專利名稱:縮小金屬管直徑的熱塑方法
本發(fā)明涉及一種熱塑性地縮小金屬管直徑的新方法。本發(fā)明方法與縮小外管件直徑使其收縮在內(nèi)管件上以制造運(yùn)輸流體用的耐磨管道之類雙壁管的過(guò)程相結(jié)合，是特別有用的。
管道構(gòu)成了許多企業(yè)中運(yùn)輸各種流體和流化固體的主要工具。在管道運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)中，有煤、礦物之類固體的粉漿(與水的混合物)和水泥。諸如粉塵和石英砂之類的固體微粒是利用空氣壓力傳送的。運(yùn)輸此類流化固體時(shí)遇到的一個(gè)問(wèn)題是管道內(nèi)部的磨耗和快速磨損。
這個(gè)問(wèn)題的一種已知的解決辦法是利用用作氣體管道的那種等級(jí)的廉價(jià)鋼管。當(dāng)磨損時(shí)，這種廉價(jià)的管子被新管子替換，或者在磨損的部位焊接上補(bǔ)塊。但是，在抗磨特別重要的用途中，也使用諸如含鉻量高的鑄造不銹鋼之類較昂貴材料的管子。
通常，鋼料的抗磨性能在很大程度上取決于它們的硬度。高抗磨材料總是非常硬的。某些用作耐磨管子材料的鑄造不銹鋼具有高達(dá)81以上的肖氏硬度。但是，硬度愈高，鋼料的延性就愈低。用上面提到的高鉻量不銹鋼制造的管子鑄件在沖擊負(fù)荷下容易滲漏。
硬的抗磨鋼料的另一些弱點(diǎn)是可焊性和機(jī)械加工性差。由這些材料制成的管段不能在其上面焊接法蘭盤，即使管段上具有形成一體的法蘭盤，在法蘭盤的鉆孔、拋光等隨后的機(jī)械加工中也會(huì)遇到困難。管子的焊接修補(bǔ)也不容易。此外制造費(fèi)用也非常高。
因此，近來(lái)提出和使用了具有耐磨內(nèi)襯的鋼管。這種帶內(nèi)襯的管子是用離心鑄造法和用拼裝焊接法制成的，內(nèi)襯用冶金方法與管子本身相結(jié)合，帶耐磨內(nèi)襯的管子在抗磨性能方面要比普通鋼管優(yōu)越得多，因此有效壽命也要長(zhǎng)得多。一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)是管子本身不需要抗磨，因此管子可以用延性充分大的可焊接的材料來(lái)制造。使用這種材料使得有可能提供這樣的管子，它們不像用抗磨材料單獨(dú)制成的管子，而是具有足夠大的抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)度，并可以在法蘭盤上進(jìn)行焊接。
但是內(nèi)襯不管其制造方法如何都具有殘余的拉應(yīng)力，因而帶耐磨內(nèi)襯的鋼管易于破裂，這一點(diǎn)抵銷了上述優(yōu)點(diǎn)。在內(nèi)襯中產(chǎn)生的裂紋容易擴(kuò)展到管子本身，因?yàn)槿缟纤龉茏邮怯靡苯鸱椒ㄅc內(nèi)襯結(jié)合在一起的。
雙壁管被認(rèn)為是當(dāng)前帶內(nèi)襯鋼管的最好替代物，它們是由兩個(gè)直徑不同的管件構(gòu)成的，一個(gè)套合在另一個(gè)的內(nèi)部。外管件是一種在實(shí)用上具有足夠延性的材料，而內(nèi)管件是一種耐磨材料。外管件和內(nèi)管件不應(yīng)當(dāng)是用冶金方法互相結(jié)合在一起的，而應(yīng)當(dāng)是在壓力下自身接觸緊密的，隨后內(nèi)管件處在壓縮應(yīng)力之下。這種雙壁管具有上述內(nèi)襯管的同樣優(yōu)點(diǎn)，而避免了內(nèi)襯管的缺點(diǎn)。
至今已提出了三種制造自緊密雙壁管的方法。第一種方法是將外管件熱縮到內(nèi)管件上;第二種方法是用液壓法使內(nèi)管件對(duì)著外管件膨脹;第三種方法是使外管件熱膨脹而用液壓法使內(nèi)管件對(duì)著外管件膨脹。所有這些已知的方法都具有下列缺點(diǎn)。
