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彎頭是用于管道轉(zhuǎn)彎處的一種管件。在管道系統(tǒng)所使用的全部管件中，所占比例最大，約為80%。通常，對(duì)不同材料或壁厚的彎頭選擇不同的成形工藝。制造廠常用的無縫彎頭成形工藝有熱推、沖壓、擠壓等。熱推彎頭成形工藝是采用專用彎頭推制機(jī)、芯模和加熱裝置，使套在模具上的坯料在推制機(jī)的推動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中被加熱、擴(kuò)徑并彎曲成形的過程。 熱推彎頭的變形特點(diǎn)是根據(jù)金屬材料塑性變形前后體積不變的規(guī)律確定管坯直徑，所采用的管坯直徑小于彎頭直徑，通過芯�？刂婆髁系淖冃芜^程，使內(nèi)弧處被壓縮的金屬流動(dòng)，補(bǔ)償?shù)揭驍U(kuò)徑而減薄的其它部位，從而得到壁厚均勻的彎頭。熱推彎頭成形工藝具有外形美觀、壁厚均勻和連續(xù)作業(yè)，適于大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，因而成為碳鋼、合金鋼彎頭的主要成形方法，并也應(yīng)用在某些規(guī)格的成形中。成形過程的加熱方式有中頻或高頻感應(yīng)加熱(加熱圈可為多圈或單圈)、和反射爐加熱，采用何種加熱方式視成形產(chǎn)品要求和能源情況決定。

沖壓成形彎頭是最早應(yīng)用于批量生產(chǎn)的成形工藝，在常用規(guī)格的彎頭生產(chǎn)中已被熱推法或其它成形工藝所替代，但在某些規(guī)格的彎頭中因生產(chǎn)數(shù)量少、壁厚過厚或過薄。產(chǎn)品有特殊要求時(shí)仍在使用。彎頭的沖壓成形采用與彎頭外徑相等的管坯，使用壓力機(jī)在模具中直接壓制成形。在沖壓前，管坯擺放在下模上，將內(nèi)芯及端模裝入管坯，上模向下運(yùn)動(dòng)開始?jí)褐�，通過外模的約束和內(nèi)模的支撐作用使彎頭成形。與熱推工藝相比，沖壓成形的外觀質(zhì)量不如前者;沖壓彎頭在成形時(shí)外弧處于拉伸狀態(tài)，沒有其它部位多余的金屬進(jìn)行補(bǔ)償，所以外弧處的壁厚約減薄10%左右。但由于適用于單件生產(chǎn)和低成本的特點(diǎn)，故沖壓彎頭工藝多用于小批量、厚壁彎頭的制造。分冷沖壓和熱沖壓兩種，通常根據(jù)材料性質(zhì)和設(shè)備能力選擇冷沖壓或熱沖壓。冷擠壓彎頭的成形過程是使用專用的彎頭成形機(jī)，將管坯放入外模中，上下模合模后，在推桿的推動(dòng)下，管坯沿內(nèi)模和外模預(yù)留的間隙運(yùn)動(dòng)而完成成形過程。

采用內(nèi)外模冷擠壓工藝制造的彎頭外形美觀、壁厚均勻、尺寸偏差小，故對(duì)于不銹鋼彎頭特別是薄壁的不銹鋼彎頭成形多采用這一工藝制造。這種工藝所使用的內(nèi)外模精度要求高;對(duì)管坯的壁厚偏差要求也比較苛刻。用中板用壓力機(jī)做成彎頭剖面的一半，然后把兩個(gè)剖面焊接到一起。這樣的工藝一般用來作DN700以上的彎頭的。要求控制曲率半徑。比如半徑長(zhǎng)度為1.5D，那么曲率半徑必須在所要求的公差范圍之內(nèi)。由于這些管件大多數(shù)用于焊接，為了提高焊接質(zhì)量，端部都車成坡口，留一定的角度，帶一定的邊，這一項(xiàng)要求也比較嚴(yán)，邊多厚，角度為多少和偏差范圍都有規(guī)定，幾何尺寸上比管件多了很多項(xiàng)。彎頭表面質(zhì)量和機(jī)械性能基本和管子是一樣的。為了焊接方便，和被連接的管子的鋼的材質(zhì)是要相同的。由于彎頭具有良好的綜合性能，所以它廣泛用于化工、建筑、給水、排水、石油、輕重工業(yè)、冷凍、衛(wèi)生、水暖、消防、電力、航天、造船等基礎(chǔ)工程。

