一种小半径弯管加工方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及一种石油管材制造加工方法及装置，具体涉及一种小半径弯管加工方法及装置。


背景技术：

[0002]
弯头、弯管是解决油气输送管道铺设中狭窄空间急剧转向问题的管道构件，虽然弯头能够满足管道的急剧转向需求，但是与一般热煨弯管相比没有直管段，弯头端部尺寸偏差大，在现场与钢管进行对口焊接时，环焊缝间隙、错边量相对较大，需要进行现场处理，影响焊接质量。另外，选用冲压弯头需要投入大量资金进行各类专业模具的制作；选用焊接弯头存在焊缝过多，相对母材产生的缺陷概率高，焊缝处应力大以及需要进行无损检测等缺点。
[0003]
鉴于弯头制造和应用中存在较多问题，有必要开展小半径热煨弯管的研发，小半径弯管可减少管网占用空间，同时，两端具有直管段，与弯头相比有以下优势：在施工中对口容易，便于现场施工、保证质量；减少二次焊缝，节省相应的焊接、检测等费用；制造不需要模具，可节省工艺装备费用。因此具有非常广泛的应用，其加工工艺是近年油气输送管材加工研究的热点之一。然而，受制于材料和工艺的限制，小半径弯管存在如横截面趋于椭圆形、外弧侧减薄量过大、内弧侧增厚、起皱等各种截面畸变，这些缺陷将影响小半径弯管的性能指标，使得弯管横截面各向性能指标不均匀，削弱弯管局部强度，最终将会降低管道承载能力。
[0004]
文献《截面畸变对小半径热煨弯管性能的影响》[j].天然气工业,038(6):121-127中指出，3d弯管截面畸变显著，各个部位(内弧侧、中性区、外弧侧)加热温度差异较大，使得各个部位组织形态或含量有所不同，导致3d弯管外弧侧、内弧侧及中性区等各个部位力学性能数值分布较为离散，部分弯管内弧侧强度未达到标准要求。产生这种现象的原因：由感应加热线圈加热原理可知，距离加热线圈越远则弯管从中获得功率就越小，弯管的加热温度就越低，小半径弯管在加工成型过程中截面畸变相对较大，使得各个部位与加热线圈的距离不同。理想状态下，小半径弯管01在加热线圈02中的位置如图1-a所示，此时小半径弯管01环向壁厚受热均匀，在相同冷却条件下，加热后的性能离散性较小。但实际状态是小半径弯管01热煨制时由于受力矩及截面畸变两方面的影响，其在加热线圈02中的实际位置如图1-b、c、d所示，小半径弯管01各个部位受热不均，在相同的冷却条件下，薄壁的材料散热条件较好，平均冷却速度较快，而厚壁材料恰好相反，冷却速度不同将发生不同的相变过程，得到不同的相变组织，并对晶粒尺寸产生影响，最终影响产品性能。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是为解决现有技术中存在的小半径弯管在热煨制时受力矩及截面畸变两方面的影响，导致环向壁厚受热不均匀，在相同冷却条件下，各个部位冷却速度不同导致不同的相变过程，得到不同的相变组织，并对晶粒尺寸产生影响，最终影响产品性能的
问题，而提供了一种小半径弯管加工方法及装置。
[0006]
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
[0007]
一种小半径弯管加工方法，采用椭圆形的加热线圈对弯管母管进行热煨加工，所述加热线圈的两个第一中性区之间的距离比加热线圈的第一外弧侧与第一内弧侧之间的距离大；
[0008]
加热过程中，分别测量小半径弯管的两个第二中性区、第二外弧侧及第二内弧侧的实时温度，并根据小半径弯管的两个第二中性区之间的温度差调节加热线圈与小半径弯管的两个第二中性区之间的间隙，根据小半径弯管的第二外弧侧与第二内弧侧之间的温度差调节加热线圈与小半径弯管的第二外弧侧及第二内弧侧之间的间隙，从而使小半径弯管的两个第二中性区之间的温度差为0℃～50℃，小半径弯管的第二外弧侧与第二内弧侧之间的温度差为0℃～50℃。