第一種方法要求將外管件內(nèi)徑和內(nèi)管件外徑機(jī)械加工到十分嚴(yán)格的公差。但是，如果內(nèi)管件屬于抗磨材料而非常硬，將它機(jī)械加工到所需的尺寸公差是很困難的。用該法制造接觸壓力穩(wěn)定的細(xì)長(zhǎng)雙壁管，也是十分困難的。
第二和第三種方法在內(nèi)管件直徑對(duì)著外管件產(chǎn)生塑性膨脹方面是相似的。在雙壁管的內(nèi)管件很厚并具有極高的屈服強(qiáng)度的情況下，內(nèi)管件的直徑膨脹需要極高的壓力，因此這兩種方法都是不實(shí)用的。特別是在第二種方法(用液壓法使內(nèi)管件對(duì)著外管件膨脹)中，內(nèi)管件的屈服強(qiáng)度比外管件高，使得內(nèi)管件的塑性膨脹不可避免地在兩個(gè)管件之間造成塑性收縮的某些差異，導(dǎo)致在內(nèi)外管件之間產(chǎn)生空隙。
第二和第三種方法的另外的弱點(diǎn)是，它們只適用于內(nèi)管件為金屬制品的情況。陶瓷最近由于其強(qiáng)度大、重量輕和抗磨、耐腐蝕而被提出來(lái)作為雙壁管內(nèi)管件的材料。陶瓷當(dāng)然不可能膨脹，不管用液壓法還是加熱法。
因此，盡管各種不同企業(yè)對(duì)具有抗磨性能的雙壁管提出了強(qiáng)烈的需求，卻至今還沒(méi)有一種實(shí)際上令人滿意的制造方法是可以使用的。
本發(fā)明是以一種部分或全部縮小金屬管直徑的新方法的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)的。本發(fā)明的方法除了其它用途外，尤其適用于制造運(yùn)輸流體用的各種類型的抗磨結(jié)構(gòu)的雙壁管，它們?cè)O(shè)有上面討論的迄今為止所遇到的困難。
按照它的也許是最廣泛的方面來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的方法包括從外部加熱金屬管的環(huán)形部分，同時(shí)至少將管子的鄰近部分保持在足夠低的溫度，以限制被加熱的環(huán)形部分的自由熱膨脹。而后，使金屬管的環(huán)形部分冷卻。在冷卻時(shí)，金屬管的被加熱的環(huán)形部分的直徑變得比加熱前要小。
應(yīng)當(dāng)注意到，金屬管的全長(zhǎng)度或任何延伸的長(zhǎng)度并不同時(shí)被加熱;相反，每次只加熱管子的軸向尺寸有限的部分，而至少冷卻金屬管的鄰近部分或一些部分。同時(shí)對(duì)管子加熱和冷卻，對(duì)于利用本發(fā)明的方法縮小管子的直徑來(lái)說(shuō)是重要的。因此本發(fā)明與已知方法的明顯差別是利用對(duì)管子的簡(jiǎn)單加熱或冷卻來(lái)增大或縮小其直徑。在隨后的詳細(xì)描述中將討論按照本發(fā)明所述的金屬?gòu)较蚪Y(jié)構(gòu)中所包含的熱塑性機(jī)制。
本發(fā)明的方法很容易地適用于減小金屬管全長(zhǎng)度的直徑。為了達(dá)到這個(gè)目的，可以將一個(gè)能夠?qū)饘俟苌涎剌S向具有有限尺寸的任意環(huán)形部分進(jìn)行局部加熱的環(huán)形加熱器圍繞保持在金屬管周圍。金屬管和環(huán)形加熱器可以沿管子的軸向彼此相對(duì)地移動(dòng)，以便沿管子的全長(zhǎng)度接續(xù)地加熱管子，而同時(shí)至少冷卻管子上環(huán)形部分的鄰近部分，以限制被加熱的環(huán)形部分的自由熱膨脹。從而，在冷卻時(shí)，管子全長(zhǎng)度的直徑都縮小。
其后，本發(fā)明的方法顯然還適用于制造運(yùn)輸流體或流化固體用的抗磨或抗腐蝕結(jié)構(gòu)的自緊密雙壁管。可以將希望要的材料的內(nèi)管件和外管件套合在一起。在套合的兩個(gè)管件之間初始時(shí)可以存在一些空隙。而后外管件可以利用上述方法縮小直徑而收縮到內(nèi)管件上，由此在兩個(gè)管件之間形成一個(gè)緊密的壓配合。