使用時(shí)應(yīng)保持干燥，鈦鈣型應(yīng)經(jīng)150℃干燥1小時(shí)，低氫型應(yīng)經(jīng)200-250℃干燥1小時(shí)(不能多次重復(fù)烘干，否則藥皮容易開裂剝落)，防止焊條藥皮粘油及其它臟物，以免致使焊縫增加含碳量和影響焊件質(zhì)量。彎頭焊接時(shí)，受到重復(fù)加熱析出碳化物，降低耐腐蝕性和力學(xué)性能。焊后硬化性較大，容易產(chǎn)生裂紋。若采用同類型的焊條焊接，必須進(jìn)行300℃以上的預(yù)熱和焊后700℃左右的緩冷處理。若焊件不能進(jìn)行焊后熱處理，則應(yīng)選用鉻鎳不銹鋼焊條。為改善不銹鋼彎頭耐蝕性能及焊接性而適當(dāng)增加適量穩(wěn)定性元素Ti、Nb、Mo等，焊接性較好一些，采用同類型的鉻不銹鋼焊條時(shí)，應(yīng)進(jìn)行200℃以上的預(yù)熱和焊后800℃左右的回火處理。若焊件不能進(jìn)行熱處理，則應(yīng)選用鉻鎳不銹鋼。局部減薄是彎頭常見的缺陷，但國(guó)內(nèi)外對(duì)此類缺陷的研究主要針對(duì)直管，對(duì)彎頭局部減薄的研究少有文獻(xiàn)報(bào)道。本文通過詳細(xì)的有限元計(jì)算和理論分析，研究了在內(nèi)壓和彎矩作用下局部減薄對(duì)彎頭極限承載能力的影響，以及內(nèi)壓作用下多局部減薄的相互干涉效應(yīng)和彎矩作用下直管對(duì)彎頭極限載荷的加強(qiáng)作用，并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了以下研究成果:

用有限元方法對(duì)內(nèi)壓作用下局部減薄彎頭的極限載荷進(jìn)行了系統(tǒng)地分析和計(jì)算，得出局部減薄彎頭的極限壓力與局部減薄的直管不同，彎頭的極限壓力不僅取決于局部減薄大小，還與局部減薄位置和彎曲半徑有關(guān)，如采用局部減薄直管的計(jì)算方法評(píng)定彎頭，則會(huì)得出不安全或過于保守的結(jié)果;同時(shí)減薄寬度對(duì)極限載荷的影響也不可忽略。在有限元分析的基礎(chǔ)上給出了局部減薄彎頭極限壓力的計(jì)算公式，公式計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都相當(dāng)吻合并偏安全，計(jì)算公式可以實(shí)際應(yīng)用于局部減薄彎頭的安全評(píng)定，補(bǔ)充了該項(xiàng)研究的空白。通過有限元分析，研究了在內(nèi)壓下多局部減薄之間的相互干涉效應(yīng)，研究表明多局部減薄的相互影響不僅與間距有關(guān)，還與減薄深度有關(guān)。指出減薄深度較淺時(shí)，軸向局部減薄間距大于2倍壁厚，雙局部減薄的極限載荷與單個(gè)局部減薄的極限載荷基本相同;當(dāng)減薄深度較深，軸向局部減薄間距大于4倍壁厚時(shí)，雙局部減薄的極限載荷與單個(gè)局部減薄的極限載荷基本相同，補(bǔ)充了現(xiàn)有研究的不足。通過有限元計(jì)算，研究了相連直管對(duì)彎頭極限彎矩的加強(qiáng)作用，指出與彎頭相連的直管會(huì)使彎頭的極限彎矩增大，彎曲半徑不同時(shí)，彎頭極限載荷增加量不同。當(dāng)相連直管長(zhǎng)度大于3倍管徑時(shí)，直管對(duì)彎頭的強(qiáng)化作用不再增加。該項(xiàng)研究補(bǔ)充了直管對(duì)彎頭加強(qiáng)作用研究的不足。