对于圆弧外侧变扁严重的管件，在进行无芯弯管时可将压紧模(轮)设计成具有反变形槽的结构形式，以减轻或消除管子弯曲时的变扁程度。反弯形槽的结构和尺寸可参见图3及表1。（详见后续模具章节）

对于有芯弯管，当芯棒直径太小或磨损严重时，应更换合适的芯棒，芯棒与管子内壁间的单边间隙应不大于0．5mm，同时，安装芯棒时的提前量要适当。另外，在安装模具时，要保证各件的管槽轴线在同一水平面上。（详见后续芯棒章节）

(2)小半径弯管时圆弧外侧减薄是弯曲工艺的特性决定的，是不可避免的，但应采取措施克服减薄量过大的情况，常用的有效方法是使用侧面带有助推装置或尾部有顶推装置或者两者兼而有之的弯管机，这样，辅推或顶推机构推动管子向前，抵消管子弯制时的部分阻力，改善管子剖面上的应力分布状态，使中性层外移，从而达到减少管子外侧管壁减薄量的目的。助推和顶推速度根据弯管实际情况进行确定，使其和弯管速度相匹配。同时，应检查芯棒安装的提前量是否适当，不适当时要进行必要的调整。

(3)时于管子圆弧外侧弯裂的情况，应仔细分析其原因，首先应保证管材具有良好的热处理状态，有缝钢管的焊缝尽量不要处于F1和F2的受力方向，即不要正对夹紧模和弯曲轮模；排除管材的因素后再检查压紧模的压力是否太大，并调整使其压力适当。对于新使用的芯棒要检查其直径是否太大，直径太时要进行必要的修磨，并保证芯棒与管内壁有良好的润滑，以减少弯管阻力及管子内壁与芯棒的摩擦力，同时采取适当措施，避免机床抖动等。

(4)对于圆弧内侧起皱，应根据起皱位置采取对应措施，若是前切点起皱，应向前调整芯棒位置，使芯棒提前量适当，以达到弯管时对管子的合理支撑；若是后切点起皱，应加装防皱块，并使防皱块安装位置正确，能和弯管模很好地贴台，还要调整压紧模(轮)的压力使压力适当；若圆弧内侧全是皱纹，除调整压紧模(轮)使压力适当外，还要检查芯棒直径以及球节芯棒各节间的节距，直径太小或磨损严重时应更换芯棒。

封头，无直边封头、椭圆封头(标准封头)、浅型封头、平底封头、球形封头、锥型封头、桶体封头、半球型旋边、拱型封头、碳钢封头、不锈钢封头、旋边封头、旋边封头一、焊接缺陷

（一）焊接变形

工件焊后一般都会产生变形，如果变形量超过允许值，就会影响使用。焊接变形的几个例子如图2-19所示。产生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接时，焊件仅在局部区域被加热到高温，离焊缝愈近，温度愈高，膨胀也愈大。但是，加热区域的金属因受到周围温度较低的金属阻止，却不能自由膨胀；而冷却时又由于周围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存在拉应力，而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。当这些应力超过金属的屈服极限时，将产生焊接变形；当超过金属的强度极限时，则会出现裂缝。

（二）焊缝的外部缺陷

1.焊缝增强过高如图2-20所示,当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时，均会出现这种现象。焊件焊缝的危险平面已从M-M平面过渡到熔合区的N-N平面，由于应力集中易发生破坏，因此，为提高压力容器的疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。

2.焊缝过凹如图2-21所示，因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。

3.焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边，如图2-22所示。它不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中。

4.焊瘤熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上，堆积形成焊瘤，它与工件没有熔合，见图2-23。焊瘤对静载强度无影响，但会引起应力集中，使动载强度降低。

5.烧穿如图2-24所示。烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，它使接头强度下降。

以上五种缺陷存在于焊缝的外表，肉眼就能发现，并可及时补焊。如果操作熟练，一般是可以避免的。

（三）焊缝的内部缺陷

1.未焊透未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。未焊透减弱了焊缝工作截面，造成严重的应力集中，大大降低接头强度，它往往成为焊缝开裂的根源。

2.夹渣焊缝中夹有非金属熔渣，即称夹渣。夹渣减少了焊缝工作截面，造成应力集中，会降低焊缝强度和冲击韧性。

3.气孔焊缝金属在高温时，吸收了过多的气体（如H2）或由于溶池内部冶金反应产生的气体（如CO），在溶池冷却凝固时来不及排出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，即为气孔。气孔的存在减少了焊缝有效工作截面，降低接头的机械强度。若有穿透性或连续性气孔存在，

会严重影响焊件的密封性。

4.裂纹焊接过程中或焊接以后，在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂纹。裂纹可能产生在焊缝上，也可能产生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表面，有时产生在金属内部。通常按照裂纹产生的机理不同，可分为热裂纹和冷裂纹两类。

（1）热裂纹热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的，大多产生在焊缝金属中。其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如FeS，熔点1193℃ ），它削弱了晶粒间的联系，当受到较大的焊接应力作用时，就容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，就容易产生热裂纹。

热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时，则具有明显的氢化倾向。

（2）冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的，大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔合线上。其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。

裂纹是最危险的一种缺陷，它除了减少承载截面之外，还会产生严重的应力集中，在使用中裂纹会逐渐扩大，最后可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷，一经发现须铲去重焊。

二、焊接的检验

对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。

（一）外观检查

外观检查一般以肉眼观察为主，有时用5－20倍的放大镜进行观察。通过外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。

（二）无损探伤

隐藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。目前使用最普遍的是采用X射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。

X射线检验是利用X射线对焊缝照相,根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根据产品技术要求评定焊缝是否合格。

超声波探伤的基本原理如图2-25所示。

超声波束由探头发出，传到金属中，当超声波束传到金属与空气界面时，它就折射而通过焊缝。如果焊缝中有缺陷，超声波束就反射到探头而被接受，这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些反射波与正常波比较、鉴别，就可以确定缺陷的大小及位置。超声波探伤比X 光照相简便得多，因而得到广泛应用。但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断，而且不能留下检验根据。

对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹，还可采用磁力探伤。

（三）水压试验和气压试验

对于要求密封性的受压容器，须进行水压试验和（或）进行气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。其方法是向容器内注入1.25－1.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气），停留一定的时间，然后观察容器内的压力下降情况，并在外部观察有无渗漏现象，根据这些可评定焊缝是否合格。

（四）焊接试板的机械性能试验

无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷，但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何，