一種金屬波紋管的無(wú)模成形工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬管材成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬波紋管的無(wú)模成形工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬波紋管作為一種特殊的異型管材，因其具有特殊的功能而備受關(guān)注。金屬波紋管具有軸向、角向及橫向變形能力，并具有受力變形特性和幾何形狀周期改變等特性，以及能夠補(bǔ)償管線熱變形、減震、吸收管線沉降變形等特性，因此，金屬波紋管已廣泛應(yīng)用于石化、儀表、航天、化工、電力、水泥、冶金、機(jī)械、交通、核能等行業(yè)內(nèi)，并用于制造各種敏感元件、補(bǔ)償元件、柔性連接件及換熱元件等。
[0003]現(xiàn)階段，對(duì)于金屬波紋管的加工制造，其中小型金屬波紋管通常采用內(nèi)高壓成形工藝方法、機(jī)械脹形工藝方法、橡膠脹形工藝方法(含氣胎脹形)、擠壓成形工藝方法等生產(chǎn)制造，而大型金屬波紋管通常采用輥壓成形工藝方法、波紋板卷制成形工藝方法及膜片環(huán)焊接成形工藝方法等生產(chǎn)制造。
[0004]對(duì)于內(nèi)高壓成形工藝方法而言，需要將金屬圓管放入波紋管成形模具內(nèi)，然后在金屬圓管內(nèi)部充入高壓液，在高壓液壓力作用下使金屬圓管變形，直到形成波紋管。由于該方法必須用到成形模具和液壓系統(tǒng)，且生產(chǎn)不同型號(hào)的波紋管則需要準(zhǔn)備多套成形模具，導(dǎo)致波紋管的生產(chǎn)成本非常高。
[0005]對(duì)于機(jī)械脹形工藝方法、橡膠脹形工藝方法(含氣胎脹形)、擠壓成形工藝方法而言，由于成形工藝較為復(fù)雜，且還需要大量的輔助成形工具，使波紋管的生產(chǎn)成本居高不下。
[0006]對(duì)于輥壓成形工藝方法、波紋板卷制成形工藝方法及膜片環(huán)焊接成形工藝方法而言，由于存在后期的焊接工序，且焊接過(guò)程不僅會(huì)產(chǎn)生焊縫，還會(huì)造成金屬波紋管在焊接影響區(qū)出現(xiàn)力學(xué)性能的惡化，從而限制金屬波紋管的應(yīng)用范圍。
[0007]再有，上述現(xiàn)有的傳統(tǒng)工藝方法中，均無(wú)法有效生產(chǎn)徑厚比較小的金屬波紋管，因此，亟需一種全新的金屬波紋管成形工藝方法，不但能夠滿足常規(guī)徑厚比的金屬波紋管的生產(chǎn)，還能夠滿足徑厚比較小的金屬波紋管的生產(chǎn)，并具有工藝方法簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬波紋管的無(wú)模成形工藝方法，首次采用壓縮屈曲方式制備金屬波紋管，不但能夠滿足常規(guī)徑厚比的金屬波紋管的生產(chǎn)，還能夠滿足徑厚比較小的金屬波紋管的生產(chǎn)，且工藝方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種金屬波紋管的無(wú)模成形工藝方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一:選取待加工的金屬圓管，并對(duì)金屬圓管進(jìn)行裝卡固定；
[0011]步驟二:在金屬圓管上選定一處局部位置進(jìn)行環(huán)向加熱，同時(shí)在環(huán)向加熱區(qū)的兩側(cè)進(jìn)行環(huán)向冷卻；
[0012]步驟三:當(dāng)金屬圓管在環(huán)向加熱區(qū)的溫度達(dá)到設(shè)定值后，開(kāi)始對(duì)金屬圓管進(jìn)行軸向壓縮，在壓縮過(guò)程中，金屬圓管上環(huán)向加熱區(qū)對(duì)應(yīng)的部分會(huì)逐漸凸起并形成波紋；
[0013]步驟四:在波紋形成過(guò)程中，逐漸成型的波紋移向環(huán)向冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻定型；
[0014]步驟五:當(dāng)波紋完全冷卻定型后，金屬圓管的下一處局部位置移至環(huán)向加熱區(qū)，且在環(huán)向加熱區(qū)的兩側(cè)依舊進(jìn)行環(huán)向冷卻，重復(fù)步驟四，完成另一處波紋的加工；
[0015]步驟六:重復(fù)步驟四、步驟五，完成其余波紋的加工，并最終完成金屬波紋管的加工。
[0016]在金屬圓管軸向壓縮過(guò)程中，金屬圓管一端的壓縮行進(jìn)速度設(shè)為V1，金屬圓管另一端的壓縮行進(jìn)速度設(shè)為V2，環(huán)向加熱區(qū)和環(huán)向制冷區(qū)的移動(dòng)速度設(shè)為v3，且\、\及V 3之間的設(shè)定方式有以下兩種:
