专利名称：一种带肋片的焊接钢管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制冷、制热系统中的传热金属管材，特别是涉及一种成本低但热传导效率提高的带肋片的焊接钢管及其制造方法。
背景技术：
在家用电器产品中，通常采用金属管来导液、导气，如空调器、电冰箱的制冷、制热系统中就采用了金属管来传送制冷剂。上述的金属管主要有铜管、铝管、焊接钢管。为了提高传热管的热传导系数，采用在传热管内壁设置内螺纹或者肋片是一种非常有效的方法，因为这样可以增大传热管内表面的传热面积，同时使流体产生紊流以避免层流，减小管壁内形成的液膜，从而有效地提高换热效果。铜材、铝材因导热系数高，延展性好而被广泛应用于制冷传热管的制造中，特别是内螺纹或内壁带肋片的传热管目前基本上都是采用铜管。然而，铜管和铝管的材料价格远高于焊接钢管的材料价格，因此，在电冰箱的制冷系统中已越来越多地采用焊接钢管代替铜管和铝管以降低成本，如采用邦迪管等。邦迪管是直径约在4.6-10.6mm范围内的单层薄壁小口径焊接钢管，是采用带钢通过卷管、焊接、镀膜的方法制造出来的。其不足之处在于(1)焊接钢管的热传导效率比铜管和铝管低，尤其是目前采用的内壁光滑的焊接钢管与内壁带肋片或内螺纹的铜管相比，热传导效率更低。(2)无法采用现有内螺纹铜管的加工工艺目前内螺纹铜管的内螺纹是采用在管壁外侧的行星回转球和固定在管内侧的带螺纹的塞子之间的挤压作用加工出来的，这种方式制造工艺复杂，须采用较昂贵的专用设备，不仅如此，更重要的是钢材的延展性远不如铜，加上焊接钢管的焊缝与管内壁圆周方向的硬度和形状尺寸不一致，因此造成难以采用上述加工铜管的工艺和设备来加工焊接钢管而使其内壁具有肋片。
中国专利公开了一种《具有沟槽内表面的传热管及其制造方法》的专利技术，专利号为96123318.4。该专利是一种沿管内焊缝周边设置平行于焊缝的一对凸条区及在该两凸条区之间的区域形成若干与管轴线成一个角度的肋片的焊接传热管以及通过轧制、卷管、焊接、退火等工艺完成其制造的方法。该专利为了解决板材边沿在轧制肋片时造成的波纹状边而设置的管内壁沿焊缝的凸条区，将管内壁的所有肋片均截断，使其不能形成完整的螺纹状，由此又带来了另外一些缺陷而影响传热管热传导系数的提高(1)凸条区的出现减少了肋片区的范围，使散热面积也相应减少。(2)凸条区的壁厚大于肋片区的壁厚，导致焊接管的壁厚不均匀，降低传热性能。(3)所有肋片均截止于凸条区，并形成许许多多的死角，容易积垢而不易清洁，因此维护性不好。因为传热管在生产或使用的过程中，主要是使用过程中，由于所连接的压缩机排气温度高，会使部分冷冻油气化，加上其它杂质、污物一起会粘结在传热管内壁上，形成油垢，增加热阻，降低换热效果，因此使用了一段时间后，会导致其换热效果下降，从而需要进行清洁或清洗，管内壁存在的死角是非常不利于油垢的清洁和清洗的。(4)当传热管应用于蒸发器时，由于蒸发器内的空气流动速度与传热效率直接相关，速度越高，传热效率也越高，因此，所述的传热管内未能形成完整螺纹槽的肋片是不利于空气流动速度的提高的，将会影响传热效率的进一步改善。(5)所述的传热管必须使用精心设计的特制轧辊模具，模具成本较高。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种成本低但热传导效率提高的带肋片的焊接钢管。
本发明的第二个目的在于提供上述带肋片的焊接钢管的制造方法。
本发明的第一个目的可以通过以下的技术方案予以实现一种带肋片的焊接钢管，由钢带弯卷并焊接而成，焊缝平行于钢管的纵轴线，其特征在于在钢管壁上具有多条凸起的斜纹分布的肋片，这些肋片与钢管纵轴线成一定的夹角，并呈平行连续分布。
