辊轧成形管的制造的制作方法

1.本公开涉及辊轧成形管和焊接管的制造，特别地涉及构造成在焊接管辊轧成形设备中使用的接缝引导组件、包括接缝引导组件的辊轧成形设备、以及通过在焊接管辊轧成形设备中辊轧成形带材来制造包含铝或其合金的管的方法。


背景技术：

2.焊接管道和管典型地通过将扁平金属带材纵向地成形为几乎完整的管并且然后将两个边缘焊接在一起来制造。针对辊轧成形管材有许多应用领域，例如在hvac&r市场(加热、通风、空调和制冷)的领域中。在该技术领域内，环境需求推动了向具有提高的效率的空调和制冷设备的发展。响应于此，已经努力供应具有大范围的内表面增强物的较小直径铜管，相对于标准光滑解决方案，该内表面增强物能够增加铜管的传热系数。使用诸如具有内表面图案的小直径焊接管的先进产品涉及到在管的内部污染水平方面满足严格的要求。随着对成本降低的需求不断增加，人们对以铝管材的形式提供铜管材的替代品产生兴趣，铜管材传统上主要用于空调和制冷设备。然而，已经发现难以制造具有对于在诸如hvac&r的领域内的应用目的具有竞争力的特性的铝管。


技术实现要素：

3.本公开涉及用于制造焊接管的工具和方法，其提供了由铝或其合金制成的先进管产品的高效制造。根据本公开，提供了一种接缝引导组件，该接缝引导组件构造成在将边缘在焊接管辊轧成形设备的焊接部段中焊接在一起之前将正在辊轧成形为管的金属带材的纵向边缘保持在适当的位置。接缝引导组件包括前接缝引导尖端部件，该前接缝引导尖端部件以细长尖端从保持器的第一侧突出的方式附接到保持器，并且尖端构造成插入待焊接的管边缘之间。贯穿通道设置在保持器中，该通道具有：入口开口，其位于保持器的第一侧上，在保持器的纵向方向上邻近前接缝引导尖端部件；以及出口开口，其位于保持器的第二侧上，并且该出口开口构造成例如借助于诸如螺纹件或卡口联接器的连接配件连接到真空源，适用于真空源的连接部分可连接到该连接配件。接缝引导组件优选地包括后接缝引导尖端部件，该后接缝引导尖端部件以细长尖端从保持器的第一侧突出的方式附接到保持器，其中，后接缝引导尖端部件定位在保持器上，在保持器的纵向方向上距前接缝引导尖端部件一定距离，并且通道入口开口位于所述前尖端部件和后尖端部件之间。因此，接缝引导尖端被分成两部分，其中通道入口开口位于它们之间。通道的入口开口具有宽度，该宽度适当地不超过管的外径，并且该宽度更优选地大约相当于几乎成形为管的带材的边缘之间的距离。通道的入口开口优选地具有指向保持器的纵向方向的细长形状，以便适形于待焊接的带材边缘之间的开口。保持器可优选地包括布置在通道入口开口的每一侧上的引导凸缘。
4.根据本公开，还提供了一种焊接管辊轧成形设备，该设备包括构造成将金属带材成形为管的辊轧成形部段，随后是焊接部段。焊接部段包括接缝引导组件、高频感应焊接线
圈和一对焊接辊，并且构造成在管在行进方向上向前穿过设备的同时将正在辊轧成形为管的金属带材的纵向边缘焊接在一起。该设备还包括真空抽出部段，该真空抽出部段构造成抽出在管边缘的高频感应焊接期间在管内部产生的固体颗粒，该真空抽出部段位于该设备中辊轧成形管的边缘尚未被焊接在一起的位置处。真空抽出部段可适当地包括布置在焊接线圈和辊轧成形部段之间的如上所述接缝引导组件。真空抽出部段可有利地包括间隙真空喷嘴，该间隙真空喷嘴构造成连接到真空源并在管的行进方向上布置在接缝引导组件的后方，并且该间隙真空喷嘴构造成通过管的尚未焊接的边缘之间的开口抽出固体颗粒。真空抽出部段还可包括管真空喷嘴，该管真空喷嘴构造成连接到真空源，并且在管的行进方向上布置在接缝引导组件的后方，所述管真空喷嘴构造成定位在辊轧成形且尚未焊接的管内，以抽出存在于管内部的固体颗粒。