與利用加熱法或液壓法使內(nèi)管件對(duì)著外管件膨脹的已知方法不同，本發(fā)明的方法不會(huì)在管件之間留下不希望有的空隙。同樣，因?yàn)椴幌衽蛎泝?nèi)管件的常規(guī)方法那樣需要極大的力，所以本發(fā)明有可能在制造所需長(zhǎng)度的雙壁管時(shí)減少費(fèi)用。
本發(fā)明還提供了一個(gè)超過(guò)先有技術(shù)收縮方法的明顯優(yōu)點(diǎn)，那就是當(dāng)內(nèi)外管件的配合面在最初套合在一起時(shí)對(duì)尺寸精度的要求比較低。因此細(xì)長(zhǎng)雙壁管的制造比以前的方法要容易得多。
其次，因?yàn)樵诶帽景l(fā)明的方法制造雙壁管的過(guò)程中只有外管件的直徑發(fā)生變化，所以內(nèi)管件除了是金屬外還可以是任何希望要的材料。因此，比如說(shuō)，內(nèi)管件可以是陶瓷，陶瓷在當(dāng)前可以廉價(jià)地大量生產(chǎn)，而且陶瓷高度地抗磨和抗腐蝕。
本發(fā)明還有一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)，就是本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于制造無(wú)論是是直管形的還是彎曲形的雙壁管。制造具有陶瓷內(nèi)管件的彎曲形雙壁管，也是可能的。
參考附圖研究下面的描述和附錄的權(quán)利要求
，可以更清楚地認(rèn)識(shí)本發(fā)明的上述及其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及使它們實(shí)現(xiàn)的方式，可以最深入地理解發(fā)明本身。
圖1個(gè)圖解例示利用本發(fā)明的方法縮小金屬管直徑的典型配置的透視圖;
圖2是圖1的配置的部分軸向截面和部分剖視圖，該圖說(shuō)明了利用本發(fā)明的方法熱塑地縮小金屬管一部分的直徑的方式;
圖3是金屬管利用圖1和圖2中配置而部分縮小直徑后的部分剖視圖，為清楚起見(jiàn)，有一部分被表示成軸向截面圖。
圖4是說(shuō)明如何利用本發(fā)明的方法縮小金屬管直徑的曲線圖;
圖5是圖解例示利用本發(fā)明方法縮小金屬管直徑的另一種配置的透視圖;
圖6是圖5中另一種配置的部分軸向截面和部分剖視圖，該圖說(shuō)明了利用本發(fā)明的方法縮小金屬管一部分的直徑的方式;
圖7是與圖2相似的圖，所不同的地方是該圖中本方法利用于制造由兩個(gè)套管件構(gòu)成的雙壁管;
圖8是圖7中套管件的為清楚起見(jiàn)而采用的部分剖視部分軸向截面圖，表示直徑縮小的外管件的一部分與內(nèi)管件產(chǎn)生緊壓配合;
圖9是說(shuō)明在制造雙壁管過(guò)程中如何利用本發(fā)明的方法縮小外管件直徑而使其與內(nèi)管件產(chǎn)生壓配合的曲線圖;
圖10是利用本發(fā)明的方法制造雙壁管的改進(jìn)配置的部分軸向截面和部分剖視圖;
圖11是利用本發(fā)明的方法制造雙壁管的又一種改進(jìn)配置的部分立視垂直截面圖，為清楚起見(jiàn)部分?jǐn)嚅_;
圖12是利用本發(fā)明的方法制造的雙壁管不同例子的部分立視圖，為清楚起見(jiàn)部分?jǐn)嚅_;
圖13是與圖12相似的圖，但表示利用本發(fā)明的方法制造的雙壁管的另一不同例子;
圖14是利用本發(fā)明的方法制造一種作為例子的彎曲形雙壁管的配置的部分軸向截面圖;
圖15是與圖14相似的圖，但表示利用本發(fā)明的方法制造作為不同例子的彎曲形雙壁管的一種配置。
本發(fā)明的方法所依據(jù)的原理可以從研究圖1中作為本方法實(shí)際應(yīng)用的典型配置得到最清楚的理解。金屬管10有一個(gè)軸向尺寸有限的預(yù)定部分，該部分被一個(gè)環(huán)形加熱器12寬松而同心地圍繞著，環(huán)形加熱器12通常為高頻感應(yīng)加熱器。至少一個(gè)，最好兩個(gè)環(huán)形冷卻器14也成同心關(guān)系寬松地圍繞著管子10。圖示舉例說(shuō)明的兩個(gè)環(huán)形冷卻器14沿管子10軸向安置在環(huán)形加熱器12的兩側(cè)鄰近處。每個(gè)環(huán)形冷卻器14在此處被表示成冷卻劑噴射器，它們具有一個(gè)用導(dǎo)管18使其與一個(gè)未圖示的加壓冷卻劑源接通的多孔空心環(huán)16。被噴射的冷卻劑可以是工業(yè)用水。
