專利名稱：一種帶肋片的焊接鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制冷、制熱系統(tǒng)中的傳熱金屬管材，特別是涉及一種成本低但熱傳導(dǎo)效率提高的帶肋片的焊接鋼管及其制造方法。
背景技術(shù)：
在家用電器產(chǎn)品中，通常采用金屬管來導(dǎo)液、導(dǎo)氣，如空調(diào)器、電冰箱的制冷、制熱系統(tǒng)中就采用了金屬管來傳送制冷劑。上述的金屬管主要有銅管、鋁管、焊接鋼管。為了提高傳熱管的熱傳導(dǎo)系數(shù)，采用在傳熱管內(nèi)壁設(shè)置內(nèi)螺紋或者肋片是一種非常有效的方法，因?yàn)檫@樣可以增大傳熱管內(nèi)表面的傳熱面積，同時(shí)使流體產(chǎn)生紊流以避免層流，減小管壁內(nèi)形成的液膜，從而有效地提高換熱效果。銅材、鋁材因?qū)嵯禂?shù)高，延展性好而被廣泛應(yīng)用于制冷傳熱管的制造中，特別是內(nèi)螺紋或內(nèi)壁帶肋片的傳熱管目前基本上都是采用銅管。然而，銅管和鋁管的材料價(jià)格遠(yuǎn)高于焊接鋼管的材料價(jià)格，因此，在電冰箱的制冷系統(tǒng)中已越來越多地采用焊接鋼管代替銅管和鋁管以降低成本，如采用邦迪管等。邦迪管是直徑約在4.6-10.6mm范圍內(nèi)的單層薄壁小口徑焊接鋼管，是采用帶鋼通過卷管、焊接、鍍膜的方法制造出來的。其不足之處在于(1)焊接鋼管的熱傳導(dǎo)效率比銅管和鋁管低，尤其是目前采用的內(nèi)壁光滑的焊接鋼管與內(nèi)壁帶肋片或內(nèi)螺紋的銅管相比，熱傳導(dǎo)效率更低。(2)無法采用現(xiàn)有內(nèi)螺紋銅管的加工工藝目前內(nèi)螺紋銅管的內(nèi)螺紋是采用在管壁外側(cè)的行星回轉(zhuǎn)球和固定在管內(nèi)側(cè)的帶螺紋的塞子之間的擠壓作用加工出來的，這種方式制造工藝復(fù)雜，須采用較昂貴的專用設(shè)備，不僅如此，更重要的是鋼材的延展性遠(yuǎn)不如銅，加上焊接鋼管的焊縫與管內(nèi)壁圓周方向的硬度和形狀尺寸不一致，因此造成難以采用上述加工銅管的工藝和設(shè)備來加工焊接鋼管而使其內(nèi)壁具有肋片。
中國專利公開了一種《具有溝槽內(nèi)表面的傳熱管及其制造方法》的專利技術(shù)，專利號(hào)為96123318.4。該專利是一種沿管內(nèi)焊縫周邊設(shè)置平行于焊縫的一對(duì)凸條區(qū)及在該兩凸條區(qū)之間的區(qū)域形成若干與管軸線成一個(gè)角度的肋片的焊接傳熱管以及通過軋制、卷管、焊接、退火等工藝完成其制造的方法。該專利為了解決板材邊沿在軋制肋片時(shí)造成的波紋狀邊而設(shè)置的管內(nèi)壁沿焊縫的凸條區(qū)，將管內(nèi)壁的所有肋片均截?cái)?，使其不能形成完整的螺紋狀，由此又帶來了另外一些缺陷而影響傳熱管熱傳導(dǎo)系數(shù)的提高(1)凸條區(qū)的出現(xiàn)減少了肋片區(qū)的范圍，使散熱面積也相應(yīng)減少。(2)凸條區(qū)的壁厚大于肋片區(qū)的壁厚，導(dǎo)致焊接管的壁厚不均勻，降低傳熱性能。(3)所有肋片均截止于凸條區(qū)，并形成許許多多的死角，容易積垢而不易清潔，因此維護(hù)性不好。因?yàn)閭鳠峁茉谏a(chǎn)或使用的過程中，主要是使用過程中，由于所連接的壓縮機(jī)排氣溫度高，會(huì)使部分冷凍油氣化，加上其它雜質(zhì)、污物一起會(huì)粘結(jié)在傳熱管內(nèi)壁上，形成油垢，增加熱阻，降低換熱效果，因此使用了一段時(shí)間后，會(huì)導(dǎo)致其換熱效果下降，從而需要進(jìn)行清潔或清洗，管內(nèi)壁存在的死角是非常不利于油垢的清潔和清洗的。