专利名称：多壁管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造多壁金属管的方法及由该方法制成的多壁管。具体而言，本发明涉及一种在一连续的加工过程中由预先切好的金属带制成的多壁金属管。
授权给Bundy、发明名称为“管道”的美国专利1,431,368公开了一种由金属带制成的多壁管，其中金属带被镀锡或涂有钎料并沿纵向卷绕在固定芯棒上，从而形成多壁管。在该专利所公开的方法中，芯棒被用于在其内径处支承位于精轧机架上的管。这种芯棒可以保证密封的管结构和尺寸公差控制。尽管Bundy的专利方法在四十多年内一直代表着工业标准，但还是存在以至少等效的成品管对其进行改进的可能。具体而言，精轧机架上的芯棒是我们一直担心的原因，芯棒是一个相当大的成本因素。
本发明通过省去芯棒而对现有的生产方法提出了改进。而且，由本发明的方法制造出来的多层管在本领域内也是一项新的发明。
本发明涉及一种制造多壁金属管的方法及由该方法制成的多壁管。在本发明的方法中，一预先成形的管被用作内芯。涂有锌基合金的金属条带沿纵向卷绕在该芯管上。接着，将该组件加热到锌基合金的钎焊温度，从而使所有的层成一体，以形成成品多壁管。
与美国专利1,431,368所述的方法相比，本发明的总生产能力显著提高。从而减少或消除了由芯棒的选择、定位及调整所产生的尺寸变化、刮削和停机时间。由于在成形模具中仅需要很少的润滑剂，甚至不需要润滑剂，因此成品多壁管之内部的清洁度也得以提高。
下面通过附图及实施例说明本发明，附图中
图1为用于实施本发明之方法的加工装置的侧视图；图2为涂有锌基合金的原料通过模具之前的放大剖视图3为沿图1之剖面线3-3的剖视图，该图示出原料通过第一组成形辊；图4为沿图1之剖面线4-4的剖视图，该图示出原料通过第二组成形辊；图5为沿图1之剖面线5-5的剖视图，该图示出原料通过最后一组成形辊；图6为成品管的剖视图。
本发明的方法采用图1所示的在线滚轧机。在该方法中，一内部芯管12和涂有锌基合金16的金属条带或金属卷被同时输送给在线滚轧机。带涂层的金属条带18通过第一组辊20和22，辊20和22的台肩部分抵靠在带涂层的金属条带上。第二组辊26和28将带涂层的金属条带向上弯曲。第三组辊30和32压迫带涂层的金属条带并使其以重叠的形式卷绕在内部芯管12上。接下来，内部芯管12与涂层条带18的组件34连续或批量地进给到加热炉36内，而加热炉36内的温度保持在锌基合金16的钎焊温度。这样，就使所有层都被钎焊，从而使其成一体。
本发明的多壁管为一种包括一内部芯管12及钎焊到内部芯管12上的外部条带18的多壁管10。内部芯管12本身是压力密封的，与外部条带18无关。由于加工方法的易变性，因此外部条带18的焊缝可能松动或存在间隙。如果不设置压力密封的内部芯管12，那么松动的外部焊缝将会导致泄漏。
这种情况在多层管端部的扩口部分的形成过程中尤其明显。扩口部分为在管的端部径向增大的凸缘，该部分用于与配套部件相连接。扩口部分可通过用至少一个冲杆对管的端部进行冲压而形成，此时管定位于夹块内。夹块和冲杆被制造成可加工出合适尺寸和形状的扩口部分。一个扩口部分可通过冲杆的一次冲压而形成。两个扩口部分需要两种不同冲杆的两次冲压。为形成两个扩口部分，第一冲杆的第一次冲压使前部凸缘发生变化。第二冲杆的第二次冲压使管向里折迭，并在扩口的密封表面上弯成一个合适的角度。在扩口的成形过程中，在扩口的端部及双扩口的折迭部分上将会产生应力。这些应力可能使焊缝分离并可能产生泄漏。
使用本身为压力密封的内部芯管12可消除通过金属条带18之焊缝的泄漏。尽管金属条带18增强了耐疲劳性能和对压力性能，但其对多壁管10的泄漏密封性并不起关键性作用。这就可以只依赖于内部芯管的泄漏密封性而保证100％的泄漏密封性。因此，本发明可减少由于金属条带之焊缝的松动、分离或空隙而把成品管报废的需要。