所述的焊接钢管上的肋片的截面形状可以是三角形、梯形、圆弧形、或其它几何形状。
本发明进一步改进在钢管壁上的斜纹肋片在钢管焊缝处与相对应的肋片对接，形成完整的螺旋凸肋。
本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现由于焊接钢管焊缝的存在，管内壁圆周方向的硬度和形状尺寸的不一致，为了得到管壁上的肋片，可以采用先在带钢或卷板的表面轧制出肋片，然后进行剪裁、卷管、焊接的工艺。具体步骤是(1)在带钢或卷板的表面轧制肋片；(2)按制造不同管径需要的宽度把上述已经轧出肋片的卷板剪切成板条或带钢；(3)对步骤(2)的带钢进行卷管；(4)卷管后随即焊接成钢管。
步骤(1)所述的在带钢或卷板的表面轧制肋片可以采用普通的带钢轧机，但轧辊上带有与肋片相应的槽，肋片在卷板表面呈平行连续分布，并与卷板纵边成一定的夹角；步骤(2)的剪边使轧制后的卷板剪切成一至多条板条或带钢，且边缘平齐，为形成良好的焊缝打好基础；步骤(3)、(4)中的卷管、焊接可以采用普通的焊接钢管生产设备。
为保证肋片在钢管焊缝处与相对应的肋片对接，形成完整的螺旋形凸肋，在步骤(2)将卷板剪切成板条或带钢时，要使位于带钢或板条边沿的肋片的端点A点和位于相对另一边的带钢或板条边沿的肋片的端点A′点在垂直于板材边沿的垂线上(参见图2)，焊管时A点与A′点重合在焊缝上，这样可以保证管内的肋片为完整的螺纹状。
为了保证焊缝的质量，可以在上述步骤(2)后插入倒边去毛刺的工序即沿着表面轧制了肋片的带钢或板条的纵边进行倒边去毛刺，从而形成卷管合围时外径大于内径以适合焊接的坡口，坡口的高度t2≥肋片高度t1。
本发明可进一步改进在上述步骤(1)或(2)后对带钢或者板材进行退火，消除轧制肋片所产生的冷作硬化，然后再进行其它步骤。
本发明还可以做以下改进在上述步骤(1)或(2)后对带钢或者板条的表面进行镀膜，如镀铜或者镀锌，然后再进行其它步骤。
本发明还可以将镀膜工序放到上述步骤(4)后进行，即在焊接步骤后再进行镀膜。
本发明可以进一步改进在上述步骤(1)中，同时在带钢或者板条的上下两个表面均轧制出肋片，然后再进行其它步骤或者还包括进的步骤，这样制作出来的焊接钢管内外管壁都有肋片。
类似的改进还有在上述步骤(1)中，在带钢或者卷板的表面轧制出交叉肋片，然后再进行其它步骤或者还包括改进的步骤，这样制作出来的焊接钢管可具有左右螺纹肋片。
本发明的优点在于(1)由于管内壁没有沿管轴线的凸条区，散热面积不但比光管的大，而且也大于上文现有技术中的专利焊接金属管。(2)管内壁上的肋片能使管内的流体产生紊流作用，同时使液膜的厚度减小，从而达到提高焊接钢管热传导效率的目的；当管内壁的肋片为完整的螺纹状时，效果更佳。(3)不会出现管壁不均匀的情况，确保在圆周上的各个部位的传热效率基本一致。(4)采用先在带钢或卷板上轧制肋片，然后按制造不同管径需要的宽度剪切板材的制造方法，带钢或者板条的边缘不会形成波纹状，宽度尺寸精度容易控制，还可以对边缘倒边去毛刺，保证焊缝质量。(5)肋片在焊缝处对接形成完整的螺旋形凸肋，有利于提高焊缝强度。(6)肋片在焊缝采用在轧制肋片后，或者在剪切板材后，甚至在完成焊接后再镀保护膜，能更有效地保证保护膜不会被损伤，有利于保证焊接钢管的质量。管内壁的肋片为完整的螺纹状，没有死角，因此维护性好，易于油垢的清洁和清洗。(7)本发明的制造方法甚至能够实现在现有技术中的铜管也难以制作的左右螺纹肋片的焊接钢管。(8)本发明最大的特点就是其经济性，由于制造方法简单，无需昂贵的专用设备即可加工多种形式的肋片，所以可以节约投资，以较低的成本获得传热效率较优的焊接钢管。(9)本发明不但适用在家用电器中的制冷、制热传热管，也可适用于管径较大的工业用传热管。
