CN104690117B - 大口径厚壁钢管的特大半径弯管及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管及其成型方法，特大半径弯管由中频弯管机弯制成；该特大半径弯管包括多组直管段和弯管段，该成型方法包括如下步骤：S1)根据特大半径弯管的预定特大弯曲半径划分大口径厚壁钢管为连续的多段单元管，每段单元管包括一段直管段和一段弯管段；大口径厚壁钢管安置于所述中频弯管机，中频弯管机弯制单元管的弯管段，弯制形成预定弯曲半径的弯管段；S3)中频弯管机的推进小车推动大口径厚壁钢管，至其移动一段直管段的长度距离；S4)重复步骤S2)～S3)，直至弯制形成特大半径弯管。采用该成型方法突破现有中频弯管机的弯制半径的限制，能够加工形成特大半径弯管，工艺简单、操作便捷。

Description

大口径厚壁钢管的特大半径弯管及其成型方法

技术领域

本发明涉及弯管成型技术领域，特别涉及一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管及其成型方法。

背景技术

大口径厚壁钢管形成的特大半径弯管广泛应用在管型钢结构中，特大半径弯管主要应用于管型钢结构的主梁、立柱等曲线造型场合，例如体育场馆、展览中心、航站楼等大型桁架结构的建筑中，其外观结构流畅美观、受力稳定性较好。因此，将大口径厚壁钢管加工形成特大半径的弯管日益受到设计人员的关注。

本专利所述的大口径厚壁钢管指的是外径在300mm～1500mm范围内、壁厚在8mm～150mm范围内的钢管；弯管指的是符合设定弯曲曲率半径的钢管，通常采用直管弯制形成，而对大口径厚壁钢管的弯制一般采用中频感应加热工艺弯制形成弯管；特大半径弯管指的是弯曲半径为大口径厚壁钢管外径的50倍以上。

中频感应加热弯管工艺是用于大口径厚壁钢管弯制的比较先进的工艺方法，其弯管过程如下：

首先，将大口径厚壁钢管用夹头固定在可绕圆心回转的曲臂上，通过曲臂回转装置的丝杠丝母传动装置调整弯曲半径；其次，采用感应加热线圈对钢管加热到一定温度后开始向前推进并产生弯曲，弯曲过程中，后端的推进小车为钢管提供推进动力，使钢管缓慢匀速地沿导向轮向前推进，从而使钢管沿调整好的弯曲半径在加热处发生变形弯曲；然后，对钢管变形处喷水或喷冷风冷却，最终得到弯管。

由于采用现有中频弯管机时，受到回转曲臂长度的限制、设备布置空间的限制，大口径厚壁钢管的弯曲半径一般不超过6m。因此，采用现有中频弯管机时制约了特大半径弯管的生产制造。

而现有技术中，为了弯制一体的特大半径弯管，需要对设备进行改造，以满足特大半径弯管弯制动作，即需特制大弯弯管机，其改造或新制造设备成本较高；对钢管弯曲时，加热钢管弯曲部分(即该弯管的圆弧全长)，耗用电能较高，经济效益低。

有鉴于此，亟待提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，突破现有中频弯管机弯制半径的限制，简单便捷地弯制特大半径弯管，节省能源消耗，降低生产成本。

发明内容

本发明的目的为提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，采用该成型方法能突破现有中频弯管机的弯制半径的限制，能够加工形成特大半径弯管，工艺简单、操作便捷。在此基础上，本发明的另一目的为提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，所述大口径厚壁钢管通过中频弯管机弯制成特大半径弯管；所述特大半径弯管成型方法包括如下步骤：

S1)根据所述特大半径弯管的预定特大弯曲半径划分所述大口径厚壁钢管为连续的多段单元管，每段所述单元管包括一段直管段和一段弯管段；

所述弯管段对应的预定弯曲半径不大于所述中频弯管机的最大弯曲半径；

根据多段所述单元管所对应的圆心角确定所述弯管段对应的预定弯曲角；

S2)所述大口径厚壁钢管安置于所述中频弯管机，所述中频弯管机弯制所述单元管的弯管段，弯制形成预定弯曲半径的弯管段；

S3)所述中频弯管机的后端推进小车推动所述大口径厚壁钢管，至其移动一段所述直管段的长度距离；

S4)重复步骤S2)～S3)，直至弯制形成所述特大半径弯管。

采用上述大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，将待弯制的大口径厚壁钢管分成多段单元管，每段单元管均由直管段和弯管段形成。划分出的弯管段可利用现有中频弯管机弯制形成，为了便于弯制，弯管段配合一段直管段近似形成特大半径弯管的一段弧；也就是说，此成型方法将大口径厚壁钢管加工成边数足够多的多边形的若干条边，近似模拟圆形的一段圆弧。