(4)當(dāng)傳熱管應(yīng)用于蒸發(fā)器時(shí)，由于蒸發(fā)器內(nèi)的空氣流動(dòng)速度與傳熱效率直接相關(guān)，速度越高，傳熱效率也越高，因此，所述的傳熱管內(nèi)未能形成完整螺紋槽的肋片是不利于空氣流動(dòng)速度的提高的，將會(huì)影響傳熱效率的進(jìn)一步改善。(5)所述的傳熱管必須使用精心設(shè)計(jì)的特制軋輥模具，模具成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種成本低但熱傳導(dǎo)效率提高的帶肋片的焊接鋼管。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述帶肋片的焊接鋼管的制造方法。
本發(fā)明的第一個(gè)目的可以通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種帶肋片的焊接鋼管，由鋼帶彎卷并焊接而成，焊縫平行于鋼管的縱軸線，其特征在于在鋼管壁上具有多條凸起的斜紋分布的肋片，這些肋片與鋼管縱軸線成一定的夾角，并呈平行連續(xù)分布。
所述的焊接鋼管上的肋片的截面形狀可以是三角形、梯形、圓弧形、或其它幾何形狀。
本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在鋼管壁上的斜紋肋片在鋼管焊縫處與相對(duì)應(yīng)的肋片對(duì)接，形成完整的螺旋凸肋。
本發(fā)明的第二個(gè)目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)由于焊接鋼管焊縫的存在，管內(nèi)壁圓周方向的硬度和形狀尺寸的不一致，為了得到管壁上的肋片，可以采用先在帶鋼或卷板的表面軋制出肋片，然后進(jìn)行剪裁、卷管、焊接的工藝。具體步驟是(1)在帶鋼或卷板的表面軋制肋片；(2)按制造不同管徑需要的寬度把上述已經(jīng)軋出肋片的卷板剪切成板條或帶鋼；(3)對(duì)步驟(2)的帶鋼進(jìn)行卷管；(4)卷管后隨即焊接成鋼管。
步驟(1)所述的在帶鋼或卷板的表面軋制肋片可以采用普通的帶鋼軋機(jī)，但軋輥上帶有與肋片相應(yīng)的槽，肋片在卷板表面呈平行連續(xù)分布，并與卷板縱邊成一定的夾角；步驟(2)的剪邊使軋制后的卷板剪切成一至多條板條或帶鋼，且邊緣平齊，為形成良好的焊縫打好基礎(chǔ)；步驟(3)、(4)中的卷管、焊接可以采用普通的焊接鋼管生產(chǎn)設(shè)備。
為保證肋片在鋼管焊縫處與相對(duì)應(yīng)的肋片對(duì)接，形成完整的螺旋形凸肋，在步驟(2)將卷板剪切成板條或帶鋼時(shí)，要使位于帶鋼或板條邊沿的肋片的端點(diǎn)A點(diǎn)和位于相對(duì)另一邊的帶鋼或板條邊沿的肋片的端點(diǎn)A′點(diǎn)在垂直于板材邊沿的垂線上(參見圖2)，焊管時(shí)A點(diǎn)與A′點(diǎn)重合在焊縫上，這樣可以保證管內(nèi)的肋片為完整的螺紋狀。
為了保證焊縫的質(zhì)量，可以在上述步驟(2)后插入倒邊去毛刺的工序即沿著表面軋制了肋片的帶鋼或板條的縱邊進(jìn)行倒邊去毛刺，從而形成卷管合圍時(shí)外徑大于內(nèi)徑以適合焊接的坡口，坡口的高度t2≥肋片高度t1。
本發(fā)明可進(jìn)一步改進(jìn)在上述步驟(1)或(2)后對(duì)帶鋼或者板材進(jìn)行退火，消除軋制肋片所產(chǎn)生的冷作硬化，然后再進(jìn)行其它步驟。
本發(fā)明還可以做以下改進(jìn)在上述步驟(1)或(2)后對(duì)帶鋼或者板條的表面進(jìn)行鍍膜，如鍍銅或者鍍鋅，然后再進(jìn)行其它步驟。