5.该设备还可有利地包括反向冲洗装置，该反向冲洗装置包括管状构件，该管状构件具有附接到其出口端部的气阀和附接到其入口端部的联接器，所述联接器构造成连接到加压气体源。反向冲洗装置构造成在管行进方向上的焊接线圈前方的位置处在与管的行进方向相反的方向上施加气体流，以便迫使任何剩余的固体颗粒在与成形管的行进方向相反的方向上移动，使得它们可在真空抽吸部段中被抽出。气体可适当地为逆流喷嘴。反向冲洗装置的管状构件可包括具有前端部的直第一部段，逆流喷嘴附接到该前端部上，所述直部段具有超过从接缝引导组件的后端部到在管行进方向上位于焊接线圈前方的位置的距离的长度，并且直第一部段具有小于待焊接管的内径的外径，使得它可插入到成品管中。管状构件还可包括具有承载联接器的后端部的第二部段。第二部段可相对于第一部段成角度。反向冲洗装置优选地布置在该设备中，使得金属带材围绕管状构件的直第一部段辊轧成形，并且逆流喷嘴在管的行进方向上位于焊接线圈的前方。
6.本公开还涉及已经由上述设备制造的管，其中，金属带材包括铝或其合金。
7.根据本公开，还提供了一种制造包括铝或其合金的管的方法。该方法包括：在焊接管辊轧成形设备的辊轧成形部段中将包括铝或其合金的带材辊轧成形为管；以及在该设备的高频感应焊接部段中将管边缘焊接在一起，该高频感应焊接部段包括焊接线圈和一对焊接辊。焊接包括在高频感应焊接期间通过在管的部段处施加真空来抽出管内部产生的固体颗粒，在该部段处，正在辊轧成形为管的金属带材的纵向边缘尚未焊接在一起。该方法可优选地包括通过在管行进方向上位于焊接线圈的前方的位置处在与管的行进方向相反的方向上施加加压气体来反向冲洗固体颗粒。
8.下面给出的详细描述和具体示例仅通过说明的方式公开了本公开的优选实施例。本领域技术人员从详细描述中的指导理解，可在本公开的范围内做出改变和修改。
附图说明
9.图1示意性地图示了成形和焊接设备；图2示意性地图示了高频焊接机构；图3示意性地图示了成形和焊接设备中的真空抽出部段的位置；图4是包括接缝引导组件的成形和焊接设备的焊接部段的透视图；图5是在其纵向方向上的接缝引导组件的截面图；图6a从接缝引导尖端侧示出了接缝引导组件；
图6b示出了接缝引导组件的零件；图7a示出了反向冲洗装置；图7b示出了反向冲洗装置的气阀；图8示意性地图示了成形和焊接设备的一部分，示出了管真空喷嘴和间隙真空喷嘴的位置。
具体实施方式
10.本公开涉及用于制造管的工具和方法，其允许制造具有20 mm或更小、优选地5-10 mm的直径的先进小直径铝管产品。管产品优选地制造为具有超过500 m、优选地超过1000 m的长度的连续盘管。这种管产品可用于例如加热、通风、空调或制冷的领域中。
11.焊接管辊轧成形的过程涉及将带材辊轧成形为管状形状，并借助于感应加热焊接线圈中的高频焊接将带材的纵向边缘焊接在一起，从而获得管。为了实现这一点，将带材进给到成形机或成形设备中，该成形机或成形设备通过由多个成形辊执行的不同连续成形步骤对带材进行成型，如图1中示意性地所示。当带材通过焊接线圈时，在焊接线圈周围感应电磁场，其感应在带材中流动的电流，主要集中在待连结的边缘处。金属对电流的电阻在这些边缘处产生迅速达到熔点的必要的热发展。当边缘仍处于熔融状态时，由于与侧挤压辊的相互作用，它们被锻造在一起，在带材上施加力，并且因此在两个边缘的界面处产生所需的压力。当通过焊接辊时，氧化金属和熔融金属被挤出接头，并且干净的底层金属被结合。在焊接后，定径辊(sizing roll)完成该过程，为管提供期望的最终几何形状。