该成型方法的具体操作步骤中，首先根据所要形成的特大半径弯管段的预定特大弯曲半径设定单元管的数目，以充分近似圆弧段的特大半径弯管。然后，仅利用现有技术中的中频弯管机弯制弯管段，简单便捷地形成一段圆弧，再将大口径厚壁钢管推进一段直管段长度的距离，从而进行弯制下一段单元管的弯管段。反复弯制，最终完成特大半径弯管的弯制。如此，充分利用现有设备，并突破其弯制半径的局限性，弯制形成特大半径弯管，工艺简单、操作便捷，且无需采用专用的特大规格弯管机，有效节省加工成本、节约能源。

可选地，步骤S2)包括如下操作：

S21)所述中频弯管机的夹头夹持固定所述单元管，以使所述弯管段的起弯点设置在所述中频弯管机感应加热线圈的中心；

S22)启动所述中频弯管机，所述感应加热线圈加热待弯制的所述弯管段；

S23)加热至预定温度，启动弯制动作，并以预定速度推动所述大口径厚壁钢管；

S24)推进所述弯管段的长度距离后，停止推进、弯制。

可选地，步骤S3)包括如下操作：

S31)所述夹头松开夹持固定的对应所述单元管；

S32)启动推进小车推动所述大口径厚壁钢管移动相应的所述直管段的长度距离，以使相应的所述弯管段的起弯点设置在所述感应加热线圈的中心。

可选地，设定每段所述直管段的长度至少为所述中频弯管机零位状态时夹头外缘至感应加热线圈中心的距离。

可选地，所述弯管段的预定弯曲半径设定为所述中频弯管机的最大弯曲半径。

可选地，调整所述弯管段的弯曲角度，以使所述特大半径弯管的拱高与理论拱高的偏差在一定范围内。

本发明还提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管，所述大口径厚壁钢管通过中频弯管机弯制成所述特大半径弯管；所述特大半径弯管包括多组直管段和弯管段，所述直管段、所述弯管段交替连接形成预定特大弯曲半径的所述特大半径弯管。

该特大半径弯管包括多组直管段和弯管段，直管段和弯管段交替连接形成特大半径弯管，也就是说，该特大半径弯管通过边数足够多的多边形的若干条边，近似模拟圆形的一段圆弧。如此设置的特大半径弯管可利用现有中频弯管机对弯管段弯制形成，工艺简单、操作便捷，省时省力；并且，该特大半径弯管为一体的无焊缝结构，其结构强度可达到工程应用要求。

可选地，所述直管段至少为所述中频弯管机零位状态时夹头外缘至感应加热线圈中心的距离。

可选地，所述弯管段的预定弯曲半径设定为所述中频弯管机的最大弯曲半径。

可选地，所述弯管段的弯曲角度设置在一定范围内，以使所述特大半径弯管的拱高与理论拱高的偏差在一定范围内。

附图说明

图1为中频弯管机弯制工艺示意图；

图2为具体实施例中预定的特大半径弯管示意图；

图3为具体实施例中弯制形成的特大半径弯管示意图。

其中，图1至图3中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

大口径厚壁钢管10、特大半径弯管20；

单元管21、直管段A、工艺段A′、弯管段B；

预定弯曲半径r、弯曲角α、圆心角β、预定特大弯曲半径R、拱高H；

中频弯管机30；

推进小车31、导向轮32、感应加热线圈33、夹头34、曲臂35。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，采用该成型方法突破现有中频弯管机的弯制半径的限制，能够加工形成特大半径弯管，工艺简单、操作便捷。在此基础上，本发明的另一核心为提供一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1、图2和图3所示，图1为中频弯管机弯制工艺示意图；图2为具体实施例中预定的特大半径弯管示意图；图3为具体实施例中弯制形成的特大半径弯管示意图。

本发明提供一种大口径厚壁钢管10的特大半径弯管20成型方法，大口径厚壁钢管10通过现有的中频弯管机30弯制形成，其中，特大半径弯管20按照预定特大弯曲半径R弯曲成型。

采用该成型方法形成的特大半径弯管20包括多组直管段A和弯管段B，直管段A和弯管段B交替连接，如此，该成型方法仅利用现有技术中的中频弯管机30弯制，对弯管段B依次弯制，从而累加形成特大半径弯管20。该成型方法无需对设备进行改造，完全突破了中频弯管机30在实际应用中弯制半径的局限性，有效解决了特大半径弯管20弯制工艺复杂、费时费力的问题。