图1为第一实施例的表面轧制有肋片的钢板的展开图；图2为图1所示的带肋片的钢板条经过剪切后的局部展开示意图；图3为第一实施例的具有内螺纹肋片的焊接钢管的纵剖面示意图；图4为第一实施例的具有内螺纹肋片的焊接钢管的局部截面图；图5为步骤(1)在带钢上轧制肋片的示意图；图6为在步骤(2)后带钢两边缘倒角的示意图；图7为第一实施例的制管生产线示意图；图8为表面有交叉肋片的带钢的展开图；图9为第三实施例的同时具有内外螺纹肋片的焊接钢管的局部截面图；图10为几种形状肋片的截面图。
图中1、管壁 2、肋片 3、焊缝 9、带刻槽轧辊 10、刻槽11、轧辊 12、带肋片的带钢卷 13、带肋片的带钢 14、卷管成型辊15、焊接设备 16、冷却设备 17、带肋片的焊管 18、带肋片的焊管卷具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1～7所示的一种成本低但热传导效率提高的带肋片的焊接钢管及其制造方法是本发明的实施例之一，这种带肋片的焊接钢管实际上是在邦迪管的基础上形成，它由经轧制、剪切和热处理的钢带弯卷并焊接而成，焊缝平行于钢管的纵轴线，在钢管1壁上具有多条凸起的螺旋形分布的肋片2，这些肋片与钢管纵轴线成一定的夹角即螺旋角，并呈平行连续分布，其截面形状是三角形，它们在钢管焊缝处与相对应的肋片对接，形成完整的螺旋凸肋。其中，钢管外径在4～16mm范围内，底壁厚在0.20～0.5mm范围内，齿高约在0.15～0.5mm范围内，螺纹条数在40～75条范围内，螺旋角α为18°。
其生产步骤依次是(1)卷板经过辊轧10、11的轧制使其表面形成多条平行的斜肋片；(2)按所需管径宽度剪切上述已经轧出肋片的卷板以形成带钢13，使肋片一直延伸到带钢边缘，可以通过预先计算设计好肋片的条数和间距实现使位于带钢两边沿相对应的肋片端点A点和A′点落在垂直于带钢边沿的垂线上(参见图2)，以便焊管时A点A′点重合在焊缝3上(参见图3)；如果管径较小时，一个钢卷板可以剪裁出多条带钢。
(3)对剪切后的带钢13进行退火，消除轧制肋片所产生的冷作硬化；(4)沿着带钢13的两个边缘进行倒边去毛刺，坡口的高度t2＞肋片高度t1，从而形成卷管合围时外径大于内径以适合焊接的坡口；(5)对带钢13表面进行镀膜形成盘卷12；(6)将盘卷12的带钢13通过几组卷管辊轮14进行卷管；(7)对卷管进行预热15；(8)对预热后的卷管进行高频焊接16形成焊接钢管17，并卷成盘管18。
管内肋片条数越多，总体的换热效率会越高，管内压降磨阻也会略有提高。但是，加工的难度也会随之增大，导致成本明显增高，但采用本发明则能降低加工难度，可以较低的成本获得较高品质的传热管。
图8所示的一种成本低但热传导效率提高的带肋片的焊接钢管及其制造方法是本发明的实施例之二，是左右向轧制螺旋肋片所形成管内左右向螺旋间断凸肋，凸块2为金字塔形，在带钢边缘两边的凸块2为金字塔的一半，焊接后A点与A′对接合成完整的金字塔形凸块。这种肋片除增大换热面积外，还可破坏管内的液膜，并对造成紊流非常有利，也不会存死角，易于清理积存的油垢。
图9所示的一种成本低但热传导效率提高的带肋片的焊接钢管及其制造方法是本发明的实施例之三，在卷板的上下两个表面均轧制出肋片，使焊接钢管内外管壁都有螺纹肋片。管外的螺纹肋片提高了管外的换热效率，管内的螺纹肋片则增大了换热面积，可对管内流体造成紊流二次流，使管内换热效率得到提高，因此内外肋片可提高整体的换热效率。
