Трубогибы и трубогибочные станки для холодной гибки труб

Станки для гибки обкаткой

Для гибки труб диаметром до 150 мм со значительной толщиной стенки и сравнительно большом радиусе гиба применяется гибка обкаткой.
При данном способе вокруг неподвижного гибочного ролика двигается обкатывающий прижимной ролик (фиг. 11, а), прижимающий трубу непосредственно или с помощью ползуна (фиг. 11, б).
Размер ручья гибочного ролика, обкатывающего ролика или ползуна должен соответствовать наружному диаметру изгибаемой трубы.

Фиг.11. Гибка обкаткой.

Влияние на качество гиба оказывает выбор расстояния между обкатывающим роликом и трубой. Если расстояние мало, то или нельзя гнуть трубу (необходимо плечо для создания изгибающего момента) или труба в гибе в большой степени овализуется. При слишком большом зазоре между обкатывающим роликом и трубой, особенно при гибке тонкостенных труб, поперечное сечение в гибе приобретает неодинаковое сечение по всему изогнутому участку.
Зазор между обкатывающим роликом и трубой определяется опытным путем, приближенно: 6,35 мм при гибке труб диаметром до 50 мм; 6,35-12,7 мм для труб диаметром 50-100 мм и, наконец, 12,7 мм - для труб диаметром 100 мм и больше.
Для повышения производительности применяют многоручьевые гибочные ролики, при помощи которых можно гнуть на один и тот же радиус одновременно несколько труб. На этих станках устанавливают также гибочные ролики, которые позволяют за одну установку оснастки получить 2-3 различных радиуса гиба.
Гибка с обкаткой осуществляется в зависимости от потребной производительности на станках с ручным или механическим приводом.
На фиг. 12 показан ручной рычажный трубогиб, предназначенный для гибки водогазопроводных стальных труб диаметром 1/2" 3/4" и 1" в холодном состоянии без наполнителя.

Фиг. 12. Ручной рычажный трубогиб

Станок состоит из следующих основных частей: подставки, гибочного ролика, вилки с обкатывающим роликом и скобы для закрепления трубы.
Подставка станка крепится четырьмя болтами диаметром 16 мм.к верстаку или другому основанию. Гибочные ролики и вилка с обкатывающим роликом крепятся на специальной оси так, что в зависимости от диаметра изгибаемых труб они могут меняться.

При вращении вилки на оси обкатывающий ролик огибает трубу вокруг гибочного ролика на угол гиба, который может быть равен 180°.
В комплект станка входят два гибочных ролика и два обкатывающих ролика:
для труб диаметром 1/2" и 3/4"- гибочный ролик соответственно радиусом 80 и 95 мм и прижимной ролик диаметром 98 и 52 мм;
для труб диаметром 3/4" и 1" - гибочный ролик радиусом соответственно 138 и 135 мм и прижимной ролик диаметром соответственно 76 и 70 мм.

На станке весом 30 кг можно гнуть трубы с радиусами гиба, приведенными в табл. 3.

Таблица 3

Способ гибки проталкиванием

Известны станки для труб из нержавеющей стали диаметром от 3/16" до 3/8", у которых гибка производится путем проталкивания трубы через две матрицы - подвижную и неподвижную (фиг. 1, к). Величина взаимного смещения матриц определяет кривизну.
Перемещение матрицы вверх и вниз, влево и вправо осуществляется при помощи пневматического привода, управляемого через копиры, так что перемещение матрицы синхронизировано с перемещением заготовки. Соответствующим выбором профиля копиров получают различный радиус гиба трубы.
Усилие проталкивания трубы сообщается кареткой, которая перемещается вдоль станка при помощи ходового винта. Во избежание потери устойчивости от продольного сжатия трубы при ее проталкивании через матрицу вдоль трубы устанавливаются люнеты, которые по мере приближения к ним каретки освобождают: трубу и отодвигаются при помощи кулачка для прохода каретки.
На данном станке на одной трубе можно сделать до 20 гибов.
Для гибки трубы в разных плоскостях она зажимается с торца патроном и при необходимости изменения плоскости гиба этот патрон поворачивается в очередную плоскость гиба.