本發(fā)明的方法規(guī)定金屬管10同時(shí)加熱和冷卻。在受到環(huán)形加熱器12沿周緣加熱之后，金屬管10的被加熱部分必然會(huì)沿徑向向外膨脹。但是，因?yàn)榻饘俟艿南噜彶糠质墉h(huán)形冷卻器14所噴射的水的冷卻，因?yàn)楸患訜岵糠值妮S向尺寸是有限的，所以金屬管被加熱部分不會(huì)膨脹得像如果鄰近部分不受冷卻時(shí)那么大。圖2中用20′標(biāo)示的虛線表明如果鄰近部分22不同時(shí)冷卻時(shí)該金屬管10的被加熱部分20會(huì)膨脹到的范圍。但是，實(shí)際上，金屬管10受冷卻的鄰近部分22會(huì)將管子的被加熱部分20的熱膨脹限制到由圖2中實(shí)線所描繪的范圍。
通常，當(dāng)金屬被加熱時(shí)，其屈服強(qiáng)度降低。金屬管10的被加熱部分20，具有減小的屈服強(qiáng)度，或者更簡(jiǎn)單地說(shuō)，這部分被軟化了。當(dāng)被加熱部分20膨脹而由于受冷的鄰近部分22以致不能自由膨脹時(shí)，被加熱部分20受到塑性變形，而在冷卻時(shí)，被加熱部分20將不是收縮到初始直徑，而是收縮到更小的直徑，如圖3中20″處所表明。
圖4是使管子10按照本發(fā)明所述而縮小直徑的上述熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程的曲線圖。如該圖中曲線A所表明，如果在管子有限部分的加熱期間管子的鄰近區(qū)域不受冷卻的話，管子的直徑將隨溫度的升高而線性地增大，并將隨溫度的降低而線性地縮小。管子的直徑在加熱的前后將相等。
同一圖解中曲線B表明已利用本發(fā)明的方法如上處理過(guò)的金屬管10的被加熱部分20的直徑的變化。可以看出，由于在加熱期間的某些塑性形變。直徑并不隨溫度而線性地增大。在金屬管部分20的冷卻期間，也會(huì)發(fā)生這種塑性形變，但在冷卻完成以后，直徑變得明顯地小于加熱前的直徑。
金屬管被加熱部分的熱膨脹可以不一定要通過(guò)同時(shí)冷卻其軸向鄰近部分來(lái)限制，也可以通過(guò)同時(shí)冷卻被加熱部分的徑向內(nèi)部來(lái)限制。本發(fā)明的方法所要求的只不過(guò)是在金屬管的任何方向上存在足夠大的溫度梯度，以限制被加熱部分的自由膨脹。
因此，在圖5和圖6所表示的另一種配置中，在金屬管10內(nèi)部大約與環(huán)形加熱器12徑向?qū)?zhǔn)的位置上放置一個(gè)附加的冷卻器24。上述一對(duì)環(huán)形冷卻器14被放置在金屬管10外部和環(huán)形加熱器12的兩側(cè)，如圖1的配置中那樣圍繞著管子。內(nèi)部冷卻器24也可以是一種利用導(dǎo)管26與一個(gè)未圖示的加壓水源相連接的多孔空心環(huán)形式的噴水器。
當(dāng)金屬管10的所需部分20被環(huán)形加熱器12從外部加熱時(shí)，可以由冷卻器14和24將水噴在金屬管的軸向鄰近部分上和被加熱部分20的內(nèi)部上。被加熱部分20內(nèi)部的受迫冷卻的作用，不僅限制其自由膨脹，而且還在被加熱部分20冷卻時(shí)將殘余壓縮應(yīng)力傳遞給被加熱部分20的內(nèi)部。如圖3所示，被加熱部分20在隨后被冷卻時(shí)其直徑將縮小。