[0009]
进一步地，所述加热线圈的第一外弧侧与第一内弧侧之间的距离比热煨加工前母管的外径大20～40mm。
[0010]
进一步地，所述加热线圈的两个第一中性区之间的距离比加热线圈的第一外弧侧与第一内弧侧之间的距离大30mm～50mm。
[0011]
进一步地，所述小半径弯管的两个第二中性区之间的温度差为30℃～50℃，小半径弯管的第二外弧侧与第二内弧侧之间的温度差为30℃～50℃。
[0012]
进一步地，所述小半径弯管为3d弯管。
[0013]
一种小半径弯管加工装置，包括加热线圈，还包括控制系统、四个测温计、两个液压杆；
[0014]
所述加热线圈为椭圆形，所述加热线圈的两个第一中性区之间的距离比第一外弧侧与第一内弧侧之间的距离大；
[0015]
所述四个测温计分别设置于小半径弯管的两个第二中性区、第二外弧侧及第二内弧侧位置处；
[0016]
所述四个测温计的输出端均与控制系统连接；
[0017]
所述控制系统的输出端分别与两个液压杆连接；
[0018]
其中一个液压杆的伸缩端与加热线圈的第一外弧侧或第一内弧侧固连，另一个液压杆的伸缩端与加热线圈的其中一个第一中性区固连。
[0019]
进一步地，所述加热线圈的第一外弧侧与第一内弧侧之间的距离比热煨加工前母管的外径大20～40mm。
[0020]
进一步地，所述加热线圈的两个第一中性区之间的距离比加热线圈的第一外弧侧与第一内弧侧之间的距离大30mm～50mm。
[0021]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0022]
本发明提供的一种小半径弯管加工方法通过使用椭圆形的加热线圈对小半径弯管进行热煨加工，并根据小半径弯管各个部位的温度，来调节加热线圈与小半径弯管各个部位之间的间隙，使得小半径弯管各个部位加热温度相对均匀，在相同冷却条件下，各个部位冷却速度也相对一致，补偿了畸变参量圆度、减薄率、增厚率对小半径弯管性能的不利影响，从而使各个部位性能相对一致；
[0023]
本发明提供的一种小半径弯管加工装置，将传统的圆形加热线圈改为椭圆形的加
热线圈，并通过控制系统、测温计、液压杆配合工作来调节加热线圈与小半径弯管各个部位之间的间隙，使得小半径弯管各个部位加热温度均匀，该装置结构简单，便于操作，使用该装置加工的小半径弯管可避免截面畸变对各个部位性能的影响。
[0024]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1-a是现有技术中小半径弯管在加热线圈中理想状态下的位置示意图；
[0027]
图1-b是现有技术中小半径弯管在加热线圈中实际状态下的第一种位置示意图；
[0028]
图1-c是现有技术中小半径弯管在加热线圈中实际状态下的第二种位置示意图；
[0029]
图1-d是现有技术中小半径弯管在加热线圈中实际状态下的第三种位置示意图；
[0030]
图2是本发明一种小半径弯管加工装置的结构示意图；
[0031]
图中，01-小半径弯管，02-加热线圈；
[0032]
1-小半径弯管，11-第二中性区，12-第二外弧侧，13-第二内弧侧；
[0033]
2-加热线圈，21-第一中性区，22-第一外弧侧，23-第一内弧侧；
[0034]
3-控制系统，4-测温计，5-液压杆。
具体实施方式
[0035]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
本发明提供的一种小半径弯管加工方法，如图2所示，采用椭圆形的加热线圈2对弯管母管(加工后成小半径弯管1)进行热煨加工，小半径弯管1的两个第二中性区11、第二外弧侧12及第二内弧侧13与加热线圈2的两个第一中性区21、第一外弧侧22及第一内弧侧23的位置一一对应。
