專利名稱：內(nèi)部增強(qiáng)的焊接管的制造技術(shù)
本發(fā)明涉及用來(lái)制造內(nèi)部增強(qiáng)的焊接的熱交換管的方法。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)板的邊緣整形來(lái)控制焊縫的流變。
在將金屬帶形成管時(shí)，是使其通過(guò)成型輥和翅件通過(guò)輥，將此帶變形成開縫的管狀而以兩相對(duì)的縱邊緊鄰。然后使此帶通過(guò)焊接站焊合這對(duì)縱邊而形成管件。
焊接之后，通常使此管通過(guò)至少一組定徑軋輥使其形成所需的直徑。用來(lái)將管變換成焊接管的方法與設(shè)備已公開于下述美國(guó)專利中Schatz等，3700158號(hào)；Yamamoto等，4697446號(hào)；Hellman，Sr.4905885號(hào)。
在許多熱交換器的應(yīng)用中，管壁是通過(guò)設(shè)置有結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)。已知有種種增強(qiáng)構(gòu)型能改進(jìn)熱交換管的性能。這類構(gòu)型包括Mclain于美國(guó)專利3861462號(hào)中公開的波紋狀的脊以及Sukumonda等于美國(guó)專利5052476號(hào)中公開的梨形溝。
焊接管制造中的問(wèn)題之一是擠突出的焊縫。從焊縫處流出有過(guò)剩的焊料，聚結(jié)于管的內(nèi)、外壁上。除去這類焊珠一般要牽涉到除掉某些基料。雖然從未增強(qiáng)的(光滑的)管壁上除去某些基料是可以接收的，但是從已增強(qiáng)的表面作這樣的除料時(shí)，就會(huì)在焊接區(qū)損傷增強(qiáng)結(jié)構(gòu)而使管子的性能降低。
在鋼管制造中用來(lái)除去焊珠的一種方法最初公開于美國(guó)專利2352306號(hào)中。這是在緊接焊接之后于焊珠還很熱時(shí)將氧氣噴嘴對(duì)向焊珠。此焊珠則燒熱而形成光滑的焊縫。美國(guó)專利4905885號(hào)中公開了一種液壓控制的焊珠減小輥和使焊珠變平的支承輥。另一種方法則是采用切削工具。
當(dāng)管壁增強(qiáng)后，先有技術(shù)的除去焊珠的方法是不適當(dāng)?shù)?。用機(jī)械平勻化的方法會(huì)損害增強(qiáng)的結(jié)果。增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)會(huì)使氧氣流偏轉(zhuǎn)而使焊珠不適當(dāng)?shù)責(zé)?。切削的結(jié)果將損壞部分增強(qiáng)構(gòu)型。
為此，本發(fā)明的目的之一在于提供不需消除焊珠的焊接管的制造方法與制造設(shè)備。本發(fā)明的特點(diǎn)之一是將一種翅狀插入件按特定的角度，在焊珠對(duì)熱交換器的效率影響最小處指向焊珠。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是形成了焊珠減小了的焊接管。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是提高了焊接穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用來(lái)從金屬帶來(lái)制造焊接管的翅狀插入件。這種翅狀插入件的第一部分具有相對(duì)于此插入件軸線的第一角，而其第二部分則具有相對(duì)于此插入件的第二角。此第二角小于第一角。
上述的目的、特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)可從下面的說(shuō)明與附圖中獲得更清楚的理解。


圖1是根據(jù)先有技術(shù)用來(lái)制造焊接管的金屬帶的等角圖。
圖2是根據(jù)先有技術(shù)在將金屬帶形成管子的初期階段所用輥對(duì)的部分橫剖圖。
圖3是根據(jù)先有技術(shù)的插入件的橫剖圖。
圖4是根據(jù)先有技術(shù)的高頻焊接輥對(duì)的橫剖圖。
圖5以橫剖圖表示翅狀插入件角為零度時(shí)的焊接管。