Подготовка труб к гибке и термическая обработка гнутых труб

Поверхность трубы до гибки должна быть очищена снаружи и изнутри от окалины и ржавчины. На наружной и внутренней поверхностях трубы не должно быть плен, закатов, трещин и рванин. Незначительные дефекты на поверхности, обусловленные способом изготовления труб, а также следы зачистки дефектов допускаются, если они не выводят толщину стенки за пределы установленного допуска.
Трубы перед гибкой на станке протираются. Для уменьшения трения между калибрующей пробкой и трубой внутренняя поверхность трубы после протирки смазывается машинным маслом: Л С, СУ ГОСТ 1707-51 или маслом 45В (машинное СВ) ГОСТ 2854-51.
Можно также применять водосливаемые смазки в виде раствора 40% хозяйственного мыла 100 г и воды 1000 г или 100 г зеленого мыла и 1000 г воды.
Химическое обезжиривание труб производится путем погружения их в ванну с раствором следующего состава (в г/л):
Тринатрий фосфор....100
Жидкое стекло.......10
Химическое обезжиривание производится при температуре 70-80° до полного удаления жировых и масляных веществ с внутренней и наружной поверхностей трубы (длительность обезжиривания не менее 2 ч). При применении водосмываемой смазки химическое обезжиривание не производится.
Водосмываемая смазка удаляется с внутренней поверхности трубы после холодной гибки путем промывки внутренней полости водой (со слабым протоком) в течение 15 мин. После промывки трубы тщательно продуваются сжатым воздухом (желательно нагретым) до полного удаления влаги.
После химического обезжиривания водой промывается внутренняя поверхность труб до полного удаления остатков щелочного: раствора. Одновременно водой промывается наружная поверхность трубы.
Степень чистоты внутренних поверхностей труб устанавливается с помощью лакмусовой бумажки, смоченной в промывной воде. Очистка труб заканчивается после того, как красная лакмусовая бумажка, смоченная в промывной воде, перестанет менять свой цвет.
Трубы, предназначенные для холодной гибки, рекомендуемся предварительно подвергнуть отжигу (в том случае, если отжиг не был произведен на заводе-изготовителе). Стальные трубы должны заказываться отожженными, латунные с поставкой в полутвердом состоянии.
Отжиг стальных и латунных труб производится в отжигательных печах, дюралюминиевые трубы подвергаются термической обработке в селитровых ваннах.
При отсутствии отжигательных печей допускается отжиг мест гибов в горнах или форсунками с обязательным контролем режимов.
Дюралюминиевые трубы следует гнуть не позже чем через четыре часа после термической обработки.
При холодной гибки труб на малые радиусы гиба со стороны сжатых и растянутых волокон металла получается значительный наклеп, повышающий пределы текучести и прочности. В металле возникают остаточные внутренние напряжения, которые в процессе эксплуатации при определенных условиях (переменные тепловые и механические напряжения) могут привести к образованию трещин. Поэтому в зависимости от назначения трубопровода, марки стали и пластических деформаций после гибки в ряде случаев производят термическую обработку труб.
Для труб из углеродистой и малолегированной стали термическая обработка после гибки не требуется, а трубы из сталей типа ЭИ-257 после холодной гибки с малыми радиусами гибов должны быть подвергнуты термической обработке.
Для котлоагрегатов режимы термической обработки гнутых груб из хромомолибденовой и хромомолибденовованадиевой стали при толщине стенки свыше 10 мм, из углеродистой стали при толщине стенки свыше 35 мм и при меньшей толщине приведены и табл. 5.

