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，通過芯模控制坯料的變形過程，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)開始壓制，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，但國內(nèi)外對此類缺陷的研究主要針對直管，對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)相連直管長度大于3倍管徑時(shí)，直管對彎頭的強(qiáng)化作用不再增加。該項(xiàng)研究補(bǔ)充了直管對彎頭加強(qiáng)作用研究的不足。