第6章　三通及四通

6.1　概述

三通（tee）、四通是流體輸送管道中必不可少的重要組成部件，主要用于管道清掃、刮脂、通球等的出入口以及管道支線分流、匯流部位。

三通、四通采用的原材料包括金屬管和金屬板。三通按加工方式分為軸向冷擠壓、鋼板（或鋼管）制徑向熱壓；按端口直徑分為等徑三通和異徑三通；按焊縫有無分為無縫三通和焊接三通。表1-6-1為常用三通成形方法。

三通或四通的基本尺寸應符合GB/T 12459《鋼制對焊無縫管件》、GB/T 13401《鋼板制對焊管件》、SY/T 0609《優質鋼制對焊管件規范》、SY/T 0510《鋼制對焊管件規范》的要求；結構強度補強設計及其他尺寸計算應遵循GB 50251《輸氣管道工程設計規范》、GB 50253《輸油管道工程設計規范》、ASMEB31.8《輸氣和配氣管道系統》等設計規范。

6.2　軸向擠壓三通

軸向擠壓三通是利用金屬材料良好的塑性變形能力，在軸向外力和流體內壓力的共同作用下使金屬向模具開孔處流動，而形成三通所需要的凸起形狀。

中小管徑三通件液壓脹形工作原理如圖1-6-1所示，先將計算好的管坯料置于帶有半圓弧的下模4上，然后將帶有另一半圓弧的上模壓緊，再使兩端運行方向相反的同步壓緊軸2壓緊鋼管端部，如圖1-6-1（a）所示，隨后由壓緊軸中心孔通入高壓液體，鋼管在高壓液體和軸向壓縮的聯合作用下迫使鋼管金屬向下模開孔處流動，最終脹出三通半成品，如圖1-6-1（b）所示，再經管端切口、熱處理、機械坡口、探傷、檢驗即得成品。

軸向擠壓變形是利用縮短鋼管軸向長度來保證三通凸臺的成形，因此成形后的三通壁厚變化不大，有時可以增厚。

軸向擠壓三通由于采用冷擠壓脹形成形，擠壓脹形時應充分考慮材料的失穩和破裂，在選用合適規格的前提下，還應考慮高壓液體的壓力與同步壓緊軸的移動速度、壓力之間合理的工藝參數。

軸向擠壓三通一般為中小管徑的無縫三通，材質一般為黃銅、紫銅及不銹鋼等塑性變形能力好、屈服強度值低的材料。

軸向擠壓三通由于采用室溫成形，其內外表面光滑，無氧化皮；材料利用率高。采用專用的成套擠壓設備，工序簡單，生產效率高，適用于大批量生產。

6.3　徑向熱擠壓三通

大口徑三通及四通是長輸油氣管道中重要的壓力管道元件之一，用于大口徑、高壓管道的分流、匯流、通球及為管道清掃提供場所。

6.3.1　徑向熱擠壓三通的基本原理

由于大口徑、高壓管道使用的三通口徑大、強度高、管壁厚，很難在室溫下冷擠壓變形，采用高溫時金屬變形抗力較小，并充分利用熱金屬在徑向壓力下容易向支口形成方向（即正壓力方向）流動的特點，而采用徑向熱擠壓成形。三通徑向熱擠壓成形工藝過程：以鋼管為原料（或用鋼板卷制成管短節），經過爐內高溫加熱，大型機械手挑至大型壓力機，進行壓扁，再進入爐內加熱，從爐內挑出后局部水冷卻，轉至壓力機上的模具中進行徑向壓制，迫使高溫部分金屬在徑向壓力的作用下流向模具的支口而形成凸臺（一般經過多次壓制），然后進行凸臺切口，應用拉拔模拉拔成支口，再經熱處理、坡口、檢測檢驗等工序最終成為符合外觀尺寸和力學性能要求的三通。

6.3.2　徑向熱擠壓三通的特點

徑向熱擠壓三通采用徑向下壓力迫使筒節的金屬沿徑向向支口方向流動，進而擠壓模具孔處的金屬向孔內凸起，形成凸臺，其金屬流動方向如圖1-6-2中黑色箭頭所示，由于采用徑向壓縮，要求其管節坯料的直徑大于成品的直徑；為了使徑向金屬流向凸臺而其他部位不發生太大的變形，壓制凸臺時只使凸臺側一定高度內（圖中紅色區域）保留壓制所需的高溫度，如圖1-6-2所示，當壓制時高溫區域的金屬會向模具孔和模具的外邊緣流動。圖1-6-3是壓制后的三通半成品，由圖可知：壓制時，金屬向凸臺和肩部外邊緣流動，流動量的多少和模具孔的直徑、孔處的半徑、加熱溫度、材料自身特性有關。壓制完成后的半成品，經測量其肩部的壁厚會增加，最大可增厚20％左右。