圖6以橫剖圖表示翅狀插入件角為12°時(shí)的焊接管。
圖7表明形成具有內(nèi)部增強(qiáng)表面的焊接管所用金屬帶的等角圖。
圖8以橫剖圖表明依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的翅狀插入件。
圖9以橫剖圖表明用圖8的翅狀插入件所實(shí)現(xiàn)的焊接。
圖10以橫剖圖表明依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的翅狀插入件。
圖11以橫剖圖表明用圖10的翅狀插入件所形成的焊珠。
圖12以等角度表明兩側(cè)增強(qiáng)了的金屬帶。
圖13是用來(lái)形成具有增強(qiáng)表面的焊接管的金屬帶的頂視平面圖。
圖14以橫剖圖表明依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的翅狀插入件。
圖15以橫剖圖表明用圖14的翅狀插入件所形成的焊珠。
圖1以等角圖表明了根據(jù)先有技術(shù)用來(lái)制造焊接管的金屬帶10。金屬帶10的寬度略大于所需管的周長(zhǎng)。金屬帶10可用任何適于焊接的金屬或合金制成。在用于熱交換目的時(shí)，這種管通常用銅基合金、鋁基合金、不銹鋼或鈦。
金屬帶10通過(guò)圖2所示和根據(jù)先有技術(shù)已知的成形輥形成弧形。此種成形輥一般包括第一成形輥12，它呈凹形，用來(lái)逐漸地確定金屬帶10應(yīng)取的外徑；第二成形輥14，它呈凸形，用來(lái)逐漸地限定金屬帶10應(yīng)取的內(nèi)徑。
用一列成形輥將金屬帶10轉(zhuǎn)變成圖3所示的，先有技術(shù)中已知的開縫管。金屬帶10的兩個(gè)縱邊18由翅件通過(guò)輥16帶到互相對(duì)準(zhǔn)和緊密鄰接。這種上部翅件通過(guò)輥16連帶著翅狀插入件20。此翅狀插入件給縱邊18整形，給這對(duì)邊形成了供焊接用的一致外觀。翅狀插入件30使金屬帶10的兩縱邊10形成所需的角“θ”。θ在傳統(tǒng)上是從0°至約15°，而典型的情形是約12°。這一角度取決于管徑與翅件(邊緣)寬度兩者。
在使金屬帶10的縱邊18整形之后，由圖4所示先有技術(shù)的焊接輥22將此兩縱邊帶到一起。用高頻感應(yīng)或電阻型加熱方式將兩縱邊18加熱到其熔化溫度。焊接輥22促致這對(duì)縱邊18相互觸合。熔融的縱邊熔合成焊縫24。過(guò)剩的熔融金屬?gòu)暮缚p擠出，并在管的內(nèi)、外壁上堆積成焊珠32、34，如圖6所示。
有一或多組定徑軋輥(未示明)可隨焊接輥運(yùn)動(dòng)，以確保這樣焊接成的管能變成所需直徑的最終圓管。
翅狀插入件的角θ影響著焊縫24。圖5表明由具有0°角的翅狀插入件所形成的焊縫。與管子的外壁26鄰接的焊縫24很結(jié)實(shí)，形成了良好的結(jié)合。與內(nèi)壁28鄰接的焊縫由于帶的縱邊在焊接輥?zhàn)饔孟虏痪哂星‘?dāng)?shù)耐庑问遣煌耆摹o(wú)焊縫區(qū)30在焊接管的內(nèi)壁上形成了凹坑。這種凹坑減弱了焊縫強(qiáng)度，會(huì)在通過(guò)管的液體中形成流體擾動(dòng)。過(guò)剩的金屬只有從形成管子外壁26上的焊珠21的焊縫處向外擠出。
當(dāng)翅狀插入件的角度約為12°時(shí)，可以得到如圖6所示的焊縫24。此焊縫24從管的外壁26到內(nèi)壁28都是一致的。從管的內(nèi)、外壁都延伸出有焊珠31、32。焊珠31用傳統(tǒng)的方法例如燒剝方法清除。焊珠32必須清除以免液體通過(guò)熱交換管時(shí)發(fā)生紊流。當(dāng)焊接管的內(nèi)表面28光滑且管子的內(nèi)徑大例如大于約8.25mm(0.325英寸)時(shí)，清除焊珠32并不困難?？捎眯据S或其它機(jī)械裝置通過(guò)管的內(nèi)孔以剔平此焊珠或通過(guò)燒剝方法將其除去。
雖然用傳統(tǒng)的方法能從具有光滑內(nèi)孔的大直徑焊接管中除去焊珠32，但當(dāng)內(nèi)壁28業(yè)已經(jīng)過(guò)增強(qiáng)處理，若不除去增強(qiáng)內(nèi)壁的一部分就難以除去此焊珠。這最好是在使管子的金屬保持完整焊接的同時(shí)，將過(guò)多的金屬引到焊管的外壁26之上，以使焊珠32的形成減至最小。