12.在高频焊接中，在工作线圈中流动的电流产生磁场，该磁场与几乎成形的开口管相交。使用高频交流电产生两个关键的物理现象：“趋肤效应”，这是指感应的高频电流倾向于在导体的浅表皮中流动，以及“邻近效应”，这是指感应电流流入的两个导体的附近将具有将电流集中在导体的相对表面中的趋势。由于趋肤效应和邻近效应，感应电流将集中在“v形”(即刚好在焊接点之前的纵向带材边缘之间形成的v形空间)中，以及边缘“皮肤”体积(即在位于焊接线圈内的区域中的带材的外部)中。图2示意性地图示了高频焊接机构。
13.在通过高频焊接制造铝管的过程中，由于在带材边缘相遇的v形的顶点处施加在液相上的电磁力的存在而导致固体颗粒的排放，即铝颗粒的喷射。这种固体颗粒排放物从焊接点向所有方向喷射，这意味着它最终也会进入焊接管内部。当管以高速行进通过制造设备时，固体污染颗粒将与管一起行进离开尚未焊接的带材边缘之间的开口。
14.先进产品(诸如具有内表面图案的小直径焊接铝管)的制造和使用涉及满足在针对管的内部污染水平方面的严格要求，其中清洁度限制通常设置为固体颗粒内部污染低于0.5 mg/ft。然而，由高频焊接小直径铝管(具有10 mm或更小的直径)产生的固体颗粒污染的水平导致典型地可比最终管产品中接受的水平高25-100倍的固体颗粒污染水平。当制造具有相当长长度的小直径管材时，这是一个问题，因为很难从成品管中冲洗出这些颗粒。当管安装在例如加热、通风、空调或制冷设备中时，为了在管中获得适当的流动特性，重要的是避免最终管产品中存在例如呈颗粒形式的污染物。因此，本公开旨在提供一种有利于辊轧成形焊接铝管材的制造的解决方案。该解决方案依赖于借助于真空抽出在焊接管的制造期间并行执行的内部固体颗粒污染物的去除。由此，可提高所制造的管产品的产品质量，并且因此可由铝或其合金制造先进的小直径管。
15.因此，提供了一种接缝引导组件，其可在焊接管成形设备中使用，以能够借助于施加真空实现由于高频焊接而在焊接管内部产生的固体颗粒的排放物的去除。接缝引导件在管的行进方向(t)上直接布置在焊接线圈之前，并提供用于引导焊接接缝并防止在带材边缘中形成碎片，从而避免接缝滚动并在焊接线圈之前提供良好的电绝缘。因此，接缝引导组件构造成在将边缘在焊接管辊轧成形设备的焊接部段中焊接在一起之前将正在辊轧成形为管的金属带材的纵向边缘保持在适当的位置。接缝引导组件包括前接缝引导尖端部件，该前接缝引导尖端部件以细长尖端在远离所述第一侧的方向上从保持器的第一侧突出的方式附接到保持器，并且尖端构造成插入待焊接的管边缘之间。
16.保持器典型地可具有适于沿着管定位的大体上细长的形状，并且所述第一侧是保持器在焊接过程期间旨在面对待焊接管的一侧。在焊接过程中，当纵向管边缘借助于挤压辊朝向彼此被挤压时，纵向管边缘被压靠到尖端的侧表面，从而通过由挤压辊辅助的接缝引导组件的尖端保持在适当的位置。前接缝引导尖端部件也可在保持器的纵向方向上从保持器延伸，使得其最外面的尖端边缘可沿着管进一步向前延伸，而由于缺乏空间，这对于保持器来说是不可能的。贯穿通道设置在保持器中。该通道具有位于保持器的第一侧(即面向待焊接管的一侧)上的入口开口和位于保持器的第二侧(即保持器不面向管的一侧，例如在垂直于第一侧或与第一侧相对的一侧)上的出口开口。
17.贯穿通道的入口开口位于在保持器的纵向方向上邻近前接缝引导尖端部件处，并且出口开口构造成连接到真空源。借助于真空源，由于高频焊接而已经在管内部喷射的颗粒的排放物可通过接缝引导组件的通道从成形和焊接的管的内部去除。连接部分可附接到出口开口，以有利于连接到真空源。