Таблица 5

Режим термической обработки гнутых труб котлоагрегатов, работающих при температуре до 570°

Марка стали	Нагрев до температуры в град. С	Выдержка	Охлаждение до температуры в град С
при температуре в град. С	в часах
12МХ 15ХМ	690-710	690-710	2-3
12МХФ 12ХМФ	740-760	740-760	2-3
	650-670	650-670	2-3

Термическая обработка может производиться в камерных печах или в печах с выдвижным поддоном.
Загрузка труб в камерную печь производится на лист в 1-2 ряда. Перед загрузкой труб на термическую обработку (в печь с выдвижным поддоном) выравнивается поддон печи, на котором устанавливаются подставки, высотой 300-400 мм на расстоянии 600-700 мм одна от другой.
Для равномерного прогрева труб укладку производят с пространственными промежутками в 150-200 мм, создавая возможность смывания горячими газами по всей высоте загрузки.
Загрузка труб на выдвижной поддон печи может быть произведена на высоте 4-5 рядов, но не более 1,5 м. При этом выдерживают расстояние от стенок печи до труб не менее 400 мм. При загрузке труб с пространственными гибами во избежание деформации (поводки) от нагрева труб больших диаметров и толщин стенок, по возможности, загружают на нижние ряды садки.
Короткие концы труб располагают вверх так, чтобы избежать прогибов от собственного веса.
Во избежание образования окалины на внутренней поверхности, торцы труб закрывают металлическими колпачками, пробками или огнеупорным кирпичом, который обмазывают огнеупорной глиной. Трубы, расположенные против камер сгорания топлива (форсунок), предохраняют от смывания пламенем и образования окалины металлическими листами или другим способом, обеспечивающим нормальный нагрев изделий.
Контроль режимов термообработки гнутых труб, изготовляемых из углеродистых, легированных и высоколегированных марок сталей осуществляется с помощью сводовых термопар и контрольных, термопар. При термической обработке труб для котельных трубопроводов со сверхвысокими параметрами (сталь марки 1Х18Н12Т) трубы 76X10, 133X18, 219x27, 299X37 мм после холодной гибки подвергаются аустенизации по следующему режиму: загрузка в печь производится при температуре 800-900°С, затем температура повышается до 1050-1100°С по мощности печи. При этой температуре производится выдержка в течение одного часа, после чего труба охлаждается на воздухе. При термообработке одновременно с трубами в печь закладываются кольца-свидетели шириной 80 мм, по одному кольцу на каждую плавку или на каждую трубу.
Свидетели помещаются в середине печи непосредственно на трубах или подставках. После термообработки определяются механические свойства колец-свидетелей (предел прочности, предел текучести и удлинение продольных образцов типа гагаринских). Так, например, для труб размером 219X27 и 299X37 микроструктура и твердость определяются на каждом кольце, обработанном вместе с трубами, а для труб размером 76X10 и 133X18 мм микроструктура определяется для каждой плавки.
Факультативно определяется микроструктура металла. Проверка механических свойств производится для каждой плавки. От каждой плавки отрезается 2 образца для механических испытаний. При неудовлетворительных результатах по какому-либо виду испытаний допускаются повторные испытания на том же кольце мл удвоенном количестве образцов, взятых от того же кольца.
После термообработки трубы подвергаются опескоструиванию или травлению для снятия термической окалины.
Перепад температуры в точках измерения сводной термопары и контрольной в момент выдержки не должен превышать (в °С):
Для камерных печей.....не более 20
Для печей с выдвижным подом.....не более 50
Контроль механических свойств труб производится на образцах, взятых непосредственно от гнутых труб.