圖7以等角圖表明用來(lái)形成內(nèi)部增強(qiáng)的焊接管的金屬帶34。增強(qiáng)部36可以用銑削、燒剝、其它的精減處理或通過(guò)滾軋成形而形成。在滾軋成形中，使金屬帶通過(guò)一對(duì)輥，其中的至少一個(gè)輥構(gòu)型成能將所需的結(jié)構(gòu)壓印到此帶的表面上。圖7所示的金屬帶34具有增強(qiáng)表面38和光滑表面39。在形成管件時(shí)，金屬帶34變形成管狀形式而以增強(qiáng)表面38形成內(nèi)壁。
圖8以橫剖圖表明了依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的翅狀插入件40。翅狀插入件40使波紋狀金屬帶34的兩個(gè)邊緣42上形成分開的角。此翅狀插入件的第一部分相對(duì)于此插入件的中央軸線45構(gòu)成第一角44。
在此整個(gè)說(shuō)明書中，所有的角都是按順時(shí)針走向從中央軸線部分到相鄰的管的外壁計(jì)算的。
第一角44可取大于零的任意值。最好，第一角44是從約6°至約8°，而更好是從約10°至約15°。當(dāng)管徑約16mm(0.625英寸)時(shí)，第一角44的上述最佳值是極為有效的。此種最佳值對(duì)于其它管徑可有稍許不同。此第一角實(shí)質(zhì)上確定了帶的未增強(qiáng)的部分46的形狀。
翅狀插入件40的第二部分49形成了由此插入件40的第二部分49與中央軸線45所確定的角48。此第二角48確定了帶的增強(qiáng)部50的邊緣形狀。(由180°減去此第二角的)這一值小于第一角但等于或大于零。此第二角最好是從約175°至約180°。
第一角44確定了已增強(qiáng)的帶34的底部46的邊緣形狀，第二角48確定了此帶的增強(qiáng)部50的邊緣形狀。轉(zhuǎn)折點(diǎn)52并不一定要是上述增強(qiáng)部與底部的交點(diǎn)。第一角44最好確定帶的底部的從約20％至約100％的形狀。而更好是，此第一角44確定了上述底部的從約60％至約100％的形狀。類似地，第二角48最好應(yīng)確定帶的增強(qiáng)部從約20％至約100％的，而更好是此增強(qiáng)部的從約75％至約100％的形狀。
圖9以橫剖圖表明由此種翅狀插入件所形成的焊縫54。焊縫54在整個(gè)的底部上形成了一致的牢靠的焊接，而在增強(qiáng)部中形成了小的無(wú)焊縫區(qū)。焊縫54形成了干擾通過(guò)此管內(nèi)液體流的最小的內(nèi)部焊珠。無(wú)焊接區(qū)30小于已增強(qiáng)表面上的溝槽，使得對(duì)液體流動(dòng)的影響最小。外部焊珠31易于除去而不會(huì)損傷增強(qiáng)構(gòu)型或結(jié)構(gòu)。
圖10表明依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的翅狀插入件60。翅狀插入件60與上一實(shí)施例中的類似具有取正值的第一角44。第二角48’可取小于180°的任何角度。此第二角最好是從約170°至約180°而更好是從約175°至約179°。在增強(qiáng)部50終止的區(qū)域中的轉(zhuǎn)折段52’使此翅狀插入件從正值的第一角44轉(zhuǎn)變到具有小的零度區(qū)的第二角48’。此零度區(qū)的長(zhǎng)度最好相當(dāng)于底部金屬的未增強(qiáng)部的從約10％至約30％的厚度。
如圖11的橫剖圖所示，第一角在金屬帶34的底部46中形成了結(jié)實(shí)的焊珠62。第二角使增強(qiáng)區(qū)中的材料擠出，使得焊縫在轉(zhuǎn)折段52”中的這一頭逐漸變細(xì)，而在增強(qiáng)部50的第二角度段48”中無(wú)焊縫。應(yīng)用這種翅狀插入件形成了對(duì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)影響極小的焊縫62。流過(guò)此第二實(shí)施例有關(guān)焊接管的流體是與一致的表面相接觸，所受焊珠或未焊接段的干擾最小。不需為除去內(nèi)部焊珠作任何加工。