[0017]2,'= 0，且 V ^V2的方向相同；
[0018]?V3> V1, V2= 0，且 V 3與 V1的方向相同。
[0019]所述金屬圓管通過(guò)高頻加熱線圈進(jìn)行環(huán)向加熱，高頻加熱線圈所在區(qū)域即為環(huán)向加熱區(qū)，高頻加熱線圈的加熱速度為O?100°C /S。
[0020]所述環(huán)向加熱區(qū)的實(shí)時(shí)溫度通過(guò)非接觸式的紅外測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0021]通過(guò)調(diào)整高頻加熱線圈的寬度來(lái)改變金屬圓管受熱區(qū)域的軸向?qū)挾?，通過(guò)金屬圓管受熱區(qū)域的軸向?qū)挾却_定波紋的波峰高度。
[0022]所述金屬圓管通過(guò)水幕噴頭進(jìn)行環(huán)向冷卻，水幕噴頭所在區(qū)域即為環(huán)向冷卻區(qū)，通過(guò)控制水幕噴頭的水流速度和水流壓力調(diào)整冷卻強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整環(huán)向冷卻區(qū)與環(huán)向加熱區(qū)的間距，以及環(huán)向冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度來(lái)控制環(huán)向加熱區(qū)的溫度分布，通過(guò)調(diào)整環(huán)向加熱區(qū)的溫度分布來(lái)控制金屬波紋管的波紋形狀。
[0023]在金屬圓管軸向壓縮過(guò)程中，當(dāng)金屬圓管一端的壓縮行進(jìn)速度％大于金屬圓管另一端的壓縮行進(jìn)速度V2，環(huán)向加熱區(qū)和環(huán)向制冷區(qū)的移動(dòng)速度％等于零，且V 1與V 2的方向相同時(shí)，通過(guò)調(diào)整VgV2之間的速度比來(lái)控制金屬波紋管的波紋形狀。
[0024]通過(guò)增大￥1與V2之間的速度比，可增加金屬波紋管波紋的波峰高度以及減小波紋的波峰間距；通過(guò)減小％與V2之間的速度比，可降低金屬波紋管波紋的波峰高度以及增加波紋的波峰間距。
[0025]在金屬圓管軸向壓縮過(guò)程中，當(dāng)環(huán)向加熱區(qū)和環(huán)向制冷區(qū)的移動(dòng)速度％大于金屬圓管一端的壓縮行進(jìn)速度V1，金屬圓管另一端的壓縮行進(jìn)速度^等于零，且V 3與V i的方向相同時(shí)，通過(guò)調(diào)整％與V i之間的速度比來(lái)控制金屬波紋管的波紋形狀。
[0026]通過(guò)增大￥3與V1之間的速度比，可增加金屬波紋管波紋的波峰高度以及減小波紋的波峰間距；通過(guò)減?。ヅcV i之間的速度比，可降低金屬波紋管波紋的波峰高度以及增加波紋的波峰間距。
[0027]本發(fā)明的有益效果:
[0028]本發(fā)明首次采用壓縮屈曲方式制備金屬波紋管，金屬波紋管加工過(guò)程中完全無(wú)需使用模具，在壓縮過(guò)程中，通過(guò)控制壓縮時(shí)的速度比、環(huán)向加熱區(qū)的加熱寬度以及環(huán)向加熱區(qū)的溫度分布即可控制金屬波紋管的波紋形狀，從而實(shí)現(xiàn)金屬波紋管的加工制造；本發(fā)明與傳統(tǒng)的金屬波紋管成形工藝相比，當(dāng)金屬波紋管的徑厚比較小時(shí)，傳統(tǒng)工藝將無(wú)法再滿足金屬波紋管的制造加工，而本發(fā)明克服了徑厚比的限制，由于采用了全新的壓縮屈曲方式，盡管徑厚比較小，仍然可以輕松滿足金屬波紋管的加工制造。當(dāng)金屬波紋管達(dá)到微細(xì)級(jí)時(shí)，由于微細(xì)金屬波紋管的直徑和壁厚均非常小，采用傳統(tǒng)方式已很難制備，且制備成本非常之高，而本發(fā)明采用的壓縮屈曲方式恰好能夠滿足微細(xì)金屬波紋管的加工制造。本發(fā)明不但工藝方法簡(jiǎn)單，而且可以大幅降低金屬波紋管的生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為金屬波紋管制備前的初始狀態(tài)圖；
[0030]圖2為啟動(dòng)高頻加熱線圈和水幕噴頭時(shí)的管體狀態(tài)圖；
[0031]圖3為圖2中I部放大圖；
[0032]圖4為啟動(dòng)軸向壓縮后(V1S V2，V3= O)第一處波紋成型時(shí)的金屬波紋管狀態(tài)圖；
[0033]圖5為啟動(dòng)軸向壓縮后(W3= O)第二處波紋成型過(guò)程中的金屬波紋管狀態(tài)圖；