Правка изогнутых труб

Иногда возникает необходимость уменьшить овальность в гибе. И этом случае вводится дополнительная операция правки (калибровки) труб. Для правки труба закрепляется в определенном, наиболее удобном для данной изогнутой трубы месте и трос с шариками протягивается через нее. Наиболее удобно калибровку производить на протяжных станках. Правку производят составным дорном, у которого от двух до четырех шариков различного диаметра. Вначале через трубу протягивают шарик меньшего диаметра, за которым следуют остальные.
Последний шарик имеет размер, который должен соответствовать внутреннему диаметру трубы. Калибровка позволяет получить требуемый размер с точностью до 0,025 мм.

Условные обозначения

Изгиб (трубы)— деформация трубы под действием внешних сил или моментов, со­провождающаяся изменением кривизны ее геометрической оси.
Гибка (трубы) — технологический процесс получения изгиба.
Гиб — участок трубы, имеющий криволинейную форму, которая получена в результате пластического изгиба.
Внешняя или выпуклая часть гиба — часть гиба, на которой волокна пре­терпели деформацию растяжения.
Внутренняя или вогнутая часть гиба — часть гиба, на которой волокна пре­терпели деформацию сжатия.
Угол гиба — плоский угол между осями двух смежных прямолинейных участков, сопряженных между собой дугой заданного радиуса, или угол между касательными в точках начала и конца гиба (α).
Радиус гиба — измеренный по осевой линии радиус дуги, соединяющей два прямолинейных участка трубы (R мм).

Относительный радиус изгиба — отношение радиуса гиба к наружному диаметру трубы

Dн — наружный диаметр трубы.
Dв — внутренний диаметр трубы.
rн — наружный радиус трубы.
r — радиус средней линии поперечного сечения тела трубы (средний радиус).
rв — внутренний радиус трубы.
Dmax — максимальный наружный диаметр овала в гибе
Dmin — минимальный наружный диаметр овала в гибе.
δ — толщина стенки трубы.
δср —среднее относительное удлинение металла трубы на внешней части гиба.
αТ — предел текучести.
E1 — модуль упрочнения.
Е — модуль упругости.

Трубогибы и трубогибочные станки для холодной гибки труб

Трубогибы для холодной гибки труб должны создавать уси­лия для гибки труб и поддерживать трубы в рабочем положении. Во время гибки на трубогибе металл трубы в изгибаемом участке доводится до пластического состояния.
Трубогибы разделяются по способам гибки. Выбор способа гибки и трубогиба зависит от диаметра трубы, толщины стенки, материала и необходимого радиуса гиба, необходимого количе­ства гнутых труб, условий производства, имеющегося оборудова­ния, необходимой точности и качества.
Наиболее важным для осуществления качественной гибки яв­ляется правильный выбор способа гибки. Трубы до гнутья, кроме опреде­ленных допусков, как по наружному диаметру, так и по толщине стенки имеют разностенность в продольном направлении, причем разностенность зависит от способа изготовления труб. Если кромки, сваренные продольным швом, имеют разную толщину, то горячекатаные трубы имеют разностенность, вызванную техноло­гией изготовления. Однако относительная толщина стенки делает бесшовные трубы значительно более устойчивыми по сравнению со сварными трубами большого диаметра, значи­тельно более тонкостенными (по ГОСТ наименьшая относительная толщина стенки трубы размером 1300 X 10).

Все имеющиеся механизмы для холодной гибки труб на стан­ках без появления гофр на внутренней части гиба (холодная гладкая гибка) имеют различное конструктивное выполнение (фиг. 1, а— к).
Гибка труб сопровождается нежелательными для последую­щей эксплуатации явлениями. К ним относятся утонение стенки на внешней части гиба, овализация (сплющивание) поперечного се­чения в гибе, образование гофр и изломов на внутренней части гиба. Кроме того, процесс осложняется тем, что после гибки имеется пружинение (упругий отпор), при котором изменяется радиус гиба трубы. Имеет также значение место расположения гиба вдоль трубы. Если радиус гиба мал, то трубу легче гнуть ближе к ее концам и труднее в средней ее части. У согнутого конца трубы утонение стенки на наружной части гиба меньше, чем у гиба, выполненного в средней части. Поэтому в средней части радиус гиба должен быть выбран большим, чем при гибке конца трубы.

