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摘要：介绍了换热用的单管间隙式盘管和多管密排式盘管的平面盘管、中频机顶推的方式和弯管机旋转的方式的柱面螺旋盘管、等彎曲半径和递增弯曲半径的平面四方形盘管的弯制工艺参数计算、弯制模具的优化设计、辅助工装的经验设计、及弯制工艺流程介绍。
关键词：圆管盘管；半管盘管；方盘管；工装
盘管是石油化工压力容器重要的零部件，它的种类繁多、结构形状复杂，弯制工艺工装五花八门，下面就平面盘管、柱面螺旋盘管和平面方盘管的弯制工艺与工装分别做介绍。用一个变径弯模工装加几圈木块垫模块就可以弯制出各类平面盘管，还可进一步转变成曲面盘管，使各类平面盘管或曲面盘管的弯制成形变得容易；大弯管机尤其是特大直径圆盘的法兰机是弯制大型盘管的最好设备与装置。
1.圆管平面盘管
这种盘管分单管间隙式盘管和多管密排式盘管。我们单位主要是单管间隙式盘管，其结构形状如（图1）所示，圆管平面盘管的材料有20钢和不锈钢两种。采用（图2）所示单管平面盘管弯制模和（图3）所示的夹板，就可以实施单管间隙式盘管的定间隙弯制和带应力拆卸、搬运、吊装或热处理等；
1）被动轮压模，2）变径弯模工装，3）木块，4）夹板槽
其中被动轮压模1的r与盘管的直径有关，变径弯模工装2的尺寸与盘管弯曲最小半径有关，是弯制盘管的关键工装；木块3的大小与盘管管间隙L有关。回弹控制这在选择弯模时就要考虑，术语“回弹”是指加工成型后金属的回复原形趋向。根据弯曲半径的不同，回弹会使管子回复2到10度，也可能增加管子的弯曲半径。弯曲半径越小，回弹越小。盘管在弯管机上成型直接安装固定夹板能有效控制回弹。
1.1工艺计算
管子可能发生扭曲或皱折，这可能是因为材料硬，不向弯曲内径收缩。不能收缩的管材，向管子中心线内凹。（如材料不是太硬）这种情况可设置工装来改进。考察盘管的弯矩、空心或充液压弯制，均以平面盘管的最小盘曲半径R1作为工艺计算的几何参数；首先应按照（表1）的参数确定该盘管是空心弯制还是充液压弯制。液压弯制的管内压力Pi 按管材非塑变液压公式计算，控制管内液压Pi≤Ps。如是在（表1）的范围以内，管子有皱折可以使用插入式芯棒，灌砂。
符号说明：Rx=Ro/dw、Sx= So/dw，Ps为管材开始塑变液压，MPa；dw 为管外径，mm；So为管壁原始厚度，mm；Ro为圆面弯管半径，mm。
1.2模具设计与制造[1]：
1）夹板螺栓，2）上夹板，3）下夹板，4）中间夹板，5）夹块
夹板的类型大致有两种如（图3），L为盘管管间距，其中夹板缺口大小由盘管直径决定。双片夹板可使成品盘管实现带应力拆卸、搬运、热处理与吊装；单片夹板点焊固定盘管，不仅具有前述夹板全部功能，而且还可以拆分双弯成形的半管平面盘管，使平面盘管逐圈转变为曲面盘管的功用。
1.3接管与焊缝检验
圆管平面盘管展开后相当长、直管用量大.因此弯管前先要拼焊直管，一般是2～3根直管拼焊为一组，然后是一边弯、一边再一组接一组的拼焊，再进行RT无损检测的工艺。
1.4模具安装与弯制
按（图2）所示将模具各零件安装调试完毕，在固定完直管后即可开机连续定距弯制平面盘管。中间除了要停机接管外，可以一直弯制到图面尺寸大小，弯制中要注意在过渡段随时调配主动圆盘与被动轮夹模的圆心距。
1.5成品检验与上夹板
按图样要求检验盘管的外观、几何尺寸、无任何凹陷及毛刺等影响盘管使用的缺陷，然后上夹板固定.在盘管始末两管端各焊接一个防止盘管周向滑动的扣，以免盘管松动变形。
1.6带应力拆卸、搬运、吊装或热处理。
工程实例：弯管机圆盘最大直径Φ4950
根据工艺计算两种盘管均可空心弯制，按照上述步骤完成弯制后，回弹控制在Φ2190～Φ2195，Φ1765～Φ1770之间满足设备安装要求。
2.圆管螺旋盘管【2】
1）固定支柱，2）被动轮压模，3）盘管
1）圆筒工装，2）盘管，3）木块，4）被动轮压模工装，5）固定工装
考虑到现场生产设备的限制，有两种盘制方法：一种如（图4）主要设备是中频机顶推的方式，实用于管直径较大，弯曲直径较小的盘管。另一种如（图5）主要设备是弯管机旋转的方式，根据弯管机的功率用于直径较小，弯曲直径较大的盘管。采用（图5）所示的柱面螺旋盘管弯制模可以实施柱面盘管的机械化自动定螺距弯制和整体带应力拆卸、搬运、吊装及热处理工艺。与前一种的盘管弯制工艺相比较，可以省去弯后定螺距、校圆修正、控制回弹等工序。弯管快捷有效，可实现流水作业。这种圆管柱面螺旋盘管的弯制工艺过程是：工艺计算→模具设计与制造→管材检验→接管与焊缝检验→模具安装与弯制→成品检验与上夹板→带应力拆卸、搬运、热处理、吊装等【3】.