迄今為止本發(fā)明所描述的只是限于縮小金屬管10上加熱器12和冷卻器14(和24)相對(duì)固定于管上的那一部分。由于受冷卻器14的冷卻，金屬管10的軸向鄰近部分22限制被加熱部分20的直徑產(chǎn)生大的縮小。為了縮小金屬管10的整個(gè)長(zhǎng)度的直徑，如圖1中箭頭所示，或者是這根管子或者是加熱器12和冷卻器14可以沿管子的軸向相對(duì)于另一個(gè)移動(dòng)。最終造成的金屬管10的收縮將大于僅僅其受限制部分被如上所述地處理時(shí)的收縮，因?yàn)榇藭r(shí)管子被逐漸地從沿其連續(xù)處理的部分中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力中解脫出來(lái)。
現(xiàn)在參考圖7來(lái)討論本發(fā)明的方法被適用于制造運(yùn)輸稀漿或流化固體用的耐磨結(jié)構(gòu)的雙壁管的情況。該圖表示兩個(gè)套在一起的不同直徑的管件28和30。為了內(nèi)管件30能容易地插入外管件28，在套管件28和30之間在初始狀態(tài)時(shí)可以有一些空隙。外管件28例如是由含碳量比方說(shuō)為0.25%的高延性的低碳鋼制成的。內(nèi)管件30例如是由含碳量比方說(shuō)為0.55%的淬火硬化的高碳鋼制成的。
在環(huán)形加熱器12和一對(duì)環(huán)形冷卻器14如圖1中配置那樣圍繞在兩個(gè)寬松套住的管件28和30周圍之后，如箭頭所示，兩個(gè)管件可以沿軸向相對(duì)于加熱器和冷卻器一起移動(dòng)。如圖7中所描繪和如參考圖2時(shí)所解釋過(guò)的，在利用加熱器12加熱之后，外管件28的任何軸向部分將暫時(shí)徑向地膨脹到由冷卻器14對(duì)其軸向鄰近部分的冷卻所限制的范圍。因?yàn)樘坠芗?8和30是沿軸向相對(duì)于加熱器12和冷卻器14穩(wěn)定地運(yùn)行的，所以外管件28的被加熱和徑向膨脹的部分將由相對(duì)于管件移動(dòng)的兩個(gè)冷卻器中跟隨在后的一個(gè)冷卻器接著進(jìn)行冷卻，并因此如圖8中所示將收縮到與內(nèi)管件30相接觸。
因此，隨著套管件28和30的全長(zhǎng)度通過(guò)加熱器12和冷卻器14，外管件28將在其整個(gè)長(zhǎng)度上發(fā)生徑向的收縮而與內(nèi)管件30相接觸。
應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，以上利用本發(fā)明的方法縮小外管件28的直徑的過(guò)程，是與內(nèi)管件30的厚度或材料以及兩個(gè)管件的軸向尺寸無(wú)關(guān)的。因此本方法十分適合于制造具有耐磨厚壁內(nèi)管件的細(xì)長(zhǎng)雙壁管。
也應(yīng)當(dāng)注意到，兩個(gè)環(huán)形冷卻器14的裝備不是絕對(duì)必需的?？梢灾谎b備一個(gè)環(huán)形冷卻器，并安置在管件28和30相對(duì)于加熱器和冷卻器的軸向位移方向上跟隨在環(huán)形加熱器12之后的一側(cè)，以便依照本發(fā)明的方法使外管件隨后產(chǎn)生收縮。
但是，在某些情況下，利用管件相對(duì)于加熱器12和冷卻器14的一次軸向移動(dòng)，外管件28可能并不收縮到預(yù)定的與內(nèi)管件30的緊壓配合程度。收縮的程度取決于外管件的直徑、厚度和材料。在套合的外管件和內(nèi)管件之間的初始間隙必須隨管件的長(zhǎng)度而變化。套合的管件愈長(zhǎng)，管件之間的初始間隙就必須愈大。如果對(duì)外管件進(jìn)行單獨(dú)一次收縮處理不夠，管件28和30可以通過(guò)加熱器12和冷卻器14任何所需次行程，直到獲得想要達(dá)到的壓配合。
如實(shí)驗(yàn)所證實(shí)和如圖9圖形中曲線C所代表的，只要在兩個(gè)管件之間存在空隙，外管件28的直徑就會(huì)隨管子通過(guò)加熱器12和冷卻器14的行程次數(shù)的增加而線性地縮小。在由該圖形代表的特定例子中，內(nèi)管件30和外管件28之間的接觸在管件的第四次行程時(shí)達(dá)到。之后當(dāng)管件繼續(xù)用同一方法處理時(shí)，外管件繼續(xù)收縮，雖然收縮的程度要明顯地降低。該圖形中的曲線D表示在管件之間達(dá)到接觸之后重復(fù)若干次同樣的處理時(shí)兩個(gè)管件之間的增大的接觸壓力。
