第7章　異徑接頭

7.1　概述

異徑接頭（Reduce）又稱大小頭，主要用于管道中改變鋼管直徑和管道偏離的要求，異徑接頭是長輸管道中不可缺少的壓力管道元件之一，用于不同管徑管道的過渡。

異徑接頭按有無折邊分為帶折邊異徑接頭和無折邊異徑接頭；按有無焊縫分為直縫異徑接頭和無縫異徑接頭；按是否對稱分為同心異徑接頭和偏心異徑接頭。異徑接頭按成形方式分為三輥卷制成形、整體熱壓成形和分體熱壓成形。表1-7-1是異徑接頭成形方法。

異徑接頭的基本尺寸應符合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》、SYT0510《鋼制對焊管件規范》的要求；強度及其結構尺寸計算應遵循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》、SYT0510《鋼制對焊管件規范》等設計規范的要求。

7.2　三輥成形異徑接頭

異徑接頭的三輥成形是采用鋼板作為原材料，利用專用卷板機的壓輥的壓力，迫使鋼板發生彎曲變形，形成圓錐形狀、無折邊的異徑接頭的方法。

圖1-7-1（a）為異徑接頭展開時的扇形坯料，圖1-7-1（b）為卷制的異徑接頭。三輥成形只需要專用的卷板機即可，圖1-7-2是異徑接頭三輥成形的加工，卷板機由三個鋼輥、驅動系統、液壓系統、控制系統組成。

7.2.1　三輥成形異徑接頭工藝流程（見圖1-7-3）

7.2.2　三輥成形異徑接頭制作工序

（1）原材料驗收　按標準和圖紙進行原材料的驗收。

（2）下料　按下料單圖紙要求尺寸切割扇形坯料。

（3）預彎　先將鋼板在專用設備對兩端進行彎曲，并用模板實測彎曲的弧形，以滿足筒體弧度的要求。

（4）卷制

①對預彎后的筒體板進行卷制加工，并用模板實測弧度。

②按坡口形式加工異徑接頭縱焊縫坡口。

③對口間隙為（2±1）mm。

④卷圓后，用手工焊點固縱縫，焊點30～50mm。

（5）焊接及探傷　從卷板機上取下筒體，按焊接工藝要求將對口處焊接牢固，并按技術要求進行探傷。

（6）管口整形　將焊后的錐形筒體再次放入卷板機上進行校圓，使得筒體各處直徑誤差不超出標準要求。

其他工序按常規方法的要求進行。

7.3　整體成形異徑接頭

整體成形異徑接頭采用的是縮徑成形，即采用沖壓方法，在壓力機和模具的配合下使管坯一開口端直徑縮小成形，形成兩端帶有折邊的異徑接頭。

縮徑前、后工件端部直徑的變化不宜過大，否則端部材料會因受壓縮變形劇烈而起皺折（有的工裝可在坯料內插入芯棒以阻止起皺折）。因此由較大直徑縮成較小直徑的口徑，有時會需要多次縮徑。

圖1-7-4為整體熱壓成形異徑接頭，圖1-7-5為整體熱壓成形異徑接頭工作原理示意圖，圖中1為壓模，連接于壓力設備，用于管坯壓制；2為外部支撐模，用于壓制時支撐受壓的管坯，避免管坯失穩起皺；3為鋼管或筒節坯料；4為異徑接頭成形模，用于產品的成形；5是內部支撐模，用于控制小端的成形。

7.3.1　整體成形變形程度的計算

（1）總縮徑系數

K縮=dn/D　　（1-7-1）

式中　dn——異徑接頭小端的最后直徑，mm；

D——管坯的直徑，mm。

（2）每一工序的平均縮徑系數

Ki=d1/D=d2/d1=…=dn/dn-1　　（1-7-2）

式中　d1，d2，…，dn——第1次，第2次，……，第n次縮徑外徑。

縮徑次數

n=lgK縮/lgKi　　（1-7-3）

縮徑系數與模具的結構形式關系極大，模具的結構形式見表1-7-2和圖1-7-5（圖中為總組合結構），還與材料的厚度和材質有關，材料厚度小，則系數要相應加大；管坯溫度高，則系數相應減小。表1-7-2給出了部分材料和不同模具形式的平均縮徑系數。