2.1工艺计算
首先应按照表1 的参数确定该盘管是空心弯制还是充液压弯制。
2.2模具设计与制造
（图1）中件号1为模具筒体，其外径fm按公式计算。
fm= fo- dw- ?dw 式中：?dw= 1. 0～ 2. 0mm，fo= 2Ro模具筒体设计四道纵向方槽是为拆卸成品盘管时上夹板用的，槽的几何尺寸按照夹板的具體尺寸适当放大。
2.3管材检验
按GB150和GB151等有关无缝钢管的标准进行。
2.4接管与其焊缝检验
弯制盘管之前须将几根直管预先进行拼接，并对拼接焊缝无损检测。焊缝100﹪RT，JB/T4730-2005，Ⅱ级合格。焊缝100﹪PT，JB/T4730-2005，Ⅰ级合格。
2.5模具安装与弯制 本模具可安装于大型弯管机，并调试好被动轮装置，然后装夹好直管，开机弯制盘管。直管长度不够长时可停機继续拼接直管，并对拼缝进100%RT 无损检测合格后再开机弯制盘管，直到盘管弯制完毕。柱面螺旋盘管弯制模中的被动轮螺旋自动定螺距机构实现了柱面螺旋盘管的全自动弯制成形。
2.6成品检验与上夹板
在弯管机上对盘管的外观、总高H、总圈数N及螺距t1等几何参数按图逐项进行检验合格，然后对盘管装配好夹板，并在两管端各焊接一个防周向滑动的金属扣，但应尽量避免损伤盘管的工作部分。
2.7带应力拆卸、搬运与吊装
盘管的夹板安装好后，可松开被动轮装置、带应力拆卸、搬运成品盘管，交库待装或热处理。
工程实例：
盘管管间距110，圈数5
圆管柱面螺旋盘管fo= 2Ro= 2×555= 1110，总高度Ho = 550，总圈数N = 5，螺距t1= 110圆管规格dw×So=89×4，圆管材料为：0Cr18Ni9Ti σs= 206MPa。
（1）工艺计算：Rx=Ro/dw=555/89=6.24>5.5，Sx=So/dw=4/89=0.0449<0.05，按照表1的参数界定，实施圆管内充液压螺旋弯制【4】。
（2）模具设计与制造：按照图1的结构，模具筒体外径fm =fo - dw -?dw = 2×555- 89- 2= 1019，筒体总高Hm = Ho + 4dw = 550+ 4×89= 906，被动轮外径d2可由公式推导计算：d2=t2Xfo/t1，式中fo =1110、t1= 110、t2为梯形螺栓螺距，可由普通车床公制螺距表中选择t2= 36，将这些数据代入上述计算式d2 =36×1110/110=363.3，此为被动轮弯管槽的中心外径，在主动轮无管槽时，d2不再减少。
（3）管材检验：须具有质量保证书、且须逐根进行水压试验，试验压力P=0.8
σs= 0.8×206=164.8 MPa其余略。
（4）接管与焊缝检验：一般接管数为3根一组，接管采用氩弧焊焊接、焊缝100﹪RT，JB/T4730-2005，Ⅱ级合格。焊缝100﹪PT，JB/T4730-2005，Ⅰ级合格。
（5）模具安装与弯制：这种模具安装在大弯管机上，其转速为n=3/5转/分。主转轮输出力矩很大。直管两端密闭，排气后管内增水压至P= 20MPa，然后固定好直管、开机弯制圆管柱面螺旋盘管。弯制工作正常，被动轮与主动轮配合很好，盘管螺距按被动轮设计螺距的相应比例关系而顺利成形。盘管与主动轮外径表面贴合较好。