如圖10的另一種配置中那樣，裝備許多個(gè)環(huán)形加熱器和許多個(gè)環(huán)形冷卻器，可以急劇地減少所需的處理次數(shù)。最好是，如該圖中所畫的，一個(gè)環(huán)形加熱器12和兩個(gè)在其兩側(cè)的環(huán)形冷卻器14可以沿軸向準(zhǔn)直而結(jié)合在一起，形成一個(gè)加熱器和冷卻器組合裝置32。許多個(gè)這樣的加熱器和冷卻器組合裝置32，在本特定實(shí)施例中是兩組，可以進(jìn)一步沿軸向準(zhǔn)直而結(jié)合在一起，每個(gè)組合裝置的一個(gè)冷卻器緊靠聯(lián)接的組合裝置的一個(gè)冷卻器。
也如圖10中所示，寬松地套合的管件28和30可以沿箭頭指示的方向軸向地送入而通過(guò)上述加熱器和冷卻器組合裝置32的聯(lián)接裝置。當(dāng)套合的管件28和30接連地穿過(guò)兩個(gè)加熱器和冷卻器組合裝置32時(shí)，外管件28將分兩步收縮，在每一步中它都經(jīng)受上述依照本發(fā)明進(jìn)行的熱塑過(guò)程。外管件28的最終總收縮度當(dāng)然要大于只是利用一個(gè)加熱器和冷卻器組合裝置時(shí)產(chǎn)生的收縮度。
當(dāng)然，可以聯(lián)接想要的任何數(shù)目的加熱器和冷卻器組合裝置32，以便使管件一次通過(guò)加熱器和冷卻器組合裝置的聯(lián)接裝置后外管件就收縮到與內(nèi)管件產(chǎn)生緊密的壓配合。串聯(lián)地裝備幾個(gè)加熱器和冷卻器組合裝置對(duì)套管件與加熱器和冷卻器組合裝置的相對(duì)軸向位移所需要消耗的功率比較小。因?yàn)檫_(dá)到套管件之間的壓配合所需的時(shí)間要短得多，所以操作的控制也比較容易。
如已經(jīng)敘述過(guò)的，本發(fā)明要求在一個(gè)時(shí)間加熱管子的軸向受限制的任何部分，而在同時(shí)至少冷卻管子的其它一些部分。使用“至少”一詞意味著，管子在加熱其一部分的期間可以大體上全部冷卻。
因此，在圖11例示的一種配置中，套管件28和30被完全浸入一個(gè)冷卻浴中，以便利用本發(fā)明的方法使外管件28緊靠著內(nèi)管件30收縮。34表示一個(gè)水平細(xì)長(zhǎng)的容器，用來(lái)容納通常為水的液體冷卻劑35，容器的一端有一個(gè)可以打開的蓋子36。冷卻劑容器34有一個(gè)通過(guò)泵42與冷卻劑池40接通的冷卻劑供應(yīng)口38，和一個(gè)與另一個(gè)池46接通的排出口44。
待處理的寬松地套合的管件28和30被利用一對(duì)管子卡頭48支承在冷卻劑容器34內(nèi)，管子卡頭48被安裝在冷卻劑容器相對(duì)兩端的內(nèi)部，以卡住管件的相對(duì)兩端。因?yàn)槔鋮s劑35被持續(xù)地通過(guò)供應(yīng)口38泵入容器34，并向上流動(dòng)而通過(guò)排出口44，所以套管件28和30被完全浸入冷卻劑中。不僅外管件28，而且連內(nèi)管件30也持續(xù)地浸在冷卻劑35中。
環(huán)形加熱器12寬松地圍繞著套管件28和30，使得冷卻劑335充滿其間的空間。加熱器12有一個(gè)可以滑動(dòng)地安裝在導(dǎo)桿52上的支架50，導(dǎo)桿52平行于管件28和30而延伸。支架50上安裝了一個(gè)與螺桿54嚙合的蝸桿53，螺桿54可以轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在冷卻劑容器34內(nèi)，連接到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置56上。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置56開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，環(huán)形加熱器12將沿導(dǎo)桿52直線地進(jìn)行，從一端到另一端對(duì)外管件28的接續(xù)的軸向部分局部加熱。因?yàn)槿客夤芗?8被浸在冷卻劑35中，因?yàn)檫@種冷卻劑是被持續(xù)地更新的，所以除了外管件上被加熱的軸向受限制的部分以外，都被冷卻到均勻的溫度。因而外管件28將收縮到使內(nèi)管件的所有部分都保持在恒定的壓力下。