具体地，下面结合图1、图2和图3进行详细说明该成型方法的步骤：

步骤S1)根据特大半径弯管20的预定特大弯曲半径R划分大口径厚壁钢管10为多段单元管21，每段单元管21均包括一段直管段A和一段弯管段B；

弯管段B对应的预定弯曲半径r不大于中频弯管机30的最大弯曲半径，其弯管段B对应的弯曲角α根据对应段的单元管21相应的圆心角β确定，该圆心角β与特大半径弯管20的预定特大弯曲半径R之间的关系，如下所示：

β＝2arcsin(l/2R)

其中，β为单元管对应的圆心角；R为预定特大弯曲半径；l为单元管的长度。

结合图3示出的三角形关系及圆弧与直线近似关系，可确定弯管段B的弯曲角α近似为上述单元管对应的圆心角β。

首先将弯管的弯曲角α设定为圆心角β的数值后，然后再对此时弯曲角α弯制成的特大半径弯管20的拱高进行模拟验证，从而再调整弯曲角α，使其弯制成的特大半径弯管20的拱高H与理论值之间的偏差在预定范围内。

进而，根据预定弯曲半径r和弯曲角α确定弯管段B的长度，再确定直管段A的长度。

采用上述多组直管段A和弯管段B逐段形成特大半径弯管20，一方面，能够充分利用现有中频弯管机30弯制较小弯曲半径的弯管段B，无需改造设备；另一方面，通过边数足够多的多边形的若干条边，近似模拟圆形的一端圆弧，从而，简单、便捷的形成特大半径弯管20，省时省力，有效提高加工效率。

步骤S2)将大口径厚壁钢管10安置于中频弯管机30上，通过中频弯管机30弯制相应的弯管段B，使其按照预定弯曲半径r进行弯曲；

具体地，该步骤S2)包括如下操作：

S21)大口径厚壁钢管10安置于中频弯管机30上，夹头34夹持固定单元管21，从而使相应弯管段B的起弯点设置在中频弯管机30的感应加热线圈33的中心处；

按上述要求，将大口径厚壁钢管10用夹头34固定在可绕圆心回转的曲臂35上，具体方案中，通过丝杠丝母传动装置，调整至中频弯管机30的最大弯曲半径处，锁紧两对导向轮32，再锁紧后端的推进小车31。如此，将待弯曲的大口径厚壁钢管10安置于中频弯管机30。其中，在弯制第一段单元管21、最后一段单元管21的弯管段B时，若前后直管段A的长度无法满足相应的中频弯管机30的结构尺寸时，可通过焊接延长前后临时工艺段A′解决上述问题。

S22)启动中频弯管机30，使其感应加热线圈33加热待弯制的弯管段B，从而为弯制工作做准备。

S23)当加热至预定温度时，启动中频弯管机30的弯制动作，同时，推动小车以预定的速度推动大口径厚壁钢管10向前移动，从而逐渐对待弯制的弯管段B进行弯制成型。

在一种具体实施例中，该预定温度设置为900℃左右，通常在实际工程应用中，保持该温度一段时间，以使大口径厚壁钢管10内外壁温度趋于一致，然后再进行推进、弯制操作。该方案中预定速度(推进小车31的推动速度)设定在10mm/min～15mm/min范围内，以确保弯管段B的弯制质量；推进小车31推动大口径厚壁钢管10沿导向轮32向前连续推进，曲臂35绕固定轴发生旋转，从而弯制成型弯管段B。当然，实际工程中的推进小车31的推动速度应根据实际设备及弯制工艺而设定，并不局限于此。

S24)推进弯管段B的长度距离后，完成该段弯管段B的弯制，从而停止推进、弯制动作。

完成步骤S2)后进行步骤S3)的操作，该步骤将大口径厚壁钢管10推进一段直管段A的长度距离，从而形成一段单元管21。具体地，该步骤包括如下操作：

S31)夹头34松开固定的对应单元管21。

S32)启动推进小车31推动大口径厚壁钢管10移动一段直管段A的长度，从而使相应的待弯制的弯管段B的起弯点设置在感应加热线圈33的中心。

通过步骤时S3)后，形成一段完整的单元管21，即直管段A和弯管段B的一组组合，进一步为下一段弯管段B的弯制提供保障。

步骤S4)重复步骤S2)～S3)，逐段完成特大半径弯管20的弯制，直至末端的弯管段B弯制成型。

在上述成型方法中，进一步地，设定每段直管段A的长度。在一种具体实施例中，直管段A的长度设置为中频弯管机30零位状态时夹头34外缘至感应加热线圈33中心的距离。如此，有效完成中频弯管机30对弯管段B的弯制。