如先于本发明的背景技术部分所述，在精轧机架上需要一个芯棒在内径处支承外层。芯棒保持静止不动，而连续移动的金属原料卷绕在该固定的芯棒上。因此，需要在固定芯棒与移动的金属原料之间形成润滑，以减少芯棒与金属原料之间的摩擦。因此，芯棒作业的副产品就是残留在成品多壁管10之内径上的润滑剂。由于在加工过程中，仅需要很少的润滑剂，甚至可能不需要润滑剂，因此，在外壁层的形成过程中，用内部芯管12替代在内径处支承外层管的芯棒可免受清洁度问题的困扰。
此外，限定多壁管10之内径的内部芯管12是由与在线滚轧机分开的工序中形成的。因此，内径的清洁度与在线滚轧机无关，但与内径的形成有关。只要内部芯管以内径清洁的方式被制成，那么多壁管10的内径也将是清洁的。
用内部芯管12替代芯棒省去了更换芯棒所需的停机时间。尽管在现有的加工方法中，为减少摩擦，需要在芯棒与金属原料之间使用润滑剂，但芯棒还是要磨损。一旦由于磨损而使芯棒的直径减小，那么成品管的内径也要减小。这样，内径与外径的直径差就会增加，从而使焊缝松动或存在空隙。由于焊缝中不宜存在空隙或松动，因此就需要周期性地更换芯棒，这样就在加工过程中产生了停机时间。本发明不使用固定芯棒，而是使内部芯管以与形成外层的金属原料相同的速率被进给。因此，省去了用于更换磨损芯棒的停机时间。
使用内部芯管替代芯棒的另一优点在于省去了在加热阶段前在组件上涂敷碳涂层的步骤。如果成品管在任一侧上都未受到支承，由于组件被加热到锌基合金钎焊的温度，那么锌基合金将会从焊缝流出，并且使组件有展开的倾向。为防止锌基合金的流出，在加热工序之前，给组件涂敷一层碳涂层。碳涂层具有类似于氧化锌基合金和固化锌基合金的作用。此外，由于碳涂层为黑色，因此它还产生黑体作用(black bodyeffect)，以使成品管更迅速、更均匀地吸收热量。
用固定内部芯管12替代芯棒成形外管的多层管解决了管体展开的问题并省去了对黑体作用的需要。金属条带18在内径处被内管12所支承；因此，降低了金属条带18在加热阶段展开的可能性。此外，使用内管的方法无需吸收很多热量，这是因为金属条带18在内径处被内管12所支承，因此利用内管的方法更加易于加工成形。由于本发明之加热工序的温度低于不使用内部芯管之方法的温度，因此加热炉内的温度不会达到足以使锌基合金流出的温度。
适合于形成内部芯管12的管材包括单层的焊接钢管、单层焊接不锈钢管、单层无缝钢管、单层无缝不锈钢管、钎焊的双层管或上述各种不同结构的多壁管。内部芯管12可由传统的管成形方法制成。用于制造内部芯管12的具体方法不是本发明的一部分。成形的内部芯管12可在其成形后立即被输送给连续整体式生产线上的外层管滚轧机。或者，将成形的内部芯管12以螺旋盘状的形式存储起来，接着将其输送到外层管滚轧机内。
滚轧机的侧视图如图1所示。金属条带或金属卷18如图2所示。金属条带18被切割成合适的宽度，并在其两侧镀有锌基合金16。合适的锌基合金16包括铜、镍、银的钎焊合金或这些材料的任意组合。镀有锌基合金16的金属条带18被连续进给到在线滚轧机，其进给速度与内部芯管12进给到在线滚轧机的速度相同。在在线滚轧机中，金属条带18从上部辊20与下部辊22之间穿过，辊20和22将台肩部分24抵靠在金属原料上，如图3所示。台肩24偏向金属条带18之中心的一侧，从而使条带的这一侧宽于其另一侧。这样就可以将较宽的一侧卷在较窄的一侧上。此后，金属条带18到达辊26和28，辊26和28用于向上弯曲金属条带的边缘，如图4所示。接着，金属条带18将围绕内部芯管12并通过一组水平设置的压力辊30和32，以迫使金属条带18重叠地包围在芯管12上，如图5所示。
包括纵向卷绕着金属条带18内部芯管12的组件34被连续输送到达到锌基合金16钎焊温度的加热炉内，从而使所有的层都成为一体，以完成本发明的多壁制品。钎焊工艺的细节是公知的。
或者，在金属条带18卷绕在芯管12上之后，将组件34成批地切割成长度为60至100英寸的段。接下来，将组件34的切割段在加热炉内成批地加热到锌基合金16的钎焊温度。
