钢板卷制锥形管方法与流程

本发明涉及金属锥形管的成型工艺，具体是一种钢板卷制锥形管的方法。

背景技术：

在工业设备的设计、制造中，高强度、高精度的金属锥形管（或锥形接管）作为精密的零部件之一、会被用及，例如汽轮机上的锥形接管等。由于包括汽轮机等在内的工业设备所需求的零部件通常为高精度技术要求的-即精密零部件，加之，锥形管本身的结构特殊性，这也就导致应用于工业设备的锥形管，唯有以特定设计结构及工艺对应的锻造而成-即锻件结构。众所周知的，锻件成型具有周期长、效率低、成本高等技术问题。

若能够将现有高精密的锻件结构锥形管改以高强度、高精度的钢板卷制成型，则既能满足锥形管的应用技术要求，又能有效地解决锻件锥形管成型所存在的技术问题，即钢板卷制的锥形管应具有高精度、高强度、成型周期短、效率高、成本低等特点，经济、实用。然而，由于锥形管为非等径的管件结构，其以钢板卷制非一般钢板卷制工艺所能成型的，若采用一般的钢板卷制工艺成型锥形管，则所成型锥形管结构与设计要求的锥形管差距甚远，无法应用于工业设备上，这也是长久以来，工业设备所用锥形管始终无法以钢板卷制成型的技术瓶颈所在。

中国专利文献公开了名称为“大型锥形钢管冷成型的加工工艺”（公开号：CN 101386041，公开日：2009年3月18日）的技术。该技术虽然披露了以钢板卷制锥形管的工艺，但是，该技术所卷制成型的锥形管的精度低，所成型的锥形管仅能用于对精度技术要求低的建筑工程中，无法适用于对精度技术要求高的工业设备中，应用范围有限。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于：针对上述锥形管结构特殊性、应用环境的技术要求以及现有技术的不足，提供一种成型容易、成型效率高、成品精度高、经济实用的钢板卷制锥形管方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案实现，一种钢板卷制锥形管方法，包括下列步骤：

步骤1. 根据设计锥形管的轴向高度和周向中径长度对钢板进行下料，下料时在轴向高度方向和周向长度方向上分别留足加工余量；形成扇形坯板；对坯板校形；

步骤2. 根据设计要求，在坯板的轴向高度方向上划设滚弯余量线和滚弯辐射线；

步骤3. 根据设计要求的弯曲弧度，对步骤2的坯板进行周向长度方向的两端端部的预滚弯处理，使坯板的周向长度方向两端端部分别形成满足设计要求的弯曲弧度；根据步骤2划设的滚弯余量线，对坯板周向长度方向两端端部的预滚弯部位在轴向高度方向上进行切割处理，使坯板周向长度方向两端端部的弯曲部具有相对应的拼接坡口；

步骤4. 根据步骤2划设的滚弯辐射线，对步骤3的坯板进行滚弯处理；直至整个坯板规则的弯曲成锥形的筒状；将筒状坯板的周向长度方向两端端部的拼接坡口进行点焊固定，形成锥形坯管，在锥形坯管的轴向高度方向两端内壁上分别设置径向的支撑拉筋；对锥形坯管的点焊拼接部位进行拼焊处理；清根，去应力，探伤、检验；

步骤5. 去除锥形坯管内的支撑拉筋；将锥形坯管进行校圆处理，得锥形半成品管；在锥形半成品管的轴向高度方向两端内壁上分别装焊环形撑筋，并在锥形半成品管的外壁上装焊机床装夹用的装夹搭子；将锥形半成品管送入机床进行轴向高度方向两端端部型线的加工处理，直至成品。

作为优选方案，步骤1中的下料时，周向长度方向留足的加工余量为锥形管设计厚度的15～25倍。进一步的，步骤1中的下料时，轴向高度方向留足的加工余量为锥形管设计厚度的1/3～1倍。