[0034]圖6為啟動(dòng)軸向壓縮后(V1S V2，V3= O)第二處波紋成型時(shí)的金屬波紋管狀態(tài)圖；
[0035]圖7為啟動(dòng)軸向壓縮后(V1S V2，V3= O)第N處(N = 3、4...)波紋成型時(shí)的金屬波紋管狀態(tài)圖；
[0036]圖中，I一金屬波紋管，2—高頻加熱線圈，3—水幕噴頭，V1-金屬波紋管一端的壓縮行進(jìn)速度，V2—金屬波紋管另一端的壓縮行進(jìn)速度，V3—高頻加熱線圈及水幕噴頭的移動(dòng)速度。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]一種金屬波紋管的無(wú)模成形工藝方法，包括如下步驟:
[0039]步驟一:選取待加工的金屬圓管，并對(duì)金屬圓管進(jìn)行裝卡固定，如圖1所示；
[0040]步驟二:在金屬圓管上選定第一處局部位置進(jìn)行環(huán)向加熱，同時(shí)在環(huán)向加熱區(qū)的兩側(cè)進(jìn)行環(huán)向冷卻，如圖2、3所示；
[0041]步驟三:當(dāng)金屬圓管在環(huán)向加熱區(qū)的溫度達(dá)到設(shè)定值后，開(kāi)始對(duì)金屬圓管進(jìn)行軸向壓縮，在壓縮過(guò)程中，金屬圓管上環(huán)向加熱區(qū)對(duì)應(yīng)的部分會(huì)逐漸凸起并形成波紋，如圖4所示；
[0042]步驟四:在波紋形成過(guò)程中，逐漸成型的波紋移向環(huán)向冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻定型；
[0043]步驟五:當(dāng)波紋完全冷卻定型后，金屬圓管的下一處局部位置移至環(huán)向加熱區(qū)，且在環(huán)向加熱區(qū)的兩側(cè)依舊進(jìn)行環(huán)向冷卻，重復(fù)步驟四，完成第二處波紋的加工，如圖5、6所示;
[0044]步驟六:重復(fù)步驟四、步驟五，完成其余波紋的加工，如圖7所示，并最終完成金屬波紋管的加工。
[0045]在金屬圓管軸向壓縮過(guò)程中，金屬圓管一端的壓縮行進(jìn)速度設(shè)為V1，金屬圓管另一端的壓縮行進(jìn)速度設(shè)為V2，環(huán)向加熱區(qū)和環(huán)向制冷區(qū)的移動(dòng)速度設(shè)為v3，且\、\及V 3之間的設(shè)定方式有以下兩種:
[0046]①V1) V2，V3= 0，且V 1與V2的方向相同，根據(jù)實(shí)際加工要求，速度范圍可為 0.lmm/s ?3mm/s ；
[0047]?V3> V1, V2= 0，且V 3與V1的方向相同，根據(jù)實(shí)際加工要求，V3和速度范圍可為 0.lmm/s ?3mm/s。
[0048]所述金屬圓管通過(guò)高頻加熱線圈進(jìn)行環(huán)向加熱，高頻加熱線圈所在區(qū)域即為環(huán)向加熱區(qū)，高頻加熱線圈的加熱速度為O?100°C /S。
[0049]所述環(huán)向加熱區(qū)的實(shí)時(shí)溫度通過(guò)非接觸式的紅外測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0050]通過(guò)調(diào)整高頻加熱線圈的寬度來(lái)改變金屬圓管受熱區(qū)域的軸向?qū)挾龋ㄟ^(guò)金屬圓管受熱區(qū)域的軸向?qū)挾却_定波紋的波峰高度。
[0051]所述金屬圓管通過(guò)水幕噴頭進(jìn)行環(huán)向冷卻，水幕噴頭所在區(qū)域即為環(huán)向冷卻區(qū)，通過(guò)控制水幕噴頭的水流速度和水流壓力調(diào)整冷卻強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整環(huán)向冷卻區(qū)與環(huán)向加熱區(qū)的間距，以及環(huán)向冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度來(lái)控制環(huán)向加熱區(qū)的溫度分布，通過(guò)調(diào)整環(huán)向加熱區(qū)的溫度分布來(lái)控制金屬波紋管的波紋形狀。
[0052]在金屬圓管軸向壓縮過(guò)程中，當(dāng)金屬圓管一端的壓縮行進(jìn)速度％大于金屬圓管另一端的壓縮行進(jìn)速度V2，環(huán)向加熱區(qū)和環(huán)向制冷區(qū)的移動(dòng)速度％等于零，且V 1與V 2的方向相同時(shí)，通過(guò)調(diào)整VgV2之間的速度比來(lái)控制金屬波紋管的波紋形狀。
[0053]通過(guò)增大乂1與V2之間的速度比，可增加金屬波紋管波紋的波峰高度以及減小波紋的波峰間距；通過(guò)減?。ヅcV2之