如果內(nèi)管件30為了耐磨而預(yù)先淬火硬化，那未在上述外管件28徑向收縮的過(guò)程中內(nèi)管件30受冷卻劑35的冷卻起一種非常有用的作用。冷卻劑起防止已淬火的內(nèi)管件30被退火的作用，因此可以說(shuō)，在內(nèi)管件與外管件28結(jié)合成為雙壁管之后使內(nèi)管件能夠保持其耐磨的性能。
圖11配置的一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)閮?nèi)管件30保持其圓形的橫截面形狀，所以外管件28的所有部分都均勻地緊靠著內(nèi)管件收縮，隨后在內(nèi)管件的所有部分中產(chǎn)生均勻的壓縮應(yīng)力。由于內(nèi)管件中壓縮應(yīng)力的均勻分布，因此內(nèi)管件30不僅耐磨，而且能抗斷裂。
但是，上述在圖11配置中的環(huán)形加熱器12和套管件對(duì)外管件28的有效加熱。在這種情況下可以將一個(gè)沒(méi)有圖示的環(huán)形空氣噴嘴安裝在支架50上，以便使它寬松地圍繞管件28和30并沿管件的軸向與環(huán)形加熱器12一起行進(jìn)。未圖示的噴嘴可以向外管件28的被加熱部分排出加壓的空氣或類似氣體，以便盡可能從外管件被加熱部分的外側(cè)除去冷卻劑。因?yàn)榄h(huán)形加熱器12與空氣噴嘴一起移動(dòng)，所以冷卻劑將立即流回而與外管件28上剛被加熱的部分相接觸，從而立即冷卻該部分，使其收縮。
可以很容易地理解，圖11的解釋能與圖10的解釋結(jié)合起來(lái)。圖10中利用的幾個(gè)環(huán)形冷卻器14對(duì)于處理圖11中完全浸在冷卻劑浴中的套管件來(lái)說(shuō)是不需要的。因此，代替圖11中所示的單個(gè)環(huán)形加熱器12，兩個(gè)或更多的此類環(huán)形加熱器可以滑動(dòng)地被安裝在容器34中的導(dǎo)桿52上，加熱器之間有軸向的間隔。合成設(shè)備的操作以及由此產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，可以從上面對(duì)圖10和圖11的描述中不言自明。
在利用本發(fā)明的方法制造雙壁管的過(guò)程中，只有外管件產(chǎn)生直徑的熱塑變化。因?yàn)閮?nèi)管件的直徑并不變化，所以內(nèi)管件可以是非金屬材料。
因此，在圖12中的雙壁管是由鋼外管件28和陶瓷內(nèi)管件30a構(gòu)成的。更明確地說(shuō)，外管件28為含碳量大約為0.25%的高延性低碳鋼。內(nèi)管件30a為極硬和高度耐磨的氧化鋁陶瓷。陶瓷內(nèi)管件30a不是一個(gè)整體件，而是由許多個(gè)軸向尺寸較短的陶瓷管段58組成的，這些陶瓷管段彼此端部相接，沿軸向準(zhǔn)直。
圖13表示另一種結(jié)構(gòu)的陶瓷內(nèi)管件30b，它由許多通常為矩形的彎曲的陶瓷塊60組成，這些陶瓷塊彼此沿周緣和軸向緊靠在一起，以在鋼外管件28內(nèi)部構(gòu)成管件。
可以容易地理解，圖12的套管件28和30a與圖13的套管件上28和30b兩者都可以利用本發(fā)明的方法和利用上面作為本發(fā)明方法的實(shí)際做法而提出的幾種不同機(jī)構(gòu)中任何一種機(jī)構(gòu)而緊扣成雙壁管。因?yàn)橥夤芗?8的直徑充分地縮小，所以陶瓷段塊58或60在外管件的壓縮應(yīng)力下彼此保持在各自的位置上。壓縮應(yīng)力進(jìn)一步起封閉陶瓷段塊58或60之間的縫隙以防止流體滲漏的作用;更進(jìn)一步，還起改進(jìn)管子的抗斷裂作用。