 

Фиг. 1. Способы холодной гибки труб:
а —с обкаткой; б — наматыванием; в — волочением; г — вальцовкой; д — на двух опорах; е— растяжением; ж —с внут­ренним гидростатическим давлением; и — через фильеру, имеющую криволинейную ось; к — по копирам.

 

Гибка трубы с прямой осью происходит под действием сил, пер­пендикулярных к ее оси, или под действием пары сил, приложен­ных к ее оси. В отличие от обычной теории изгиба, где продольные деформации волокон рассчитываются в предположении неизменяемости поперечного сечения изгибаемой балки, при изгибе труб не­обходимо учитывать, что возникающие напряжения приводят к из­менению формы поперечного сечения трубы, деформации стенки трубы и смещению нейтральной оси. В металле стенок труб при изгибе происходят упругие и упруго-пластические деформации, меняющие его физико-механические свойства.

Фиг. 2. Изгиб трубы

Нейтральная ось, проходящая в поперечном сечении прямой трубы через ее центр тяжести, смещается при этом в зависимости от способа гибки в сторону внутрен­ней части гиба (подобно тому, как это происходит при изгибе кривого бруса со сплошным поперечным сече­нием) или в сторону внеш­ней части гиба. Величина и направление смещения ней­тральной оси при одной и той же толщине стенок зави­сит от ряда факторов, в том числе от величины и на­правления продольных сил; смещение возрастает с уве­личением толщины стенки трубы. О величине смещения нейтраль­ного слоя при гибке труб до сих пор имеется мало данных.
При гибке прямой трубы изменение цилиндрической формы и толщин стенок происходит неравномерно по всей поверхности гиба. Наблюдается, что изменение формы поперечного сечения трубы в гибе приводит при заданном приращении кривизны оси трубы к меньшему удлинению по сравнению с удлинением, рассчи­тываемым по теории изгиба балок.
Рассмотрим простейший случай, когда под действием внеш­него изгибающего момента труба находится в условиях чистого изгиба. При чистом изгибе отсутствуют касательные напряжения, а величина изгибающего момента постоянна по длине трубы. Труба изгибается по дуге круга с радиусом гиба R. На внешней части гиба (фиг. 2) возникают растягивающие напряжения, а на внутренней части — сжимающие.
Растягивающие и сжимающие напряжения дают равнодей­ствующие силы N и N1, направленные к нейтральной оси. Эти равнодействующие вызывают напряжения поперечного сжатия и соответствующие поперечные деформации трубы. Моменты попе­речных сил вызывают изменение формы поперечного сечения (сплющивание трубы).
В результате напряжений, возникающих при изгибе, происхо­дит утонение внешней и утолщение внутренней стенок трубы. При значительном утонении наружной части гиба происходит ослабление трубы. Это утонение тем более нежелательно, что внут­ренняя стенка внешней части гиба подвергается в ряде трубо­проводов истиранию под действием движущегося по трубе про­дукта.
При гибке тонкостенных труб на малые радиусы гиба вели­чина утонения стенки трубы должна быть учтена в прочностных расчетах трубопровода. Тонкостенными называют трубы, имея в виду не толщину стенки δ, а отношение этой толщины к наружному диаметру

С расчетной точки зрения труба является тонкостенной, если

Таким образом, подавляющее большинство применяемых труб может быть отнесено к категории тонкостенных. Так, например, согласно существующим нормам расчета элементов паровых котлов на прочность, величина при­бавки С к расчетной толщине стенки трубы определяется по формуле:
С=A1(δ-C)

Коэффициент A1 принимается в зависимости от величины техно­логических допусков на толщину стенки.