当然，直管段A的长度并不仅限于设置为上述长度，还可使其大于中频弯管机30零位状态时夹头34外缘至感应加热线圈33中心的距离，因此，只需使中频弯管机30能够可靠加工连弯管即可。

对上述成型方法中弯管段B的预定弯曲半径r进行优化，将其设定为中频弯管机30的最大弯曲半径。在进行弯制加工时，能够优化弯管段B与相邻两直管段A的平滑过渡，进一步提升该成型方法加工特大半径弯管20的工艺性。

当然，预定弯曲半径r可根据所采用的中频弯管机30的弯制要求进行设定，只需对应中频弯管机30能够完成弯制、并可平滑过渡的数值均可。

在设定弯管段B的弯曲角时，进一步进行微调，使其通过上述方法形成的特大半径弯管20拱高H与理论特大半径弯管拱高H之间的偏差在一定范围内(工程应用可控制在±3mm范围内)。如此，有效确保采用该成型方法加工形成的特大半径弯管20的精确度。

下面以将长度为9600m、管径为610mm、管壁厚为32mm的大口径厚壁钢管10，弯制成预定特大弯曲半径R为60000mm的特大半径弯管20为例进一步解释说明，理论上，该特大半径弯管20的拱高H为192mm。根据上述成型方法，具体加工步骤如下：

首先，根据所需弯制成预定特大弯曲半径R为60000mm的要求，将该9600mm设计为196边形中的其中五条边。根据加工工艺的要求，及成型后特大半径弯管20的规格，调整各个边的长度。

其中，每条边的长度为1920mm，即为一段单元管21的长度，为了可靠完成弯制工艺，其两端设置为884mm长度的一段直管段A(图3中的两端处补偿段A′)，以用于夹持；同时，也可满足特大半径弯管20各段单元管21的设置。除此之外，大口径厚壁钢管10对应划分每段单元管21的长度为1912mm、单元管21相应的圆心角β为1.83°。

采用最大弯曲半径为6000mm的中频弯管机30，因此，对应该弯管段B的预定弯曲半径r为6000mm，同时，在对应弯管段B的弯曲角α为1.83°的情况下，由多组直管段A和弯管段B形成的特大半径弯管20的拱高H大于理论圆弧轨迹的拱高，其偏差大于3mm，因此，微调该弯曲角α至1.76°以满足其拱高H偏差在3mm范围内，相应的弯管段B的弧长为184mm。

完成上述参数设置及调整后，再进行上述弯制操作。对于该特大半径弯管20，将大口径厚壁弯管放置于中频弯管机30上逐段弯制，经过连续进行五次同一平面内小角度的弯制加工，从而完成特大半径弯管20的弯制成型。如此，184mm的弯管段B与1728mm的直管段A交替连接，形成的多边形轨迹能够近似模拟理论特大半径弯管20的弧度。在充分利用现有中频弯管机30的基础上，获得圆弧轨迹和拱高H的偏差能够完全满足设计要求的特大半径弯管20。

除此之外，本发明还提供一种大口径厚壁钢管10的特大半径弯管20，该大口径厚壁钢管10通过中频弯管机30弯制成特大半径弯管20。与现有技术不同的是，该特大半径弯管20包括多组直管段A和弯管段B，直管段A和弯管段B交替连接形成预定特大弯曲半径R的特大半径弯管20，其弯管段B通过现有中频弯管机30弯制形成。

该特大半径弯管20包括多组直管段A和弯管段B，直管段A和弯管段B交替连接形成特大半径弯管20，也就是说，该特大半径弯管20通过边数足够多的多边形的若干条边，近似模拟圆形的一段圆弧。如此设置的特大半径弯管20可利用现有中频弯管机30对弯管段B弯制形成，工艺简单、操作便捷，省时省力；并且，该特大半径弯管20为一体的无焊缝结构，其结构强度可达到工程应用要求。

进一步地，直管段A设置的距离为略大于中频弯管机30零位状态时夹头34外缘至感应加热线圈33中心的距离，以确保中频弯管机30对弯管段B的弯制。

当然，直管段A的长度并不仅限于设置为上述长度，还可使其大于中频弯管机30零位状态时夹头34外缘至感应加热线圈33中心的距离，因此，只需使中频弯管机30能够可靠加工连弯管即可。

对上述成型方法中弯管段B的预定弯曲半径r进行优化，将其设定为中频弯管机30的最大弯曲半径，从而确保弯管段B与相邻两直管段A的最优的平滑过渡，保证特大半径弯管20的弯曲弧度。