（6）成品检验与上夹板：经检测盘管无明显扁凹缺陷，总高Ho=555-2、N=5、螺距 t1=110-0.4，在检测合格后上好定形夹板，在两管端部各焊接一个防周向滑动钢质扣。
（7）带应力拆卸、搬运与吊装。
3.圆管平面方形盘管
这种盘管有两种，一种是R1=R2，另一种R1 3.1工艺计算
考察盘管的弯矩、空心或充液压弯制，均以平面盘管的最小盘曲半径R1 作为工艺计算的几何参数；
3.2模具设计与制造
主要基本工装——开了槽的弯模、夹模和压模组成弯管必须的主要工装见（图8）。弯模防止管件变形并帮助形成指定的弯曲半径。夹模在弯曲过程中固定管件位置。压模将管子送入弯模。
3.3接管与焊缝检验
圆管平面方形盘管结构特殊，弯管前可不进行拼焊，一般是一根弯完，然后接着尺寸接着从另一根继续弯。
1）弯模，2）被动轮压模，3）夹模，4）盘管
3.4模具安装与弯制
按（图7，8）所示将模具各零件安装调试完毕，在固定完直管后即可开机弯制盘管。
3.5成品檢验与上夹板
按图样要求检验盘管的外观、几何尺寸、无任何凹陷及毛刺等影响盘管使用的缺陷，然后根据图样拼接上夹板进行RT 无损检测的工艺。
3.6带应力拆卸、搬运、吊装或热处理
工程实例：90MM顶推型小半径弯管机N27Y-90XR
这种弯管设备控制回弹的能力很好，加上方盘管的特殊形状，弯制后组对到图样要求，偏差非常小可完全达到图样要求。
参考文献：
[1]徐灏. 机械设计手册[M] . 机械工业出版社，1991.
[2]吴永彪.在普通弯管机上制作螺旋盘管[J]。工艺装备 2000（38）
[3]陈少治.盘管制造的新工艺与工装（二）[J]。压力容器 2002（9）27-30
[4]郑修麟. 材料的力学性能[M] . 西北工业大学出版社，2000.
关键词：圆管盘管；半管盘管；方盘管；工装
盘管是石油化工压力容器重要的零部件，它的种类繁多、结构形状复杂，弯制工艺工装五花八门，下面就平面盘管、柱面螺旋盘管和平面方盘管的弯制工艺与工装分别做介绍。用一个变径弯模工装加几圈木块垫模块就可以弯制出各类平面盘管，还可进一步转变成曲面盘管，使各类平面盘管或曲面盘管的弯制成形变得容易；大弯管机尤其是特大直径圆盘的法兰机是弯制大型盘管的最好设备与装置。
1.圆管平面盘管
这种盘管分单管间隙式盘管和多管密排式盘管。我们单位主要是单管间隙式盘管，其结构形状如（图1）所示，圆管平面盘管的材料有20钢和不锈钢两种。采用（图2）所示单管平面盘管弯制模和（图3）所示的夹板，就可以实施单管间隙式盘管的定间隙弯制和带应力拆卸、搬运、吊装或热处理等；
1）被动轮压模，2）变径弯模工装，3）木块，4）夹板槽
其中被动轮压模1的r与盘管的直径有关，变径弯模工装2的尺寸与盘管弯曲最小半径有关，是弯制盘管的关键工装；木块3的大小与盘管管间隙L有关。回弹控制这在选择弯模时就要考虑，术语“回弹”是指加工成型后金属的回复原形趋向。根据弯曲半径的不同，回弹会使管子回复2到10度，也可能增加管子的弯曲半径。弯曲半径越小，回弹越小。盘管在弯管机上成型直接安装固定夹板能有效控制回弹。