[0037]
加热线圈2的第一外弧侧22与第一内弧侧23之间的距离比热煨加工前的弯管母管的外径大20～40mm，加热线圈2的两个第一中性区21之间的距离比加热线圈2的第一外弧侧22与第一内弧侧23之间的距离大30mm～50mm。由于小半径弯管在实际加工过程中，在推力及弯曲半径的影响下，横截面趋于椭圆形，即第二中性区11之间的距离大于第二外弧侧12与第二内弧侧13之间的距离，这种横截面的椭圆度随着弯曲半径的减小而增大，因此将加热线圈2加工成与之相对应的椭圆形，可使小半径弯管1各个部位与加热线圈2之间的距离相对一致，从而使小半径弯管1各个部位加热温度相对均匀。
[0038]
加热过程中，小半径弯管1的圆度随着弯曲角度的变化而变化，其各个部位与加热线圈2之间的间隙也在变化，进而各个部位的加热温度也在变化。在此过程中，分别测量小
半径弯管1的两个第二中性区11、第二外弧侧12及第二内弧侧13的实时温度，并根据其两个第二中性区11之间的温度差调节加热线圈2与小半径弯管1的两个第二中性区11之间的间隙，根据其第二外弧侧12与第二内弧侧13之间的温度差调节加热线圈2与小半径弯管1的第二外弧侧12及第二内弧侧13之间的间隙，从而使小半径弯管1的各个部位加热温度相对均匀，一般来说，小半径弯管1的两个第二中性区11之间的温度差为0℃～50℃，小半径弯管1的第二外弧侧12与第二内弧侧13之间的温度差为0℃～50℃，是可接受范围。
[0039]
根据实际情况可设定小半径弯管1的两个第二中性区11之间的温度差为30℃～50℃，第二外弧侧12与第二内弧侧13之间的温度差为30℃～50℃，这样温差相对较小，对小半径弯管1性能的影响不会很大，且对调整灵敏度要求不会过高。当两个第二中性区11之间的温度差不在设定范围内时，调节加热线圈2与小半径弯管1的两个第二中性区11之间的间隙；当第二外弧侧12与第二内弧侧13之间的温度差不在设定范围内时，调节加热线圈2与小半径弯管1的第二外弧侧12及第二内弧侧13之间的间隙。间隙变小的部位加热温度升高，间隙变大的部位加热温度降低，从而使温度差回到设定范围内。
[0040]
使用该方法可热煨加工3d弯管。
[0041]
本发明提供的一种小半径弯管加工装置，如图2所示，包括加热线圈2、控制系统3、四个测温计4、两个液压杆5。
[0042]
加热线圈2为椭圆形，其第一外弧侧22与第一内弧侧23之间的距离比热煨加工前的弯管母管外径大20～40mm，其两个第一中性区21之间的距离比第一外弧侧22与第一内弧侧23之间的距离大30mm～50mm。
[0043]
四个测温计4用于测量小半径弯管1的两个第二中性区11、第二外弧侧12及第二内弧侧13的实时温度，并将测量结果传输至控制系统3。
[0044]
控制系统3根据小半径弯管1的两个第二中性区11之间的温度差，通过一个液压杆5调节加热线圈2与小半径弯管1的两个第二中性区11之间的间隙，根据小半径弯管1的第二外弧侧12与第二内弧侧13之间的温度差，通过另一个液压杆5调节加热线圈2与小半径弯管1的第二外弧侧12及第二内弧侧13之间的间隙，从而使小半径弯管1的各个部位加热温度均匀。
[0045]
具体结构为：四个测温计4分别设置于小半径弯管1的两个第二中性区11、第二外弧侧12及第二内弧侧13位置处，四个测温计4的输出端均与控制系统3连接，控制系统3的输出端分别与两个液压杆5连接，其中一个液压杆5的伸缩端与加热线圈2的第一外弧侧22或第一内弧侧23固连，其固定端与固定壁铰接，另一个液压杆5的伸缩端与加热线圈2的其中一个第一中性区21固连，其固定端与固定壁铰接。
[0046]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。