本發(fā)明還可以將鍍膜工序放到上述步驟(4)后進(jìn)行，即在焊接步驟后再進(jìn)行鍍膜。
本發(fā)明可以進(jìn)一步改進(jìn)在上述步驟(1)中，同時(shí)在帶鋼或者板條的上下兩個(gè)表面均軋制出肋片，然后再進(jìn)行其它步驟或者還包括進(jìn)的步驟，這樣制作出來的焊接鋼管內(nèi)外管壁都有肋片。
類似的改進(jìn)還有在上述步驟(1)中，在帶鋼或者卷板的表面軋制出交叉肋片，然后再進(jìn)行其它步驟或者還包括改進(jìn)的步驟，這樣制作出來的焊接鋼管可具有左右螺紋肋片。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)由于管內(nèi)壁沒有沿管軸線的凸條區(qū)，散熱面積不但比光管的大，而且也大于上文現(xiàn)有技術(shù)中的專利焊接金屬管。(2)管內(nèi)壁上的肋片能使管內(nèi)的流體產(chǎn)生紊流作用，同時(shí)使液膜的厚度減小，從而達(dá)到提高焊接鋼管熱傳導(dǎo)效率的目的；當(dāng)管內(nèi)壁的肋片為完整的螺紋狀時(shí)，效果更佳。(3)不會(huì)出現(xiàn)管壁不均勻的情況，確保在圓周上的各個(gè)部位的傳熱效率基本一致。(4)采用先在帶鋼或卷板上軋制肋片，然后按制造不同管徑需要的寬度剪切板材的制造方法，帶鋼或者板條的邊緣不會(huì)形成波紋狀，寬度尺寸精度容易控制，還可以對(duì)邊緣倒邊去毛刺，保證焊縫質(zhì)量。(5)肋片在焊縫處對(duì)接形成完整的螺旋形凸肋，有利于提高焊縫強(qiáng)度。(6)肋片在焊縫采用在軋制肋片后，或者在剪切板材后，甚至在完成焊接后再鍍保護(hù)膜，能更有效地保證保護(hù)膜不會(huì)被損傷，有利于保證焊接鋼管的質(zhì)量。管內(nèi)壁的肋片為完整的螺紋狀，沒有死角，因此維護(hù)性好，易于油垢的清潔和清洗。(7)本發(fā)明的制造方法甚至能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中的銅管也難以制作的左右螺紋肋片的焊接鋼管。(8)本發(fā)明最大的特點(diǎn)就是其經(jīng)濟(jì)性，由于制造方法簡(jiǎn)單，無需昂貴的專用設(shè)備即可加工多種形式的肋片，所以可以節(jié)約投資，以較低的成本獲得傳熱效率較優(yōu)的焊接鋼管。(9)本發(fā)明不但適用在家用電器中的制冷、制熱傳熱管，也可適用于管徑較大的工業(yè)用傳熱管。


圖1為第一實(shí)施例的表面軋制有肋片的鋼板的展開圖；圖2為圖1所示的帶肋片的鋼板條經(jīng)過剪切后的局部展開示意圖；圖3為第一實(shí)施例的具有內(nèi)螺紋肋片的焊接鋼管的縱剖面示意圖；圖4為第一實(shí)施例的具有內(nèi)螺紋肋片的焊接鋼管的局部截面圖；圖5為步驟(1)在帶鋼上軋制肋片的示意圖；圖6為在步驟(2)后帶鋼兩邊緣倒角的示意圖；圖7為第一實(shí)施例的制管生產(chǎn)線示意圖；圖8為表面有交叉肋片的帶鋼的展開圖；圖9為第三實(shí)施例的同時(shí)具有內(nèi)外螺紋肋片的焊接鋼管的局部截面圖；圖10為幾種形狀肋片的截面圖。