18.接缝引导组件优选地包括后接缝引导尖端部件，该后接缝引导尖端部件以细长尖端从保持器的第一侧突出的方式附接到保持器，其中，后接缝引导尖端部件定位在保持器上，在保持器的纵向方向上距前接缝引导尖端部件一定距离，并且通道入口开口位于所述前尖端部件和后尖端部件之间。因此，接缝引导尖端被分成两部分，其中通道入口开口位于它们之间。这允许待焊接的带材边缘沿着辊轧成形带材的更大长度被适当地引导。接缝引导组件的保持器可适当地由黄铜制成，并且接缝引导尖端部件适当地由电绝缘材料、优选地陶瓷材料制成。通道的入口开口具有宽度，该宽度适当地不超过管的外径，并且更优选地大约相当于几乎成形为管的带材的边缘之间的距离。因此，通过通道施加的真空将有效地作用在辊轧成形带材的内部上。通道的入口开口优选地具有指向保持器的纵向方向的细长形状，以便适形于待焊接的带材边缘之间的开口。为了有利于接缝引导件的正确定位，保持器可优选地包括布置在通道入口开口的每一侧上的引导凸缘。接缝引导组件不包括在焊接过程期间需要在管内部行进的任何部件。因此，本发明的接缝引导组件允许焊接非常小直径(诸如20 mm或更小，优选地5-10 mm)的管。
19.根据本公开，还提供了一种焊接管辊轧成形设备，该设备包括构造成将金属带材成形为管的辊轧成形部段，随后是焊接部段。焊接部段包括接缝引导组件、高频感应焊接线圈和一对焊接辊，并且构造成在管在行进方向上向前穿过设备的同时将正在辊轧成形为管的金属带材的纵向边缘焊接在一起。焊接线圈典型地是弯曲以产生垂直于管方向的多个卷绕物的铜管。
20.该设备还包括真空抽出部段，该真空抽出部段构造成抽出在带材边缘的高频感应
焊接期间在管内部产生的固体颗粒。真空抽出部段位于设备中辊轧成形带材的边缘尚未焊接在一起的位置处，即在焊接部段(201)的后方，即在管的行进方向上在焊接部段的上游。真空抽出部段优选地布置在设备中，使得它覆盖邻近焊接线圈的尚未焊接的带材边缘之间的间隙。应当选择真空减压，以充分地去除管内部存在的颗粒，例如对于2-5 cm的真空管直径大约10 m/s或更高的吸力。
21.真空抽出部段可适当地包括如上所述的接缝引导组件，该接缝引导组件布置在焊接线圈和辊轧成形部段之间，优选地尽可能靠近焊接线圈。真空抽出部段可有利地包括间隙真空喷嘴，该间隙真空喷嘴构造成连接到真空源并在管的行进方向上布置在接缝引导组件的后方，并且该间隙真空喷嘴构造成通过管的尚未焊接的边缘之间的开口抽出固体颗粒。间隙真空喷嘴可适当地定位在几乎形成管的带材的边缘之间的开口的顶部上，其宽度不超过管的外径，并且大于边缘之间的距离，从而覆盖包括在设备的管辊轧成形部段和接缝引导尖端组件之间的几乎形成管的带材的全部或部分长度。真空抽出部段还可包括管真空喷嘴，该管真空喷嘴构造成连接到真空源，并且在管的行进方向上布置在接缝引导组件的后方(即上游)，所述管真空喷嘴构造成定位在辊轧成形且尚未焊接的管内，以抽出存在于管内部的固体颗粒。以这种方式，可进一步减少内部颗粒污染物。
22.如上文所提及，很难冲洗具有相当长长度的小直径管。然而，根据本公开，该设备可有利地包括反向冲洗装置，以便进一步改善成品管内部的任何颗粒的去除。反向冲洗装置包括管状构件，该管状构件具有附接到其出口端部的气阀和附接到其入口端部的联接器，所述联接器构造成连接到加压气体源，优选地诸如氮气的中性气体。反向冲洗装置构造成在管行进方向上的焊接线圈前方的位置处在与管的行进方向相反的方向上施加气体流，以便迫使任何剩余的固体颗粒在与成形管的行进方向相反的方向上移动，使得它们可在真空抽吸部段中被抽出，从而进一步有利于去除焊接管内部的颗粒，这些颗粒仍然残留在焊接点之后，即焊接点的下游，优选地也在可为焊接部段的一部分的挤压辊的下游。因此，气体从管内部超过锻造点的位置的反向冲洗导致真空抽吸效率和泡沫去除量的最终增加。