1.1工艺计算
管子可能发生扭曲或皱折，这可能是因为材料硬，不向弯曲内径收缩。不能收缩的管材，向管子中心线内凹。（如材料不是太硬）这种情况可设置工装来改进。考察盘管的弯矩、空心或充液压弯制，均以平面盘管的最小盘曲半径R1作为工艺计算的几何参数；首先应按照（表1）的参数确定该盘管是空心弯制还是充液压弯制。液压弯制的管内压力Pi 按管材非塑变液压公式计算，控制管内液压Pi≤Ps。如是在（表1）的范围以内，管子有皱折可以使用插入式芯棒，灌砂。
符号说明：Rx=Ro/dw、Sx= So/dw，Ps为管材开始塑变液压，MPa；dw 为管外径，mm；So为管壁原始厚度，mm；Ro为圆面弯管半径，mm。
1.2模具设计与制造[1]：
1）夹板螺栓，2）上夹板，3）下夹板，4）中间夹板，5）夹块
夹板的类型大致有两种如（图3），L为盘管管间距，其中夹板缺口大小由盘管直径决定。双片夹板可使成品盘管实现带应力拆卸、搬运、热处理与吊装；单片夹板点焊固定盘管，不仅具有前述夹板全部功能，而且还可以拆分双弯成形的半管平面盘管，使平面盘管逐圈转变为曲面盘管的功用。
1.3接管与焊缝检验
圆管平面盘管展开后相当长、直管用量大.因此弯管前先要拼焊直管，一般是2～3根直管拼焊为一组，然后是一边弯、一边再一组接一组的拼焊，再进行RT无损检测的工艺。
1.4模具安装与弯制
按（图2）所示将模具各零件安装调试完毕，在固定完直管后即可开机连续定距弯制平面盘管。中间除了要停机接管外，可以一直弯制到图面尺寸大小，弯制中要注意在过渡段随时调配主动圆盘与被动轮夹模的圆心距。
1.5成品检验与上夹板
按图样要求检验盘管的外观、几何尺寸、无任何凹陷及毛刺等影响盘管使用的缺陷，然后上夹板固定.在盘管始末两管端各焊接一个防止盘管周向滑动的扣，以免盘管松动变形。
1.6带应力拆卸、搬运、吊装或热处理。
工程实例：弯管机圆盘最大直径Φ4950
根据工艺计算两种盘管均可空心弯制，按照上述步骤完成弯制后，回弹控制在Φ2190～Φ2195，Φ1765～Φ1770之间满足设备安装要求。
2.圆管螺旋盘管【2】
1）固定支柱，2）被动轮压模，3）盘管
1）圆筒工装，2）盘管，3）木块，4）被动轮压模工装，5）固定工装
考虑到现场生产设备的限制，有两种盘制方法：一种如（图4）主要设备是中频机顶推的方式，实用于管直径较大，弯曲直径较小的盘管。另一种如（图5）主要设备是弯管机旋转的方式，根据弯管机的功率用于直径较小，弯曲直径较大的盘管。采用（图5）所示的柱面螺旋盘管弯制模可以实施柱面盘管的机械化自动定螺距弯制和整体带应力拆卸、搬运、吊装及热处理工艺。与前一种的盘管弯制工艺相比较，可以省去弯后定螺距、校圆修正、控制回弹等工序。弯管快捷有效，可实现流水作业。这种圆管柱面螺旋盘管的弯制工艺过程是：工艺计算→模具设计与制造→管材检验→接管与焊缝检验→模具安装与弯制→成品检验与上夹板→带应力拆卸、搬运、热处理、吊装等【3】.