成品多层管10的横截面如图6所示。多层管10包括内部芯管12、卷绕在内管12上的金属条带18和位于内管12与金属条带18之间的锌基合金层16a。设置于金属条带18之间的为另一锌基合金层16b。本发明的多壁管与现有的多壁管之间的区别在于本发明的管具有较多层的结构。条带可以较窄，仅卷绕内管一次；条带也可以较宽，卷绕内管三次。
本发明的另一种变形包括使用双壁管作内芯材料，而不是使用单层管作内芯材料。如上所述，内部芯管12是压力密封的，而且金属条带18对多层管10的泄漏整体性不起关键性作用。由于可用双层管替代单层管作内芯，因此本发明的多壁管10可有效地应用于高压领域，例如柴油管。
本发明已参照实施例对不同的特征作出了说明。应该理解在不脱离所附权利要求书所限定的保护范围内，可对本发明作出修改。例如，在上述的实施例中金属条带18可以是双层的。根据成品管所需的耐疲劳强度和压力密封度，金属条带18可为单层、三层或更多层。
权利要求
1.一种多壁管，其包括一内芯管，该内芯管具有一圆柱形的外表面；一金属条带，该金属条带具有圆柱形的内表面，该内表面上镀有钎焊材料；其中所述的金属条带沿纵向至少一次卷绕在所述芯管上并被钎焊到所述芯管上，以形成一体的管。
2.根据权利要求1所述的多壁管，其特征在于所述钎焊材料将至少所述条带的内表面连接到所述内芯管的圆柱形外表面上。
3.根据权利要求1所述的多壁管，其特征在于所述金属条带纵向卷绕所述芯管两次。
4.根据权利要求1所述的多壁管，其特征在于所述金属条带纵向卷绕所述芯管三次。
5.根据权利要求1所述的多壁管，其特征在于所述的内芯管具有压力密封的完整性。
6.根据权利要求5所述的多壁管，其特征在于所述的内芯管选自下列管材单层焊接钢管、单层焊接不锈钢管、单层无缝钢管、单层无缝不锈钢管、钎焊双层管或多层管。
7.根据权利要求1所述的多壁管，其特征在于所述锌基合金选自下列材料铜、镍、银的钎焊合金或其任意组合。
8.一种多层管，其包括一内芯管；卷绕在芯管上的金属条带；一层锌基合金，介于所述内芯管与所述卷绕的金属条带之间。
9.根据权利要求8所述的多层管，其特征在于所述金属条带至少覆盖其本身一次。
10.根据权利要求8所述的多层管，其特征在于所述金属条带至少覆盖其本身两次。
11.根据权利要求8所述的多层管，其特征在于所述内芯管具有压力密封的完整性。
12.根据权利要求11所述的多层管，其特征在于所述的内芯管选自下列管材单层焊接钢管、单层焊接不锈钢管、单层无缝钢管、单层无缝不锈钢管、钎焊双层管或多层管。
13.根据权利要求8所述的多层管，其特征在于所述锌基合金选自下列材料铜、镍、银的钎焊合金或其任意组合。
14.一种制造多层管的方法，其包括以下步骤(a)提供一内芯管；(b)提供金属条带，该金属条带至少在一侧镀有适合钎焊的锌基合金；(c)将所述金属条带卷绕所述芯管至少一次；(d)将卷绕有金属条带的所述内芯管加热到所述锌基合金的钎焊温度，从而使所有的层成为一体。
15.根据权利要求14所述的制造多层管的方法，其特征在于所述的芯管具有压力密封的完整性。
16.根据权利要求15所述的制造多层管的方法，其特征在于所述的内芯管选自下列管材单层焊接钢管、单层焊接不锈钢管、单层无缝钢管、单层无缝不锈钢管、钎焊双层管或多层管。
17.根据权利要求14所述的制造多层管的方法，其特征在于所述锌基合金选自下列材料铜、镍、银的钎焊合金或其任意组合。
18.根据权利要求14所述的制造多层管的方法，其特征在于所述金属条带沿纵向卷绕所述芯管两次。
19.根据权利要求14所述的制造多层管的方法，其特征在于所述金属条带沿纵向卷绕所述芯管三次。
全文摘要
本发明涉及一种多壁管及制造这种多壁管的方法。在本发明的方法中,一预先成形的管被用作内芯管。镀有锌基合金的金属条带纵向卷绕在内芯管上。接着,将组件加热到锌基合金的钎焊温度,从而使所有的层形成一体,以制成最终的成品多壁管。
文档编号B21D51/18GK1252505SQ9912339
公开日2000年5月10日 申请日期1999年10月28日 优先权日1998年10月28日
发明者德尔伯特·L·阿德金斯 申请人:邦迪公司