23.气阀可适当地为逆流喷嘴。管状构件可为由诸如ptfe的耐热材料制成的柔性管道。反向冲洗装置的管状构件可包括具有前端部的直第一部段，逆流喷嘴附接到该前端部上，所述直部段具有超过从接缝引导组件的后端部到在管行进方向上位于焊接线圈前方的位置的距离的长度，并且直第一部段具有小于待焊接管的内径的外径，使得它可插入到成品管中。管状构件还可包括具有承载联接器的后端部的第二部段。第二部段可相对于第一部段成角度。反向冲洗装置优选地布置在该设备中，使得金属带材围绕管状构件的直第一部段辊轧成形，并且逆流喷嘴在管的行进方向上位于焊接线圈的前方。反向冲洗装置的管状构件最靠近感应线圈的部分可由玻璃纤维增强环氧树脂材料或陶瓷材料制成，以能够承受焊接时局部产生的高温，并避免由于与固体颗粒接触而造成的损坏。气阀可具有小于管内径的外径。应当注意的是，反向冲洗装置可独立地在用于制造辊轧成形和焊接管的设备中使用，即，它不一定需要真空抽吸装置或接缝引导组件的存在。
24.本公开还涉及已经由上述设备制造的管，其中，金属带材包括铝或其合金。
25.还提供了一种制造包括铝或其合金的管的方法。该方法包括：在焊接管辊轧成形设备的辊轧成形部段中将包括铝或其合金的带材辊轧成形为管；以及在该设备的高频感应焊接部段中将管边缘焊接在一起，该高频感应焊接部段包括焊接线圈和一对焊接辊。焊接
包括在高频感应焊接期间通过在管的部段处施加真空来抽出管内部产生的固体颗粒，在该部段处，正在辊轧成形为管的金属带材的纵向边缘尚未焊接在一起。该方法可优选地包括通过在管行进方向上位于焊接线圈的前方的位置处在与管的行进方向相反的方向上施加加压气体来反向冲洗固体颗粒。形成管的带材优选地具有通过压花图案获得的增强表面，以增加管产品的热传递特性。选择带材宽度，使得成形的管达到优选地20 mm或更小(优选地5-10 mm)的期望直径。
26.示例实施例的描述现在将参照附图描述本公开的工具和方法，其中示出了本公开的优选示例实施例。然而，本公开可以其它形式实施，并且不应被解释为限于本文中公开的实施例。提供所公开的实施例以向技术人员全面传达本公开的范围。
27.图1示意性地图示了常规的焊接管辊轧成形设备200，其包括构造成将金属带材成形为管的辊轧成形部段202，随后是焊接部段201、高频感应焊接线圈203和一对焊接辊204。该设备不包括接缝引导组件。
28.图2更详细地示意性地图示了高频焊接机构，其中金属带材102几乎成形为管100。该图示出了带材如何成形以使纵向边缘彼此抵接以及几乎闭合的管如何移动通过焊接线圈。
29.图4是包括本公开的接缝引导组件的成形和焊接设备的焊接部段的透视图。图4还图示了如何将反向冲洗装置300插入到几乎闭合的管中。为了说明的目的，带材的纵向侧边缘之间的开口有些夸大。
30.图5是在其纵向方向上的接缝引导组件的截面图。图5中的小箭头示出了待抽出的固体颗粒的行进路径。图6a示出了从接缝引导尖端侧看的接缝引导组件，并且图6b示出了接缝引导组件的部分。