2.1工艺计算
首先应按照表1 的参数确定该盘管是空心弯制还是充液压弯制。
2.2模具设计与制造
（图1）中件号1为模具筒体，其外径fm按公式计算。
fm= fo- dw- ?dw 式中：?dw= 1. 0～ 2. 0mm，fo= 2Ro模具筒体设计四道纵向方槽是为拆卸成品盘管时上夹板用的，槽的几何尺寸按照夹板的具體尺寸适当放大。
2.3管材检验
按GB150和GB151等有关无缝钢管的标准进行。
2.4接管与其焊缝检验
弯制盘管之前须将几根直管预先进行拼接，并对拼接焊缝无损检测。焊缝100﹪RT，JB/T4730-2005，Ⅱ级合格。焊缝100﹪PT，JB/T4730-2005，Ⅰ级合格。
2.5模具安装与弯制 本模具可安装于大型弯管机，并调试好被动轮装置，然后装夹好直管，开机弯制盘管。直管长度不够长时可停機继续拼接直管，并对拼缝进100%RT 无损检测合格后再开机弯制盘管，直到盘管弯制完毕。柱面螺旋盘管弯制模中的被动轮螺旋自动定螺距机构实现了柱面螺旋盘管的全自动弯制成形。
2.6成品检验与上夹板
在弯管机上对盘管的外观、总高H、总圈数N及螺距t1等几何参数按图逐项进行检验合格，然后对盘管装配好夹板，并在两管端各焊接一个防周向滑动的金属扣，但应尽量避免损伤盘管的工作部分。
2.7带应力拆卸、搬运与吊装
盘管的夹板安装好后，可松开被动轮装置、带应力拆卸、搬运成品盘管，交库待装或热处理。
工程实例：
盘管管间距110，圈数5
圆管柱面螺旋盘管fo= 2Ro= 2×555= 1110，总高度Ho = 550，总圈数N = 5，螺距t1= 110圆管规格dw×So=89×4，圆管材料为：0Cr18Ni9Ti σs= 206MPa。
（1）工艺计算：Rx=Ro/dw=555/89=6.24>5.5，Sx=So/dw=4/89=0.0449<0.05，按照表1的参数界定，实施圆管内充液压螺旋弯制【4】。
（2）模具设计与制造：按照图1的结构，模具筒体外径fm =fo - dw -?dw = 2×555- 89- 2= 1019，筒体总高Hm = Ho + 4dw = 550+ 4×89= 906，被动轮外径d2可由公式推导计算：d2=t2Xfo/t1，式中fo =1110、t1= 110、t2为梯形螺栓螺距，可由普通车床公制螺距表中选择t2= 36，将这些数据代入上述计算式d2 =36×1110/110=363.3，此为被动轮弯管槽的中心外径，在主动轮无管槽时，d2不再减少。
（3）管材检验：须具有质量保证书、且须逐根进行水压试验，试验压力P=0.8
σs= 0.8×206=164.8 MPa其余略。
（4）接管与焊缝检验：一般接管数为3根一组，接管采用氩弧焊焊接、焊缝100﹪RT，JB/T4730-2005，Ⅱ级合格。焊缝100﹪PT，JB/T4730-2005，Ⅰ级合格。
（5）模具安装与弯制：这种模具安装在大弯管机上，其转速为n=3/5转/分。主转轮输出力矩很大。直管两端密闭，排气后管内增水压至P= 20MPa，然后固定好直管、开机弯制圆管柱面螺旋盘管。弯制工作正常，被动轮与主动轮配合很好，盘管螺距按被动轮设计螺距的相应比例关系而顺利成形。盘管与主动轮外径表面贴合较好。
（6）成品检验与上夹板：经检测盘管无明显扁凹缺陷，总高Ho=555-2、N=5、螺距 t1=110-0.4，在检测合格后上好定形夹板，在两管端部各焊接一个防周向滑动钢质扣。
（7）带应力拆卸、搬运与吊装。
3.圆管平面方形盘管
这种盘管有两种，一种是R1=R2，另一种R1
考察盘管的弯矩、空心或充液压弯制，均以平面盘管的最小盘曲半径R1 作为工艺计算的几何参数；
3.2模具设计与制造
主要基本工装——开了槽的弯模、夹模和压模组成弯管必须的主要工装见（图8）。弯模防止管件变形并帮助形成指定的弯曲半径。夹模在弯曲过程中固定管件位置。压模将管子送入弯模。
3.3接管与焊缝检验
圆管平面方形盘管结构特殊，弯管前可不进行拼焊，一般是一根弯完，然后接着尺寸接着从另一根继续弯。
1）弯模，2）被动轮压模，3）夹模，4）盘管
3.4模具安装与弯制
按（图7，8）所示将模具各零件安装调试完毕，在固定完直管后即可开机弯制盘管。
3.5成品檢验与上夹板
按图样要求检验盘管的外观、几何尺寸、无任何凹陷及毛刺等影响盘管使用的缺陷，然后根据图样拼接上夹板进行RT 无损检测的工艺。
3.6带应力拆卸、搬运、吊装或热处理
工程实例：90MM顶推型小半径弯管机N27Y-90XR
这种弯管设备控制回弹的能力很好，加上方盘管的特殊形状，弯制后组对到图样要求，偏差非常小可完全达到图样要求。
参考文献：
[1]徐灏. 机械设计手册[M] . 机械工业出版社，1991.
[2]吴永彪.在普通弯管机上制作螺旋盘管[J]。工艺装备 2000（38）
[3]陈少治.盘管制造的新工艺与工装（二）[J]。压力容器 2002（9）27-30
[4]郑修麟. 材料的力学性能[M] . 西北工业大学出版社，2000.