圖中1、管壁 2、肋片 3、焊縫 9、帶刻槽軋輥 10、刻槽11、軋輥 12、帶肋片的帶鋼卷 13、帶肋片的帶鋼 14、卷管成型輥15、焊接設(shè)備 16、冷卻設(shè)備 17、帶肋片的焊管 18、帶肋片的焊管卷具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1～7所示的一種成本低但熱傳導(dǎo)效率提高的帶肋片的焊接鋼管及其制造方法是本發(fā)明的實(shí)施例之一，這種帶肋片的焊接鋼管實(shí)際上是在邦迪管的基礎(chǔ)上形成，它由經(jīng)軋制、剪切和熱處理的鋼帶彎卷并焊接而成，焊縫平行于鋼管的縱軸線，在鋼管1壁上具有多條凸起的螺旋形分布的肋片2，這些肋片與鋼管縱軸線成一定的夾角即螺旋角，并呈平行連續(xù)分布，其截面形狀是三角形，它們?cè)阡摴芎缚p處與相對(duì)應(yīng)的肋片對(duì)接，形成完整的螺旋凸肋。其中，鋼管外徑在4～16mm范圍內(nèi)，底壁厚在0.20～0.5mm范圍內(nèi)，齒高約在0.15～0.5mm范圍內(nèi)，螺紋條數(shù)在40～75條范圍內(nèi)，螺旋角α為18°。
其生產(chǎn)步驟依次是(1)卷板經(jīng)過輥軋10、11的軋制使其表面形成多條平行的斜肋片；(2)按所需管徑寬度剪切上述已經(jīng)軋出肋片的卷板以形成帶鋼13，使肋片一直延伸到帶鋼邊緣，可以通過預(yù)先計(jì)算設(shè)計(jì)好肋片的條數(shù)和間距實(shí)現(xiàn)使位于帶鋼兩邊沿相對(duì)應(yīng)的肋片端點(diǎn)A點(diǎn)和A′點(diǎn)落在垂直于帶鋼邊沿的垂線上(參見圖2)，以便焊管時(shí)A點(diǎn)A′點(diǎn)重合在焊縫3上(參見圖3)；如果管徑較小時(shí)，一個(gè)鋼卷板可以剪裁出多條帶鋼。
(3)對(duì)剪切后的帶鋼13進(jìn)行退火，消除軋制肋片所產(chǎn)生的冷作硬化；(4)沿著帶鋼13的兩個(gè)邊緣進(jìn)行倒邊去毛刺，坡口的高度t2＞肋片高度t1，從而形成卷管合圍時(shí)外徑大于內(nèi)徑以適合焊接的坡口；(5)對(duì)帶鋼13表面進(jìn)行鍍膜形成盤卷12；(6)將盤卷12的帶鋼13通過幾組卷管輥輪14進(jìn)行卷管；(7)對(duì)卷管進(jìn)行預(yù)熱15；(8)對(duì)預(yù)熱后的卷管進(jìn)行高頻焊接16形成焊接鋼管17，并卷成盤管18。
管內(nèi)肋片條數(shù)越多，總體的換熱效率會(huì)越高，管內(nèi)壓降磨阻也會(huì)略有提高。但是，加工的難度也會(huì)隨之增大，導(dǎo)致成本明顯增高，但采用本發(fā)明則能降低加工難度，可以較低的成本獲得較高品質(zhì)的傳熱管。
圖8所示的一種成本低但熱傳導(dǎo)效率提高的帶肋片的焊接鋼管及其制造方法是本發(fā)明的實(shí)施例之二，是左右向軋制螺旋肋片所形成管內(nèi)左右向螺旋間斷凸肋，凸塊2為金字塔形，在帶鋼邊緣兩邊的凸塊2為金字塔的一半，焊接后A點(diǎn)與A′對(duì)接合成完整的金字塔形凸塊。這種肋片除增大換熱面積外，還可破壞管內(nèi)的液膜，并對(duì)造成紊流非常有利，也不會(huì)存死角，易于清理積存的油垢。
圖9所示的一種成本低但熱傳導(dǎo)效率提高的帶肋片的焊接鋼管及其制造方法是本發(fā)明的實(shí)施例之三，在卷板的上下兩個(gè)表面均軋制出肋片，使焊接鋼管內(nèi)外管壁都有螺紋肋片。管外的螺紋肋片提高了管外的換熱效率，管內(nèi)的螺紋肋片則增大了換熱面積，可對(duì)管內(nèi)流體造成紊流二次流，使管內(nèi)換熱效率得到提高，因此內(nèi)外肋片可提高整體的換熱效率。
圖10所示的焊接鋼管的截面局部，顯示肋片可以是半圓形，或者梯形，或者三角形等。
權(quán)利要求
1.一種帶肋片的焊接鋼管，由鋼帶彎卷并焊接而成，焊縫平行于鋼管的縱軸線，其特征在于在鋼管壁上具有多條凸起的斜紋肋片，這些肋片與鋼管縱軸線成一定的夾角，并呈平行連續(xù)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶肋片的焊接鋼管，其特征在于在鋼管壁上的斜紋肋片在鋼管焊縫處與相對(duì)應(yīng)的肋片對(duì)接，形成完整的螺旋形凸肋。