图10所示的焊接钢管的截面局部，显示肋片可以是半圆形，或者梯形，或者三角形等。
权利要求
1.一种带肋片的焊接钢管，由钢带弯卷并焊接而成，焊缝平行于钢管的纵轴线，其特征在于在钢管壁上具有多条凸起的斜纹肋片，这些肋片与钢管纵轴线成一定的夹角，并呈平行连续分布。
2.根据权利要求1所述的带肋片的焊接钢管，其特征在于在钢管壁上的斜纹肋片在钢管焊缝处与相对应的肋片对接，形成完整的螺旋形凸肋。
3.一种带肋片的焊接钢管的制造方法，采用先在带钢或板材的表面轧制出肋片，然后进行卷管、焊接的工艺，具体步骤是(1)在带钢或板材的表面轧制肋片；(2)按制造不同管径需要的宽度剪切上述已经轧出肋片的带钢或板材；(3)对步骤(2)的带钢或板材进行卷管；(4)卷管后随即焊接成钢管。
4.根据权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于在所述步骤(2)剪切带钢或板材时，使位于带钢或板材边沿的肋片的端点A点和位于相对另一边的带钢或板材边沿的肋片的端点A′点在垂直于板材边沿的垂线上，以便焊管时A点A′点重合在焊缝上，使管内的肋片形成完整的螺纹状。。
5.根据权利要求4所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于在所述步骤(2)后插入倒边去毛刺的工序即沿着表面轧制了肋片的带钢的纵边进行倒边去毛刺，从而形成卷管合围时外径大于内径以适合焊接的坡口，坡口的高度t2≥肋片高度t1。
6.根据权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于在所述步骤(1)或(2)后对带钢或者板材进行退火，消除轧制肋片所产生的冷作硬化。
7.根据权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于在所述步骤(1)后对带钢或者板材的表面进行镀膜。
8.根据权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于将镀膜工序放到上述步骤(4)后进行，即在焊接步骤后再进行镀膜。
9.根据权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于在所述步骤(1)中，同时在带钢或者板材的上下两个表面均轧制出肋片。
10.根据权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于在所述步骤(1)中，在带钢或者板材的表面轧制出交叉肋片。
全文摘要
一种带肋片的焊接钢管及其制造方法，采用先在带钢或卷板的表面轧制出肋片，然后进行剪裁、卷管、焊接的工艺制成焊缝平行于钢管的纵轴线，而在钢管壁上具有多条凸起的斜纹肋片，这些肋片与钢管纵轴线成一定的夹角，并呈平行连续分布的焊接钢管，还可以进一步加工为完整螺纹形肋片。本发明的优点在于其具有良好的性价比，可以采用简单的制造方法，无需昂贵的专用设备即可以进行焊接钢管的肋片加工，以较低的成本获得传热效率较优的焊接钢管，管内壁的肋片可加工为完整的螺纹状，没有死角，从而具有较好的维护性，易于油垢的清洁和清洗。
文档编号F28F1/34GK1570537SQ200410026978
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月23日 优先权日2004年4月23日
发明者叶小舟, 刘健, 吴继明 申请人:中炬高新技术实业(集团)股份有限公司, 中山市中山火炬精密焊管有限公司