作为优选方案，步骤2中的滚弯辐射线是坯板小径端各等分点至大径端各等分点的对应连线，所述坯板的小径端的等分点数量与大径端的等分点数量一致。

作为优选方案，步骤4中的支撑拉筋为米字型结构。

作为优选方案，步骤4中的拼焊是以手工电弧焊的方式进行拼焊。

作为优选方案，步骤4中的探伤、检验为磁粉检验和/或射线检验。

作为优选方案，步骤5中的校圆处理为滚床校圆或手工火焰校形。

作为优选方案，步骤5中的装夹搭子为四个，这四个装夹搭子周向均布在锥形半成品管的外壁上。

本发明的有益技术效果是：上述方法针对锥形管的结构特殊性和应用环境的技术要求而设计，其既能确保成型锥形管的坯板本体高精度的弯曲成型，又能确保成型锥形管的坯板周向长度方向两端的端部亦能高精度的弯曲成型，最终确保所成型的锥形坯管高精度成圆，且稳定、可靠地对接，后续的支撑、焊接、校圆、装夹等工序有效、可靠地控制了锥形坯管的可能变形，使得整个成型过程中的成型精度被有效、可靠、稳定地精准控制，进而确保了成品锥形管能够按照设计要求而成型，成品精度高；而且，整个成型过程相对简单且容易、周期短、效率高，有利于大幅降低锥形管的成型成本（尤其是应用于工业设备上的锥形管），经济性好；另外，本发明所成型锥形管不仅可以应用于对精度技术要求高的工业设备中（例如汽轮机等），还可以应用于对精度技术要求低的其它应用环境中（例如建筑工程等），应用范围广，实用性强。

附图说明

图1是本发明步骤1中所述设计锥形管在轴向上的一种结构示意图（从大径端至小径端轴向俯视）。

图2是本发明步骤1中所述设计锥形管沿A-A剖开并展开的结构示意图（图中的B-B为设计锥形管的周向中径位置）。

图3是本发明步骤5中所述锥形半成品管的一种结构示意图。

图中代号含义：1—锥形半成品管；2—环形小撑筋；3—环形大撑筋；4—装夹搭子。

具体实施方式

本发明为钢板卷制锥形管的方法，下面对本发明的技术内容进行详细说明。

本发明包括下列步骤：

步骤1. 根据设计锥形管的尺寸对满足技术要求的钢板进行下料，设计锥管参见图1所示，具有非等径的大径端和小径端；该设计锥形管的尺寸包括轴向高度的尺寸和周向长度的尺寸，其中周向长度的尺寸以周向的中径长度为准；

在对钢板进行下料时，不仅应考虑锥形管轴向高度方向和周向长度方向的本体精准尺寸，而且应在此基础上考虑加工余量，即应当考虑到轴向高度方向和周向长度方向的四个端边部位的加工余量，也就是说，需要在轴向高度方向和周向长度方向上分别留足加工余量；参见图1和图2所示，对钢板的整个下料尺寸其实就是，将设计锥管沿A-A剪开铺展、并找到周向中径位置B-B（也就是锥形管壁厚的1/2），以B-B的平面面积为基准，在轴向高度方向上加以加工余量，在周向长度方向上亦加以加工余量；

其中，要求周向长度方向的加工余量应是锥形管设计厚度（例如20mm）的15～25倍，譬如15倍（即加工余量为300mm）、20倍（即加工余量为400mm）或25倍（即加工余量为500mm）等；而，轴向高度方向的加工余量通常为锥形管设计厚度的1/3～1倍即可，譬如1/2倍（10mm）或1倍（20mm）等；

如此下料，得到扇形状的坯板；

将扇形坯板放入校平机，对扇形状的坯板进行校平等校形处理；

步骤2. 根据设计要求的直径、周长等尺寸，在步骤1的扇形坯板上划设滚弯余量线和滚弯辐射线；

根据设计要求的直径、周长等尺寸，分别制作满足设计锥形管大、小径端端部内径的弧度检测样板；

其中，滚弯余量线的划设是，在扇形坯板的长度方向（即锥形管的周向长度方向）的两端端部，根据确定的加工余量和本体精准尺寸，按设计锥形管的轴向高度方向（即坯板的宽度方向）在扇形坯板上分别划设滚弯余量线；

滚弯辐射线的划设是，根据设计锥形管的直径，将扇形坯板的小径端进行等分处理，即根据设计锥形管的圆周度而将其划分成连续的多个弧段，通常，在扇形坯板小径端划设出的等分点为几十个，例如五十个，相邻等分点之间的距离相等；同样的，将扇形坯板的大径端进行等分处理，需要特别说明的是，大径端的等分点数量与小径端的等分点数量是一致的，且大径端上的相邻等分点之间的距离亦相等；然后将扇形坯板的两端等分点按设计锥形管的轴向高度方向（即坯板的宽度方向）两两对应的连接在一起，形成对应连线，即大径端的等分点与小径端的对应等分点连接起来，从而在扇形坯板上形成多条辐射线，这些辐射线用于扇形坯板在卷板机上进行滚弯处理的引导，即确保扇形坯板按对应的滚弯辐射线喂入卷板机进行制弯；