当然，预定弯曲半径r可根据所采用的中频弯管机30的弯制要求进行设定，只需使弯制后的特大半径弯管20具有平滑的弧度均可。

该特大半径弯管20的弯管段B的弯曲角α可进行微调，从而使形成的特大半径弯管20拱高H与理论圆弧轨迹形成的拱高之间的偏差在±3mm范围内。如此，有效确保采用该成型方法加工形成的特大半径弯管20的精确度。

上述偏差根据实际工程的加工精度要求而设定，因此，在调整弯管段B的弯曲角α时应根据实际偏差进行微调。

该特大半径弯管20可通过上述成型方法加工形成，从而，简单、便捷的加工成该特大半径弯管20。

以上对本发明所提供的一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管及其成型方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，所述大口径厚壁钢管通过中频弯管机(30)弯制成特大半径弯管(20)，且所述特大半径弯管(20)的弯曲半径为所述大口径厚壁钢管外径的50倍以上；其特征在于，所述特大半径弯管(20)成型方法包括如下步骤：

S1)根据所述特大半径弯管(20)的预定特大弯曲半径(R)划分所述大口径厚壁钢管(10)为连续的多段单元管(21)，每段所述单元管(21)包括一段直管段(A)和一段弯管段(B)；

弯管段(B)对应的预定弯曲半径(r)不大于中频弯管机(30)的最大弯曲半径；

根据多段单元管(21)所对应的圆心角确定所述弯管段(B)对应的弯曲角(α)；

S2)所述大口径厚壁钢管安置于所述中频弯管机(30)，所述中频弯管机(30)弯制所述单元管(21)的弯管段(B)，弯制形成预定弯曲半径(r)的弯管段(B)；

S3)所述中频弯管机(30)的后端推进小车(31)推动所述大口径厚壁钢管(10)，至其移动一段所述直管段(A)的长度距离；

S4)重复步骤S2)～S3)，直至弯制形成所述特大半径弯管(20)。

2.根据权利要求1所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管(20)成型方法，其特征在于，步骤S2)包括如下操作：

S21)所述中频弯管机(30)的夹头(34)夹持固定所述单元管(21)，以使所述弯管段(B)的起弯点设置在所述中频弯管机(30)感应加热线圈(33)的中心；

S22)启动所述中频弯管机(30)，所述感应加热线圈(33)加热待弯制的弯管段(B)；

S23)加热至预定温度，启动弯制动作，并以预定速度推动所述大口径厚壁钢管(10)；

S24)推进所述弯管段(B)的长度距离后，停止推进、弯制。

3.根据权利要求2所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，其特征在于，步骤S3)包括如下操作：

S31)所述夹头(34)松开夹持固定的对应所述单元管(21)；

S32)启动推进小车(31)推动所述大口径厚壁钢管移动相应的所述直管段(A)的长度距离，以使相应的所述弯管段(B)的起弯点设置在所述感应加热线圈(33)的中心。

4.根据权利要求1-3任一项所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，其特征在于，设定每段所述直管段(A)的长度至少为所述中频弯管机(30)零位状态时夹头(34)外缘至感应加热线圈(33)中心的距离。

5.根据权利要求1-3任一项所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，其特征在于，所述弯管段(B)的预定弯曲半径(r)设定为所述中频弯管机(30)的最大弯曲半径。

6.根据权利要求5所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法，其特征在于，调整所述弯管段(B)的弯曲角(α)，以使所述特大半径弯管(20)的拱高(H)与理论拱高的偏差在预定范围内。

7.一种大口径厚壁钢管的特大半径弯管，所述大口径厚壁钢管通过中频弯管机(30)弯制成所述特大半径弯管(20)，所述特大半径弯管(20)的弯曲半径为所述大口径厚壁钢管外径的50倍以上；其特征在于，所述特大半径弯管(20)包括多组直管段(A)和弯管段(B)，所述直管段(A)、所述弯管段(B)交替连接形成预定特大弯曲半径(R)的所述特大半径弯管(20)；

所述特大半径弯管(20)采用权利要求1-6中任一项所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管成型方法成型。

8.根据权利要求7所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管，其特征在于，所述直管段(A)至少为所述中频弯管机(30)零位状态时夹头(34)外缘至感应加热线圈(33)中心的距离。

9.根据权利要求7或8所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管，其特征在于，所述弯管段(B)的预定弯曲半径(r)设定为所述中频弯管机(30)的最大弯曲半径。

10.根据权利要求7或8所述的大口径厚壁钢管的特大半径弯管，其特征在于，所述弯管段(B)的弯曲角(α)设置在一定范围，以使所述特大半径弯管(20)的拱高(H)与理论拱高的偏差在预定范围内。