第6章　三通及四通

6.1　概述

三通（tee）、四通是流体输送管道中必不可少的重要组成部件，主要用于管道清扫、刮脂、通球等的出入口以及管道支线分流、汇流部位。

三通、四通采用的原材料包括金属管和金属板。三通按加工方式分为轴向冷挤压、钢板（或钢管）制径向热压；按端口直径分为等径三通和异径三通；按焊缝有无分为无缝三通和焊接三通。表1-6-1为常用三通成形方法。

三通或四通的基本尺寸应符合GB/T 12459《钢制对焊无缝管件》、GB/T 13401《钢板制对焊管件》、SY/T 0609《优质钢制对焊管件规范》、SY/T 0510《钢制对焊管件规范》的要求；结构强度补强设计及其他尺寸计算应遵循GB 50251《输气管道工程设计规范》、GB 50253《输油管道工程设计规范》、ASMEB31.8《输气和配气管道系统》等设计规范。

6.2　轴向挤压三通

轴向挤压三通是利用金属材料良好的塑性变形能力，在轴向外力和流体内压力的共同作用下使金属向模具开孔处流动，而形成三通所需要的凸起形状。

中小管径三通件液压胀形工作原理如图1-6-1所示，先将计算好的管坯料置于带有半圆弧的下模4上，然后将带有另一半圆弧的上模压紧，再使两端运行方向相反的同步压紧轴2压紧钢管端部，如图1-6-1（a）所示，随后由压紧轴中心孔通入高压液体，钢管在高压液体和轴向压缩的联合作用下迫使钢管金属向下模开孔处流动，最终胀出三通半成品，如图1-6-1（b）所示，再经管端切口、热处理、机械坡口、探伤、检验即得成品。

轴向挤压变形是利用缩短钢管轴向长度来保证三通凸台的成形，因此成形后的三通壁厚变化不大，有时可以增厚。

轴向挤压三通由于采用冷挤压胀形成形，挤压胀形时应充分考虑材料的失稳和破裂，在选用合适规格的前提下，还应考虑高压液体的压力与同步压紧轴的移动速度、压力之间合理的工艺参数。

轴向挤压三通一般为中小管径的无缝三通，材质一般为黄铜、紫铜及不锈钢等塑性变形能力好、屈服强度值低的材料。

轴向挤压三通由于采用室温成形，其内外表面光滑，无氧化皮；材料利用率高。采用专用的成套挤压设备，工序简单，生产效率高，适用于大批量生产。

6.3　径向热挤压三通

大口径三通及四通是长输油气管道中重要的压力管道元件之一，用于大口径、高压管道的分流、汇流、通球及为管道清扫提供场所。

6.3.1　径向热挤压三通的基本原理

由于大口径、高压管道使用的三通口径大、强度高、管壁厚，很难在室温下冷挤压变形，采用高温时金属变形抗力较小，并充分利用热金属在径向压力下容易向支口形成方向（即正压力方向）流动的特点，而采用径向热挤压成形。三通径向热挤压成形工艺过程：以钢管为原料（或用钢板卷制成管短节），经过炉内高温加热，大型机械手挑至大型压力机，进行压扁，再进入炉内加热，从炉内挑出后局部水冷却，转至压力机上的模具中进行径向压制，迫使高温部分金属在径向压力的作用下流向模具的支口而形成凸台（一般经过多次压制），然后进行凸台切口，应用拉拔模拉拔成支口，再经热处理、坡口、检测检验等工序最终成为符合外观尺寸和力学性能要求的三通。

6.3.2　径向热挤压三通的特点

径向热挤压三通采用径向下压力迫使筒节的金属沿径向向支口方向流动，进而挤压模具孔处的金属向孔内凸起，形成凸台，其金属流动方向如图1-6-2中黑色箭头所示，由于采用径向压缩，要求其管节坯料的直径大于成品的直径；为了使径向金属流向凸台而其他部位不发生太大的变形，压制凸台时只使凸台侧一定高度内（图中红色区域）保留压制所需的高温度，如图1-6-2所示，当压制时高温区域的金属会向模具孔和模具的外边缘流动。图1-6-3是压制后的三通半成品，由图可知：压制时，金属向凸台和肩部外边缘流动，流动量的多少和模具孔的直径、孔处的半径、加热温度、材料自身特性有关。压制完成后的半成品，经测量其肩部的壁厚会增加，最大可增厚20％左右。