Допуски на толщину стенки в %	От +15 до —15	От +20 до —10	От +25 до —5
A1	0,20	0,15	0,10

Величина прибавки С во всех случаях должна быть не менее' 0,5 мм. Определенная при помощи этой формулы и таблицы вели­чина С включает в себя компенсацию утонения стенки в гибах труб при условии, если средний радиус гиба будет не менее 3,5 Dн - для трубопроводов и не менее 2Dн — для змеевиков пароперегре­вателей и экономайзеров. При применении радиусов гибов R меньше указанных выше, величина коэффициента A1 должна быть умножена на для трубопроводов и кипятильных труб, на

для змеевиков пароперегревателей и экономайзеров.
Такой учет утонения не предусматривает способ гибки, поэтому он не отвечает действительным условиям работы трубопровода.
Вопросами действительных деформаций труб при холодной гибке занимался ряд исследователей. Так, напри­мер, Б. С. Дмитриев исследовал деформацию труб (размером 89X5 из стали 15М при радиусе гиба R = 250 мм, размером 133 X 4 и 168 X 7 из стали 10 при R = 400 и 500 мм, размером 135X5 из меди МЗС при R — 400 мм) при холодной гибке с дорном.

На основе подсчета истинных удлинений по формуле

где Lк — длина участка трубы после гибки;
L0— длина участка трубы до гибки,
построены графики истинных деформаций по углу гиба 90° (фиг. 3,а) и 180° (фиг. 3,6) для труб диаметром 89 мм, согнутых ло радиусу R= 2,8 Dн
Из фиг. 3, а и б видно, что возрастающие в начале пластические деформации затем становятся постоянными и в конце гиба падают.

1. Расположение сечения в гибе

б) Расположение сечения в гибе

Фиг. 3. Деформация стенки трубы при гнутье.

Эти деформации распространяются не только на изогнутый уча­сток трубы АБ, но имеют место также в прямолинейных участках до гиба и за ним. На внешней части гиба удлинение меньше, чем это предполагается по расчету средней величины относительного удли­нения.
Если перед началом гиба отсутствует прямой участок, т. е. когда труба крепится к гибочному шаблону непосредственно в начале гиба, то нарастание пластической деформации происходит от этого начала.

Величина угла нарастания деформации выражается зависимо­стью

При гибке труб в холодном состоянии происходит наклеп ме­талла и возникают остаточные напряжения. На внутренней части гиба возникают пластические деформации сжатия. Когда в изо­гнутом участке трубы под действием внутреннего давления начнет увеличиваться радиус гиба, в сжатых слоях будут действовать рас­тягивающие напряжения. При этом наблюдается эффект Баушинтера—металл после пластической деформации сжатия имеет по­ниженный предел текучести при растяжении. В то же время в на­ружной части гиба, где происходит растяжение стенки металла, имеется повышенный предел текучести.
Для ответственных трубопроводов, работающих под давлением, в коррозионной среде или при циклической нагрузке сравнительные испытания на образцах, вырезанных из труб, недостаточны. В этих случаях прочность изогнутого трубопровода должна проверяться прямыми испытаниями.

Экспериментальными исследованиями В. Г. Гребенкина по изучению напряженного состояния изогнутых в холодном состоя­нии труб 76X7,5 мм; 38X3,5 мм и 38X4 мм под действием внутрен­него давления установлено, что с увеличением степени овальности осевые и окружные напряжения увеличиваются. Разрушающее внутреннее давление в гибе близко или более давления, необходи­мого для разрушения прямой трубы. Прочность изогнутых участ­ков по отношению к прямым повышается с увеличением отношения