31.接缝引导组件1构造成在将边缘在焊接管辊轧成形设备200的焊接部段201中焊接在一起之前将正在辊轧成形为管100的金属带材102的纵向边缘101保持在适当的位置。接缝引导组件1包括前接缝引导尖端部件2，该前接缝引导尖端部件2附接到保持器3，使得细长尖端4从保持器3的第一侧5突出。尖端4构造成插入待焊接的管边缘101之间。贯穿通道6设置在保持器3中。该通道具有在保持器的纵向方向上邻近前接缝引导尖端部件2的位于保持器的第一侧5上的入口开口7以及位于保持器的第二侧9上的出口开口8。出口开口构造成连接到真空源。连接部分18可例如借助于螺纹件联接到出口开口。后接缝引导尖端部件10附接到保持器3，使得细长尖端11从保持器3的第一侧5突出。后接缝引导尖端部件10定位在保持器上在保持器的纵向方向上距前接缝引导尖端部件2一定距离处，并且通道入口开口7位于所述前尖端部件2和后尖端部件10之间。保持器3包括引导凸缘12，该引导凸缘12布置在通道入口开口7的每一侧上。
32.图3示意性地图示了焊接管辊轧成形设备200，该设备包括构造成将金属带材102成形为管100的辊轧成形部段202，随后是接缝引导组件和/或真空抽出部段205以及焊接部段201，该焊接部段201包括高频感应焊接线圈203和一对焊接辊204。该设备构造成在管在行进方向(t)上向前穿过该设备的同时将正被辊轧成形为管100的金属带材102的纵向边缘101焊接在一起。图3示意性地图示了成形和焊接设备中的真空抽出部段205的位置。该图图示了可包括接缝引导件和真空抽吸装备两者的真空抽出部段如何布置在尚未闭合和焊接
的管上，没有其中针对装备的细节，这些细节在下面的图中更清楚地示出。高频感应焊接线圈203可以各种方式设计，如例如在图2至图4和图7a中所示。
33.该设备还包括真空抽出部段205，该真空抽出部段205构造成抽出在管边缘的高频感应焊接期间在管100内部产生的固体颗粒，该真空抽出部段205位于该设备中辊轧成形管的边缘101尚未被焊接在一起的位置处。真空抽出部段205包括布置在焊接线圈203和辊轧成形部段202之间的接缝引导组件1。
34.如图8中示意性地图示的，管辊轧成形设备的焊接真空抽出部段205可包括间隙真空喷嘴206和管真空喷嘴207。图中的箭头示出了待抽出的固体颗粒的行进路径。间隙真空喷嘴206连接到真空源，并且在管100的行进方向(t)上布置在接缝引导组件208的后方，并且构造成通过管的尚未焊接的边缘之间的开口抽出固体颗粒。管真空喷嘴207还连接到真空源，并且在管100的行进方向(t)上布置在接缝引导组件208的后方。管真空喷嘴207定位在辊轧成形且尚未焊接的管内，以抽出存在于管内部的固体颗粒。
35.图7a示出了反向冲洗装置，并且图7b示出了其气阀302，该气阀呈逆流喷嘴的形式。反向冲洗装置300包括管状构件301，该管状构件301具有附接到其出口端部303的气阀302和附接到其入口端部305的联接器304。联接器连接到加压气体源，并且反向冲洗装置在管行进方向(t)上的焊接线圈203前方的位置(p)处在与管100的行进方向(t)相反的方向上施加气体流。在所示的示例中，反向冲洗装置300的管状构件301包括具有前端部303的直第一部段306，逆流喷嘴302附接到该前端部303上。该直部段306具有超过从接缝引导组件1的后端部13到在管100的行进方向(t)上焊缝线圈203前方的位置(p)的距离的长度l(如例如图8中所见)。管状构件301包括具有承载联接器304的后端部的第二部段307，所述第二部段307相对于第一部段306成一定角度。如图4和图8中所示，反向冲洗装置300可布置成使得金属带材102围绕管状构件301的直第一部段306辊轧成形，并且逆流喷嘴302位于在管100的行进方向(t)上的焊接线圈的前方。
36.本领域技术人员认识到，本公开不限于上述优选实施例。本领域技术人员进一步认识到，在所附权利要求书的范围内，修改和变型是可能的。