上面雖然是就具有內(nèi)部增強(qiáng)表面的焊接管來(lái)描述本發(fā)明，但本發(fā)明同樣適用于內(nèi)、外表面都增強(qiáng)了的焊接管。此外，本發(fā)明的上述翅狀插入件構(gòu)型特別適用于難從其中除去焊珠的小孔焊接管。
圖12以部分橫剖圖示明了一種金屬帶70，在其第一側(cè)上形成有第一增強(qiáng)部72。上述金屬帶的第一側(cè)確定為形成管子外壁的這一側(cè)。在金屬帶70的第二側(cè)上形成了第二增強(qiáng)部74。在第一增強(qiáng)部72與第二增強(qiáng)部74之間設(shè)有未增強(qiáng)的底部金屬段76。此第一與第二增強(qiáng)部未必相同。在一個(gè)增強(qiáng)部中可以包括有在表面之下的終結(jié)于小表面孔隙的通道，以促進(jìn)泡核沸騰。另一增強(qiáng)部則可取截錐形以增強(qiáng)紊流。
第一增強(qiáng)部72、底段76、第二增強(qiáng)部74的橫剖面厚度分別以“a”、“b”、“c”標(biāo)明，如圖12所示。
當(dāng)增強(qiáng)的金屬帶形成為弧形時(shí)，如果此兩個(gè)增強(qiáng)部沿著兩縱邊對(duì)準(zhǔn)，從各邊緣的有一致體積的金屬便形成了焊縫。但要是金屬的體積沿著縱邊改變而形成一種螺旋式增強(qiáng)部時(shí)，沿著縱邊的變動(dòng)著的厚度就會(huì)使可用作電接觸的金屬表面量發(fā)生波動(dòng)。這種變動(dòng)的荷載便構(gòu)成了不穩(wěn)定的焊接條件。圖13以頂視平面圖表明了這種增強(qiáng)了的金屬帶77。此金屬帶的厚度在高區(qū)域81與下凹區(qū)域(帶點(diǎn)的區(qū)域)83中是交替變化的。沒有本發(fā)明的翅狀插入件時(shí)，將帶77的兩個(gè)縱邊焊接就會(huì)引起電性質(zhì)的波動(dòng)和焊接的不穩(wěn)定。
如圖14所示，通過(guò)對(duì)金屬帶的兩縱邊作合適的整形，底段76就會(huì)在焊縫中占主要地位，而焊接增強(qiáng)部時(shí)對(duì)焊接穩(wěn)定性的影響可減至最小。為了保證底段76能完全焊接，使增強(qiáng)段的一小部分78整形成具有與底段76相同的角度。這一小部78是取自任一已增強(qiáng)區(qū)域，而最好是使取自第一增強(qiáng)區(qū)域72和取自第二增強(qiáng)區(qū)域74的基本上等同。結(jié)果，金屬帶的整形成具有與底段76相同角度這部分的長(zhǎng)度b’便從約(b＋0.05a＋0.05c)到約(b＋0.2a＋0.2c)。b’的長(zhǎng)度增加了從a的長(zhǎng)度的5％加c的長(zhǎng)度的50％到a的長(zhǎng)度的20％加c的長(zhǎng)度的20％。而最好是，b’從約(b＋0.08a＋0.08c)到約(b＋0.12a＋0.12c)。
翅狀插入件80使底段76整形成一角α，角α相對(duì)于中央軸線82依順時(shí)針走向測(cè)量由管子的外壁起計(jì)算是從約5°至約30°，而更好是從約10°至約20°。
翅狀插入件80與第一增強(qiáng)部72之間的角β的度數(shù)是從約(α＋1°)至約(α＋15°)，而更好是從約(α＋2°)至約(α＋10°)。第二增強(qiáng)部74最好整形成基本上與中央軸線82平行。
當(dāng)如圖15所示，金屬帶70的兩邊緣在焊接輥操作下帶到一起時(shí)，b’表面便完全接觸在加熱時(shí)進(jìn)行焊接。焊珠84流入外部間隙86與內(nèi)部間隙88之中，至少是部分地充填這兩個(gè)間隙但不延伸到超過(guò)焊接管的內(nèi)徑或外徑。最好是翅狀插入件能將兩縱邊整形為，使得內(nèi)部間隙88的容積略大于排入相應(yīng)間隙內(nèi)的焊珠的體積。