壓制成形的凸臺需經過擴徑工序，使凸臺擴變為所要求的支口，該工序的特點是使加熱的金屬向徑向流動擴展，保證支口壁厚、外徑達到要求尺寸。

6.3.3　徑向熱擠壓三通用設備及模具

徑向熱擠壓三通用設備包括：原料切割機、卷板機、自動焊接機、坯料加熱爐、鍛壓操作機、大型壓力機、壓扁模、三通上下模、拉拔模、管端切割機、管端坡口機等，當需要熱處理時，還需熱處理加熱爐、淬火槽、冷卻水循環及冷卻設備、回火爐等。

在上述設備中，只有卷板機、自動焊接機、壓扁模、三通上下模、拉拔模不同于鋼板壓制彎頭用設備，其他與前述相同。

由于徑向熱擠壓三通使用的筒體大都為非標準鋼管，其直徑和壁厚與標準鋼管相差很大，這就需要按要求卷制筒體，卷板機的作用就是把要求厚度的鋼板卷制成要求直徑的筒節。現在的卷板機大都是三輥液壓式卷板機。

自動焊接機用于對筒節直焊縫的自動焊接。

壓扁模用于對加熱后的筒節進行壓扁，分上、下模，筒節的壓扁量與三通的直徑、壓制凸臺的直徑和各制造商的工藝有關。

三通上、下模用于凸臺的壓制成形，是徑向熱擠壓三通的核心部件，在壓力機的作用下，通過上、下模的多次合模壓制，筒節就會變成如圖1-6-3所示的半成品。模具一般用鑄鋼鑄造，通過熱處理后，再經過機械加工制成，最后經過反復磨削修理而成。筒節直徑不同，上、下模尺寸不同，凸臺直徑不同，帶開孔的模具尺寸不同。同時三通上、下模也是拉拔工序必不可少的模具。

拉拔模是把凸臺變成等徑支口所必需的模具，加熱后的凸臺部分在拉拔模拉拔力的作用下，擴徑為等直徑支口。拉拔模的結構形狀如圖1-6-4所示，具體尺寸隨支口外徑、壁厚的不同而變化。

6.3.4　徑向熱擠壓三通制造工藝

（1）徑向熱擠壓三通的工藝流程（見圖1-6-5）

（2）原材料檢驗及驗收　按照熱壓三通規格及技術要求確定鋼板或鋼管。鋼板或鋼管的厚度、規格及理化性能根據需要直接定制，進廠后按照驗收程序，檢驗合格后投入生產線。

（3）下料　采用等離子數控切割機將鋼板或鋼管按需要尺寸和形狀切割下料，得到熱壓三通坯料。

（4）卷板、焊接　將切割好的鋼板送入卷板機，卷成筒狀，再運用自動焊機將接縫處焊接成筒節（若熱壓三通采用鋼管制作可進入加熱壓扁工序）。

（5）焊縫探傷　運用X射線對筒節焊接處進行無損檢測。

（6）加熱壓扁　探傷合格后進入熱壓三通加工的第一道工序——加熱壓扁。用操作機將筒節送進熱處理爐加熱至規定溫度并保溫，再送入壓力機的壓扁模具上按技術要求的壓下量進行壓扁。

（7）加熱　將壓扁后的筒節再次送回熱處理爐加熱至工藝要求溫度，并保溫至工藝要求時間。

（8）壓制凸臺　在加熱的同時，壓力機更換熱壓三通模具，三通模具分為上模座、下模座、模芯，待筒節加熱后放入壓力機，壓制凸臺，合模以后筒節呈圓柱狀，多余的金屬沿熱壓三通內模釋放擠入底孔，形成鼓包凸臺，分數次完成凸臺壓制工序。

（9）開孔及拔孔　凸臺壓制完成后，在凸臺頂端開一橢圓形工藝孔，然后將毛坯件放入加熱爐再次加熱并保溫，加熱到規定溫度并達到保溫時間后出爐，利用拉拔模一次或多次在壓力機上完成拔口工序，直至熱壓三通成形。

（10）管口整形　利用整形胎具對成形的熱壓三通毛坯管口進行整形，使其管口尺寸符合技術條件要求。

（11）管端切割　使用切割工具對熱壓三通毛坯各管口按圖紙要求切割，去掉毛坯余量。

（12）熱處理　為了恢復和改善材料的力學性能，將毛坯件放入加熱爐進行熱處理，使熱壓三通達到技術條件要求的理化性能指標。

（13）檢驗及標識　熱處理后還需要進行除銹、無損探傷、坡口磁粉探傷、防腐、尺寸及外觀檢驗，包裝標識。