一般第一道工序的縮徑系數采用

K1=0.9Ki

以后各次工序

Kn=（1.05～1.1）Ki

采用冷成形時，可在壓制工序間增加退火工序，以減小縮徑系數，減少縮徑次數。

（3）縮徑后材料厚度的變化　縮徑時小端厚度略有增厚，通常不予考慮，在精確計算時，小端厚度按下式計算

冷縮徑時，一般要產生比縮徑模尺寸大0.5％～0.8％的彈性恢復。

（4）縮徑管坯的計算　由于縮徑前后的材料損失不大，根據變形前后體積不變的原則來計算管坯的尺寸，即

式中　H0——管坯高度，mm；

H1——管坯不變形部分的高度，mm；

H2——管坯壓縮部分高度，mm。

D——管坯中徑，mm；

d——小端中徑，mm；

（5）縮徑力的計算　無內、外支撐的縮徑力為

P=K［1.1πDtσS（1-d/D）（1+μcotα）/cosα］　　（1-7-6）

式中　P——縮徑力，N；

t——管坯厚度，mm；

D——管坯直徑，mm；

d——縮徑后小口直徑，mm；

μ——模具與管坯接觸面的摩擦因數；

σS——材料的屈服強度，MPa；

α——模具的圓錐角度，（°）；

K——速度系數，在曲柄壓力機上工作時K=1.15。

對于直徑不小于8in的帶折邊異徑接頭，其折邊長度一般取該端直徑的1/10，但建議不小于40mm；直徑小于8in的帶折邊異徑接頭的折邊長度應符合技術標準要求。

7.3.2　整體熱成形異徑接頭工藝

（1）整體熱成形異徑接頭工藝流程（見圖1-7-6）

（2）整體熱成形異徑接頭制作工序

①原材料驗收。按標準和設計要求進行原材料的驗收。

②下料。按下料單圖紙要求尺寸切割矩形坯料。

③預彎。先將鋼板在專用設備上對兩端進行彎曲，并用模板實測彎曲的弧形，以滿足筒體弧度的要求。

④卷制

a.對預彎后的筒體板進行卷制加工，并用模板實測弧度。

b.按坡口形式加工異徑接頭縱焊縫坡口。

c.對口間隙為（2±1）mm。

d.卷圓后，用手工焊點固縱縫，焊點30～50mm。

⑤焊接與檢測。從卷板機上取下筒體，按焊接工藝要求焊接對口處，并進行無損檢測。

⑥管口整形。將焊后的圓形筒體再次放入卷板機上進行校圓，使得筒體各處直徑誤差不超出標準要求。

⑦其他工序按常規方法的要求進行。

7.4　分體成形異徑接頭

異徑接頭分體成形工藝是近幾年發展起來的異徑接頭成形新工藝，是在三輥式無折邊異徑接頭的基礎上通過對大端直徑縮口、小端直徑擴口，在兩端形成要求長度的等徑直管，變成帶折邊的異徑接頭。

由于是在三輥式無折邊異徑接頭的基礎上通過對大端直徑縮口、小端直徑擴口的變形，縮徑、擴徑前后工件端部直徑的變徑系數在0.85以上，可以通過一次大端縮徑和小端擴徑來實現帶折邊異徑接頭的成形，端部材料不會因受壓縮變形而起折皺，也不會因受拉伸厚度減薄太大。當直徑變形量較大時，可以采用局部加熱的方式提高變徑系數。

圖1-7-7為分體熱壓成形異徑接頭用模具，該套模具由內模1和外模2組成，錐形筒節放置在外模2上并找正，通過火焰或中頻加熱給要縮徑的部分局部加熱，到技術要求溫度后，啟動壓力機，帶動內模1下壓。圖1-7-8（a）為分體熱壓成形異徑接頭加工時的大端縮徑，筒節與內模1一起向下運動，直到筒節脫離模具2，提起模具1，筒節與模具1分離；小端擴徑時筒節和外模2不動，內模1下壓，直到與筒節分離。通過大端縮徑、小端擴徑就形成了帶折邊的異徑接頭。

由于帶折邊異徑接頭的折邊長度不超過D/10，故分體成形異徑接頭的變徑系數在0.85以上，很容易通過一次變形達到技術要求的尺寸。

變形后的異徑接頭，其大端壁厚增厚，小端壁厚減薄，增厚率和減薄率與變徑系數、加熱溫度及壁厚有關。

7.4.1　分體熱成形異徑接頭工藝流程（見圖1-7-9）

7.4.2　分體熱成形異徑接頭制作工序

（1）原材料檢驗及驗收　鋼板的厚度、規格根據需要直接定制，進廠后按照驗收程序，檢驗合格后投入生產線。

（2）下料　采用等離子數控切割機將鋼板按需要尺寸和形狀切割，得到異徑接頭坯料。

（3）卷板與焊接　將切割好的鋼板送入卷板機，卷成錐形筒狀，再用自動焊機焊接成筒節。

（4）無損檢測　運用X射線對筒節焊接處進行無損檢測。

（5）加熱縮徑與擴徑　用操作機將異徑接頭坯料筒節送進熱處理爐加熱至規定溫度，分別送入壓力機的異徑接頭縮徑模具和擴徑模具中分別壓制，得到異徑接頭半成品。

（6）管端整形與切割　將異徑接頭取出后，先對不符合尺寸要求的部位進行整形，再用切割工具對異徑接頭毛坯各管口按圖紙要求切割，去掉毛坯余量。

（7）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，使異徑接頭達到技術條件要求的理化性能指標。

（8）檢驗及包裝　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。

7.4.3　帶折邊異徑接頭分體成形與整體成形相比的優勢

①采用兩端熱變形，簡化了成形工藝及模具，提高了生產率。

②一端采用一次局部加熱成形，降低了能源消耗，提高了異徑接頭的質量。

③采用通用成形工藝，提高了內、外模的通用性。