顯然，依據(jù)本發(fā)明業(yè)已提供了能完全實(shí)現(xiàn)前述目的一裝置與優(yōu)點(diǎn)的形成內(nèi)部增強(qiáng)的焊接管的方法。盡管本發(fā)明是結(jié)合它的特定實(shí)施例作了說(shuō)明，但顯然，內(nèi)行的人借鑒以上所述是可以了解到有關(guān)的種種其它形式、改型與變體的。因此，應(yīng)該把所有這種其它形式、改型與變體視作為包括在后附權(quán)利要求書的精神與其寬廣范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.由具有相對(duì)的第一表面(38)與第二表面(39)的金屬帶(34)來(lái)制造內(nèi)部增強(qiáng)的焊接管的方法，特征在于，此方法包括下述步驟a)在金屬帶(34)的至少是第一表面(38)上形成構(gòu)型(36)；b)將金屬帶(34)形成管狀，以第一表面(38)形成內(nèi)壁(50)；c)使金屬帶(34)通過(guò)連帶有翅狀插入件(60)的翅件通過(guò)輥，將金屬帶(34)的兩個(gè)縱邊整形成至少取兩個(gè)不同角(44，48’)，其中所述縱邊的與第二表面(39)鄰接的第一部分相對(duì)于翅狀插入件(60)的中央軸線整形成第一角(44)，而此縱邊的與第一表面(38)鄰接的第二部分則整形成第二角(48’)，這里的第一角(44)大于(180°-第二角(48’))；d)使金屬帶(34)的所述邊緣觸合；以及e)使上述邊緣焊接到一起(54)。
2.如權(quán)利要求1所述方法，特征在于第一部分(38)整形成具有相對(duì)于所述中央軸線從約6°至約18°的角(44)，而第二部分(39)整形成具有相對(duì)于此中央軸線從約175°至約180°的角(48’)。
3.由金屬帶(70)制造內(nèi)部增強(qiáng)焊接管的方法，特征在于，此方法包括下述步驟a)在金屬帶(70)的第一側(cè)上形成第一增強(qiáng)部(72)，此第一增強(qiáng)部(72) 所具的橫剖面厚度記為“a”；b)在金屬帶(70)的相對(duì)的第二側(cè)上形成第二增強(qiáng)部(74)，此第二增強(qiáng)部所具的橫剖面厚度記為“c”，其中在第一增強(qiáng)部(72)與第二增強(qiáng)部(74)之間設(shè)有橫剖面厚度記為“b”的未增強(qiáng)的底段(76)；c)使金屬帶(70)形成管狀，以第一側(cè)壁(72)形成外壁；d)使金屬帶(70)通過(guò)連帶有翅狀插入件(80)的翅件通過(guò)輥，將金屬帶(70)的兩個(gè)縱邊整形成至少三個(gè)不同的角，其中的底段(76)整形成具有相對(duì)于翅狀插入件(80)的中央軸線(82)從約5°至約30°的角“α”，與第一增強(qiáng)部(72)相鄰的部分相對(duì)于中央軸線(82)整形成具有從約(α＋1°)至約(α＋15°)的角“β”，而與第二增強(qiáng)部(74)相鄰的部分則基本上與中央軸線(82)平行；e)使金屬帶(70)的兩個(gè)邊緣相接觸，以及f)使上述兩邊緣焊接到一起(84)。
4.如權(quán)利要求3所述方法，特征在于所述縱邊的部分(76)整形成具有從約(b＋0.05a＋0.05c)至約(b＋0.20a＋0.20c)長(zhǎng)度的角“α”。
5.如權(quán)利要求4所述方法，特征在于“α”是從約10°至約20°。
6.如權(quán)利要求4或5所述方法，特征在于“β”是從約(α＋2°)至約(α＋10°)。
7.焊接的金屬管，特征在于此金屬管有帶有一批溝槽的內(nèi)部增強(qiáng)的內(nèi)壁(50)，和凹入這些溝槽內(nèi)的焊縫(62)。
8.如權(quán)利要求7所述焊接管，特征在于形成所述管的材料是選自銅、鋁、銅合金、鋁合金、不銹鋼與鈦中的一種。
9.如權(quán)利要求8所述焊接管，特征在于所述的管基本上沒有延伸超過(guò)此管內(nèi)徑或外徑的焊珠。
全文摘要
在使已增強(qiáng)的金屬帶(72，74，76)形成管狀并焊接起之前，用一插入件(80)對(duì)其兩邊緣整形。此金屬帶的兩邊緣整形成使得此帶的未增強(qiáng)部(76)的這兩個(gè)縱向邊緣在焊接作業(yè)中能夠觸合，而得以減少焊接位置處金屬體積波動(dòng)導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B23K11/087GK1158096SQ95194883
公開日1997年8月27日 申請(qǐng)日期1995年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月1日
發(fā)明者邁倫·蘭德萊特, 杰羅姆·M·杜皮 申請(qǐng)人:奧林公司