压制成形的凸台需经过扩径工序，使凸台扩变为所要求的支口，该工序的特点是使加热的金属向径向流动扩展，保证支口壁厚、外径达到要求尺寸。

6.3.3　径向热挤压三通用设备及模具

径向热挤压三通用设备包括：原料切割机、卷板机、自动焊接机、坯料加热炉、锻压操作机、大型压力机、压扁模、三通上下模、拉拔模、管端切割机、管端坡口机等，当需要热处理时，还需热处理加热炉、淬火槽、冷却水循环及冷却设备、回火炉等。

在上述设备中，只有卷板机、自动焊接机、压扁模、三通上下模、拉拔模不同于钢板压制弯头用设备，其他与前述相同。

由于径向热挤压三通使用的筒体大都为非标准钢管，其直径和壁厚与标准钢管相差很大，这就需要按要求卷制筒体，卷板机的作用就是把要求厚度的钢板卷制成要求直径的筒节。现在的卷板机大都是三辊液压式卷板机。

自动焊接机用于对筒节直焊缝的自动焊接。

压扁模用于对加热后的筒节进行压扁，分上、下模，筒节的压扁量与三通的直径、压制凸台的直径和各制造商的工艺有关。

三通上、下模用于凸台的压制成形，是径向热挤压三通的核心部件，在压力机的作用下，通过上、下模的多次合模压制，筒节就会变成如图1-6-3所示的半成品。模具一般用铸钢铸造，通过热处理后，再经过机械加工制成，最后经过反复磨削修理而成。筒节直径不同，上、下模尺寸不同，凸台直径不同，带开孔的模具尺寸不同。同时三通上、下模也是拉拔工序必不可少的模具。

拉拔模是把凸台变成等径支口所必需的模具，加热后的凸台部分在拉拔模拉拔力的作用下，扩径为等直径支口。拉拔模的结构形状如图1-6-4所示，具体尺寸随支口外径、壁厚的不同而变化。

6.3.4　径向热挤压三通制造工艺

（1）径向热挤压三通的工艺流程（见图1-6-5）

（2）原材料检验及验收　按照热压三通规格及技术要求确定钢板或钢管。钢板或钢管的厚度、规格及理化性能根据需要直接定制，进厂后按照验收程序，检验合格后投入生产线。

（3）下料　采用等离子数控切割机将钢板或钢管按需要尺寸和形状切割下料，得到热压三通坯料。

（4）卷板、焊接　将切割好的钢板送入卷板机，卷成筒状，再运用自动焊机将接缝处焊接成筒节（若热压三通采用钢管制作可进入加热压扁工序）。

（5）焊缝探伤　运用X射线对筒节焊接处进行无损检测。

（6）加热压扁　探伤合格后进入热压三通加工的第一道工序——加热压扁。用操作机将筒节送进热处理炉加热至规定温度并保温，再送入压力机的压扁模具上按技术要求的压下量进行压扁。

（7）加热　将压扁后的筒节再次送回热处理炉加热至工艺要求温度，并保温至工艺要求时间。

（8）压制凸台　在加热的同时，压力机更换热压三通模具，三通模具分为上模座、下模座、模芯，待筒节加热后放入压力机，压制凸台，合模以后筒节呈圆柱状，多余的金属沿热压三通内模释放挤入底孔，形成鼓包凸台，分数次完成凸台压制工序。

（9）开孔及拔孔　凸台压制完成后，在凸台顶端开一椭圆形工艺孔，然后将毛坯件放入加热炉再次加热并保温，加热到规定温度并达到保温时间后出炉，利用拉拔模一次或多次在压力机上完成拔口工序，直至热压三通成形。

（10）管口整形　利用整形胎具对成形的热压三通毛坯管口进行整形，使其管口尺寸符合技术条件要求。

（11）管端切割　使用切割工具对热压三通毛坯各管口按图纸要求切割，去掉毛坯余量。

（12）热处理　为了恢复和改善材料的力学性能，将毛坯件放入加热炉进行热处理，使热压三通达到技术条件要求的理化性能指标。

（13）检验及标识　热处理后还需要进行除锈、无损探伤、坡口磁粉探伤、防腐、尺寸及外观检验，包装标识。