异径管（变径，大小头）

保温管科技

异径管又称大小头是化工管件之一，用于两种不同管径的连接。

又分为同心大小头和偏心大小头。

1.异径管

异径管也叫大小头，用来连接不同尺寸的管子；

一般它分为同心异径管和偏心异径管两种，当异径管立起来后两端口的投影是同心圆时，它就叫同心异径管，而偏心异径管的投影是小圆内切于外圆。

2.材质

异径管材质包括不锈钢异径管(304、304l、316、316l)，合金钢，异径管碳钢大小头，异径管20#钢、Q235、Q345等。

3.标准

异径管标准：

国标美标英标以及各种非标高压冲压。

电力部标准GD0506~0507

压力容器配套的法兰、管板相应标准：JB/T4700~4707-2000

执行国家标准（GB/T9112-2000），

机械部标准（JB81-59，JB/T74-94），

石化部标准（SH3406-96），

化工部标准（HG5010-58，HG20592-97）等等。

出口锻钢法兰材质符合美国的ASTM.A105标准。

4.制作方法

异径管的圆度不应大于相应端外径的1%，且允许偏差为±3mm。

异径管的材质执行SY/T5037、GB/T9711、GB/T8163、美标ASTM A106/A53 GRB，API 5L、APT5CT、ASTM A105、ASTM A234、ASTM A106、DIN德国标准及客户要求标准。

异径管(大小头)是用于管道变径处的一种管件。

通常采用的成形工艺为缩径压制、扩径压制或缩径加扩径压制，对某些规格的异径管也可采用冲压成形。

缩径/扩径成形

异径管的缩径成形工艺是将与异径管大端直径相等的管坯放入成形模中，通过沿管坯轴向方向的压制，使金属沿模腔运动并收缩成形。

根据异径管变径的大小，分为一次压制成形或多次压制成形。

下图为同心异径管的缩径成形示意图。

同心异径管的缩径成形示意图同心异径管的缩径成形示意图。

扩径成形是采用小于异径管大端直径的管坯，用内冲模沿管坯内径扩径成形。

扩径工艺主要解决变径偏大的异径管不易通过缩径成形的情况，有时根据材料和产品成形需要，将扩径与缩径的方法合并使用。

在缩径或扩径变形压制过程中，根据不同材料和变径情况，

确定采用冷压或热压。

通常情况下，尽量采用冷压，但对多次变径而引起严重的加工硬化的情况、壁厚偏厚的情况或合金钢的材料宜采用热压。

冲压成形

除使用钢管为原料生产异径管外，对部分规格的异径管还可用钢板采用冲压成形工艺进行生产。拉伸所使用的冲模形状参照异径管内表面尺寸设计，用冲模将下料后的钢板冲压拉伸成形。

5.应力分析

异径管在受压管道系统中是常见的重要部件，但对异径管问题的研究基本还是空白。

通过理论分析对内压以及面内弯矩、扭矩作用下同心异径管、偏心异径管、异径弯管的应力进行了研究，通过有限元数值分析和实验进行了验证。

主要工作有:

1.推导了内压作用下异径弯管的环向应力公式和经向应力公式。在相应的结构参数条件下，异径弯管的环向应力公式可以转化为同心异径管、偏心异径管、或等径弯管的环向应力公式。在此基础上推导了异径管的极限压力式。异径管的极限内压由其大端截面控制。

2.推导了异径管的极限弯矩公式，异径管的极限弯矩由其小端截面控制。同心异径管、偏心异径管极限弯矩均相当于与小端口截面尺寸相同的直管的极限弯矩。异径弯管极限弯矩由与小端面尺寸相同的同心异径管、偏心异径管的极限弯矩作为基础项，再乘以弯矩系数。根据异径弯管弯曲系数的大小分为四个区间，弯矩系数分别按相应区间的回归式计算。

3.推导了异径管的极限扭限公式，异径管的极限扭矩均由其小端截面控制，相当于与小端口截面尺寸相同的直管的极限扭矩公式作为基础项,再乘以系数。同心异径管极限扭矩相对要比偏心异径管的极限扭矩略大一点，异径弯管大端面截面承受扭矩时的极限扭矩相对要比小端面截面承受扭矩时的极限扭矩小。在异径弯管承受端面扭矩作用上，还提出了一端的扭矩无法完全传递到另一端的概念，扭矩在传递中会逐渐转化为弯矩。90°弯管一个端面的弯矩既可由另一个端面的扭矩转化而来。

4.提出了同心异径管、偏心异径管和异径弯管的有限元模型建模法。

总结出应力分布或变形的特征:

(1)内压作用下同心异径管大小端的面积压力差产生的弯矩引起大端相对张开、小端相对收缩的现象;

(2)内压作用下偏心异径管偏心侧大端内表面及偏心侧中部外表面的环向应力最大。

5.上述理论成果经过了有限元数值分析和实验验证。实验还表明，内压作用下环壳的弯曲半径和管截面半径均增大，而管壁厚变化很小。