3.一種帶肋片的焊接鋼管的制造方法，采用先在帶鋼或板材的表面軋制出肋片，然后進(jìn)行卷管、焊接的工藝，具體步驟是(1)在帶鋼或板材的表面軋制肋片；(2)按制造不同管徑需要的寬度剪切上述已經(jīng)軋出肋片的帶鋼或板材；(3)對(duì)步驟(2)的帶鋼或板材進(jìn)行卷管；(4)卷管后隨即焊接成鋼管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在所述步驟(2)剪切帶鋼或板材時(shí)，使位于帶鋼或板材邊沿的肋片的端點(diǎn)A點(diǎn)和位于相對(duì)另一邊的帶鋼或板材邊沿的肋片的端點(diǎn)A′點(diǎn)在垂直于板材邊沿的垂線上，以便焊管時(shí)A點(diǎn)A′點(diǎn)重合在焊縫上，使管內(nèi)的肋片形成完整的螺紋狀。。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在所述步驟(2)后插入倒邊去毛刺的工序即沿著表面軋制了肋片的帶鋼的縱邊進(jìn)行倒邊去毛刺，從而形成卷管合圍時(shí)外徑大于內(nèi)徑以適合焊接的坡口，坡口的高度t2≥肋片高度t1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在所述步驟(1)或(2)后對(duì)帶鋼或者板材進(jìn)行退火，消除軋制肋片所產(chǎn)生的冷作硬化。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在所述步驟(1)后對(duì)帶鋼或者板材的表面進(jìn)行鍍膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于將鍍膜工序放到上述步驟(4)后進(jìn)行，即在焊接步驟后再進(jìn)行鍍膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在所述步驟(1)中，同時(shí)在帶鋼或者板材的上下兩個(gè)表面均軋制出肋片。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的焊接鋼管的制造方法，其特征在于在所述步驟(1)中，在帶鋼或者板材的表面軋制出交叉肋片。
全文摘要
一種帶肋片的焊接鋼管及其制造方法，采用先在帶鋼或卷板的表面軋制出肋片，然后進(jìn)行剪裁、卷管、焊接的工藝制成焊縫平行于鋼管的縱軸線，而在鋼管壁上具有多條凸起的斜紋肋片，這些肋片與鋼管縱軸線成一定的夾角，并呈平行連續(xù)分布的焊接鋼管，還可以進(jìn)一步加工為完整螺紋形肋片。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其具有良好的性價(jià)比，可以采用簡(jiǎn)單的制造方法，無需昂貴的專用設(shè)備即可以進(jìn)行焊接鋼管的肋片加工，以較低的成本獲得傳熱效率較優(yōu)的焊接鋼管，管內(nèi)壁的肋片可加工為完整的螺紋狀，沒有死角，從而具有較好的維護(hù)性，易于油垢的清潔和清洗。
文檔編號(hào)F28F1/34GK1570537SQ200410026978
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者葉小舟, 劉健, 吳繼明 申請(qǐng)人:中炬高新技術(shù)實(shí)業(yè)(集團(tuán))股份有限公司, 中山市中山火炬精密焊管有限公司