Разрушение происходило почти у всех испытанных образцов только на несогнутом прямом участке.
Работы других исследователей, проведенные над трубами, согнутыми в холодном состоянии, показывают, что разрушение по; действием внутреннего давления происходит на изогнутом участке в области, близкой к нейтральной оси гиба.
При гибке сечение трубы в зависимости от способа гибки I допусков в трубогибочном оборудовании приобретает форму овала с большей осью сечения, расположенной перпендикулярно плоскости (центровой линии) оси гиба трубы (фиг. 2). Овализация трубы в гибе сильно сказывается на напряженном состоянии. Овальность криволинейных участков трубопроводов ограничена по ГОСТ 9842-6 и не должна превышать 12,5%.
В процессе эксплуатации с повышением внутреннего давления труба в изогнутом участке стремится принять круглую форму, что создает изгибные напряжения в этом участке и изменяет опорные реакции.
Величина допускаемой овальности зависит от назначения криволинейного участка трубопровода. Когда большая ось сечения лежит в плоскости оси гиба (центральной оси) трубы, овальность уменьшает его жесткость.
Если при упругом изгибе труб происходят незначительные абсолютные приращения кривизны и коэффициент жесткости кривой трубы можно считать величиной постоянной, соответствующей начальной кривизне трубы, то при гибке труб (например, по схеме чистого изгиба) сама задача заключается в значительном изменении кривизны, поэтому по мере уменьшения радиуса гиба коэффициент уменьшения жесткости должен постепенно уменьшаться, как это вытекает из исследований Кармана по упругому изгибу труб.
При определении усилий, необходимых для гибки, величина этого коэффициента зависит от степени сплющивания трубы, которая в свою очередь зависит от конструкции и размеров устройств, под­держивающих постоянную форму поперечного сечения.
Достаточно незначительных перемещений сплющивания, чтобы вызвать существенные изменения в величине и распределении изгибных напряжений в трубе и соответственно понизить коэффи­циент изменения жесткости трубы, который при круглом поперечном сечении считаем равным единице, т. е. как у сплош­ного бруса.

Величина коэффициента сплющивания при различных ограни­чителях до настоящего времени научно не обоснована, поэтому расчет изгибающего момента ведется без учета сплющива­ния.

Фиг. 4. Диаграмма распределения нормальных напряжений в поперечном сечении трубы при изгибе

Расчет изгибающего момента для гибки тонкостенных труб. Для выбора параметров трубогибочного останка необходи­мо определять величину потреб­ного изгибающего момента в за­висимости от известных параме­тров труб (геометрические разме­ры трубы, предел текучести, мо­дуль упрочнения и радиус гиба). Если для упрочняющегося мате­риала трубы принять условную диаграмму напряжений — дефор­маций в поперечном сечении тру­бы (фиг. 4), то можно получить с достаточной для практики точ­ностью формулу для определения изгибающего момента.

Для наглядности труба на чертеже повернута так, чтобы диа­грамма распределения напряжений в ней соответствовала диа­грамме растяжения; по горизонтали откладываем расстояния во­локон металла трубы от нейтрального слоя и соответствующие им деформации, а по вертикали — нормальные напряжения в се­чении трубы.

Обозначим:

εт— деформация, соответствующая пределу текучести;
у — текущая координата точки, лежащей на средней линии поперечного сечения трубы;
УТ — координата границы пластической зоны;
МТ — изгибающий момент, соответствующий началу пластичес­кой деформации трубы;
φт— центральный угол границы упругой зоны поперечного се­чения трубы;
Из условия равновесия изгибающий момент равен моменту внутренних сил. Поэтому

Запишем ряд зависимостей: (1)
элементарная площадка сечения трубы

Если принять гипотезу плоских сечений, удлинение будет про­порционально расстоянию волокна от нейтральной линии

В зоне упругих деформаций

В зоне пластических деформаций

Подстановка этих зависимостей в формулу (1)

или после интегрирования

Где

 

Если в крайних волокнах трубы появятся пластические деформации

тогда из формулы (2) получаем (3)

Наибольшие деформации будут в наиболее отдаленной от оси трубы образующей

Так как

то

Откуда
(4)
Таким образом, по полученным формулам (4) и (2), зная механические свойства (Е, Е1,) и геометрические параметры, трубы (r, R), легко вычис­лить потребный изгибающий момент.