步骤3. 根据设计要求的弯曲弧度，将步骤2的扇形坯板放入卷板机上，对步骤2的坯板进行周向长度方向的两端端部的预滚弯处理，该预滚弯处理部位包含了坯板长度方向的端部预留加工余量部分和本体的端部部分，从而使坯板的周向长度方向的两端端部分别形成满足设计要求的弯曲弧度（用步骤2的弧度检测样板进行检测确定）；

根据步骤2划设的滚弯余量线，对坯板周向长度方向的每端端部进行切割处理，即对坯板周向长度方向的两端端部的预滚弯部位分别在轴向高度方向上进行切割处理，从而使坯板周向长度方向的每端端部的弯曲部位形成斜面结构的拼接坡口，即使坯板周向长度方向的两端端部弯曲部位具有相互对应的拼接坡口，也就是说，在坯板周向长度方向的端部加工余量去除后，坯板的周向长度方向的端部依然是按设计要求弯曲的，从而避免坯板周向长度方向的端部出现直段；

步骤4. 根据步骤2划设出的滚弯辐射线，将步骤3得到的长度方向两端端部弯曲的坯板喂入卷板机中进行滚弯处理，喂入角度应按坯板上所划设的滚弯辐射线及时进行调整；

直至整个坯板按照滚弯辐射线规则的弯曲成锥形的筒状结构；

锥形筒状坯板的周向长度方向的两端端部在周向上靠拢，此时将筒状坯板的周向长度方向两端端部的拼接坡口进行分段的点焊固定，在点焊固定之前和过程中，应该用步骤2的弧度检测样板进行圆周度的检测确定，从而形成周向连接在一起的锥形坯管；

根据锥形坯管的轴向两端的直径尺寸，成型对应的、米字型结构的支撑拉筋；将尺寸略大的支撑拉筋径向焊接固定在锥形坯管的轴向高度方向的大径端内壁处，将尺寸略小的支撑拉筋径向焊接固定在锥形坯管的轴向高度方向的小径端内壁处，这两个支撑拉筋均应处在轴向端部内侧的壁面上（距离对应端部约30～100mm的位置，例如30mm、50mm、80mm或100mm等），使支撑拉筋对锥形坯管形成稳定支撑、定型；

以手工电弧焊的方式，对锥形坯管的点焊拼接部位进行拼焊处理；

对锥形坯管的焊接部位的背面进行清根处理；

对锥形坯管的焊接部位进行检验处理，该检验方式为磁粉检验；检验合格后，再进行填充焊接；

对焊接后的锥形坯管进行回火处理，从而去除应力；

对去应力后的锥形坯管进行探伤、检验，该探伤、检验的方式为磁粉检验和射线检验，确定检验合格；

步骤5. 将步骤4所得锥形坯管内的两个支撑拉筋分别切割去除，并打磨锥形坯管内壁上的割痕，使锥形坯管内壁上的切割部位平滑；

将锥形坯管放入滚床校圆设备上（当然，该滚床校圆设备也可以采用手工火焰校形代替），对锥形坯管进行校圆处理，从而得锥形半成品管1；

根据锥形半成品管1的轴向两端的直径尺寸，成型对应的、环形状结构的环形撑筋，即尺寸略小的环形小撑筋2和尺寸略大的环形大撑筋3；

将环形小撑筋2径向的焊接固定在锥形半成品管1的轴向高度方向的小径端内壁处，将环形大撑筋3径向的焊接固定在锥形半成品管1的轴向高度方向的大径端内壁处，这两个撑筋均应处在轴向端部内侧的壁面上（距离对应端部约30～100mm的位置，例如30mm、50mm、80mm或100mm等），且确保撑筋周向壁面与锥形半成品管的内壁形成完全的面接触，使撑筋对锥形半成品管1形成稳定支撑、定型，进而控制锥形半成品管在后续切割加工时的可能变形；

在锥形半成品管1的外壁上装焊机床装夹用的装夹搭子4，装夹搭子4共四个，它们周向均布在锥形半成品管1的腰部外壁上；

将上述锥形半成品管1送入机床，通过机床对锥形半成品管1的轴向高度方向的两端端部处的型线进行加工处理，包括轴向高度方向两端端部处的加工余量切割去除等；

直至成品；将锥形管内壁的两个撑筋及外壁的四个装夹搭子分别切割去除，并打磨锥形管内壁和外壁上的对应割痕，使锥形管内壁和外壁上的对应切割部位平滑；得到钢板卷制而成的、高精度的锥形管。

以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。