Очевидно, что при возник­новении пластических деформаций

 

Для упрощения вычисле­ния необходимого изгибаю­щего момента на фиг. 5 пока­заны, графики зависимости от

при различных отно­шениях модуля упрочнения Е1 к модулю упругости Е.
Для труб из сталей, имею­щих протяженную площадку текучести, как это принято, полагаем, что на диаграмме растяжения упрочнение отсутствует (E1=0).
В этом случае формула (2) принимает вид
(5)

Пригодность формулы (5) определяется условием

Фиг. 5. График для подсчета изгибаю­щего момента.

Если все сечение трубы подвергается пластическим деформа­циям φТ= 0), то по формуле (5) можно определить предельную способность трубы

Этому частному случаю соответствует нижний график

Овализация труб. Для трубопроводов высокого давления, где нагрузка пульсирующая, наблюдаются случаи появления мельчай­ших трещин, которые сопровождаются утечками продукта. Тре­щины появляются в двух участках гиба, а именно в точках Г — Г и С — С
(фиг. 2), причем в большинстве случаев в точ­ках С.
Основным фактором, ослабляющим трубу, является ее овализация. При увеличении овализации прочность трубопровода, пред­назначенного для транспортирования продукта при пульсирующей нагрузке, уменьшается.
Овальность сечения определяется по формуле (ГОСТ 9842-61)

Разрушение металла в точках С — С происходит потому, что в результате более значительных деформаций в этих местах из-за изменения радиуса кривизны и большей толщине возникают боль­шие остаточные напряжения. Когда труба находится под давле­нием, она стремится принять круглую форму, и радиус кривизны и точках С — С увеличивается, а в точках Г — Г уменьшается, что вызывает в металле напряжения того же знака, что и остаточные 'напряжения. Поэтому для снятия внутренних напряжений после гибки следует производить отжиг труб.
Если в изогнутом трубопроводе находится транспортируемый продукт, способный вызвать коррозию, то наличие значительной овальности и соответственно повышенных внутренних напряжений металла стенки трубы способствует появлению коррозионных трещин. Поэтому при разработке оборудования для гибки стре­мятся к тому, чтобы овальность в гибе была наименьшей.
Величина допускаемой овальности зависит от назначения тру­бопровода. Так, например, для котельных агрегатов разность между наибольшим Dmaxи наименьшим Dmin
наружным диаметром грубы в гибе не должна превышать значений, приведенных и табл. 1.

Таблица 1
Разность между наибольшим и наименьшим диаметром в гибе

Наружный Диаметр труб в мм	Dтах – Dminпри радиусе гиба в мм
										400 и больше
25<;/p>	2,3	----	2,0	----	1,8	----	----	1,3	----	----	1,0
	----	2,9	----	2,7	----	2,4	----	----	1,6	----	1,3
	----	----	3,5	----	3,2	----	2,9	2,7	2,2	1,6	1,5
	----	----	----	3,8	3,6	3,5	----	3,2	2,7	----	1,7
	----	----	----	----	4,3	----	4,0	----	3,3	----	1,9
	----	----	----	----	4,6	----	4,3	----	3,6	2,6	2,1
	----	----	----	----	5,0	----	4,6	----	4,0	2,9	2,3

При гибке можно приближенно определить величину овализации [1].
Малая ось овала при гибке определяется по уравнению
Dmin=Dн-a
где а — величина уменьшения диаметра трубы после гнутья в мм
(а = рk);
р — коэффициент, зависящий от материала трубы.

где k — коэффициент, зависящий от радиуса гиба, толщины стенки и диаметра трубы;
— экстраполированный предел текучести

Для АМГ коэффициент равен 3,123, для стали 20 — 2,799, а для 1Х18Н9Т — 2,535.