也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在外管件28的壓縮應(yīng)力的作用下，陶瓷段塊58或60在動(dòng)力學(xué)上如此穩(wěn)定，以致于在雙壁管的工作條件下實(shí)際上不可能發(fā)生偶然的拆離。管件28和58或28和60的初始套合是很容易的。所有這些優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，使得有可能制造軸向尺寸相當(dāng)大的陶瓷襯管。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步應(yīng)用于制造如圖14或圖15中所示的彎曲形雙壁管。圖14的彎曲形雙壁管由一個(gè)低碳鋼的外壁構(gòu)件28c和一個(gè)淬火高碳鋼的內(nèi)壁構(gòu)件30c構(gòu)成。外壁構(gòu)件28c和內(nèi)壁構(gòu)件30c兩者的曲率半徑大致相同。
在圖15中表示的彎曲形雙壁管的另一種結(jié)構(gòu)中，低碳鋼的外壁構(gòu)件28c被固定在比如說(shuō)主要由氧化鋁構(gòu)成的陶瓷材料內(nèi)壁構(gòu)件30d上。陶瓷內(nèi)壁構(gòu)件30d由一排大體上管狀的陶瓷管段62構(gòu)成。每個(gè)管段在該圖中的軸向截面為梯環(huán)，它們是從直管上切割下來(lái)的，陶瓷管段62首尾相接地保持在一起，如果需要，可以用粘膠劑暫時(shí)結(jié)合在一起，從而形成其曲率半徑與外管件28c大致相同的內(nèi)管件30d。
圖14的管件28c和30c，或圖15的管件28c和30d，在它們寬松地套合在一起后，可以被送入而通過(guò)比如說(shuō)環(huán)形加熱器12及其兩側(cè)的一對(duì)環(huán)形冷卻器14。經(jīng)過(guò)已經(jīng)提到過(guò)的本發(fā)明的熱塑處理后，外管件28c收縮到與內(nèi)管件30c或30d形成緊密的壓配合。
圖15中的一排彎曲的梯形陶瓷管段62當(dāng)然可以用一個(gè)通常為矩形的陶瓷塊的陣列來(lái)代替，它們與圖13中用60表示的那些陶瓷塊相似，在軸向和周緣方向兩方面聯(lián)接而形成一個(gè)彎曲形管子。不管單個(gè)陶瓷段塊的形狀如何，它們將由于彎曲形外管件28c的壓力而穩(wěn)固地聯(lián)接在一起，防止流體滲漏，就象圖12和圖13中的陶瓷段58和60一樣。
雖然本發(fā)明在上面是在十分特定的方面圖示和描述的，但可以理解，本發(fā)明并不受本文所公開的具體細(xì)節(jié)的限制。例如，利用本發(fā)明的方法可以使金屬管緊靠一個(gè)實(shí)心的管芯而收縮，而不是緊靠本文中所公開的各種內(nèi)管件而收縮。
權(quán)利要求
1.一種縮小金屬管直徑的熱塑方法，其特征在于，所包括的步驟為，從外部加熱金屬管(10)的環(huán)形部分(20)，同時(shí)至少將金屬管的鄰近部分(22)保持在足夠低的溫度，以限制被加熱的環(huán)形部分的自由熱膨脹。而后使金屬管的環(huán)形部分(20)冷卻，由此使冷卻的金屬管環(huán)形部分的直徑比加熱前要小。
2.一種如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，金屬管(10)的鄰近部分是受到沿金屬管軸向的所述環(huán)形部分兩側(cè)(22)中至少任意一側(cè)的強(qiáng)迫冷卻而保持在低溫狀態(tài)的。
3.一種如權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，金屬管(10)的鄰近部分的受迫冷卻是通過(guò)噴射液體冷卻劑而完成的。
4.一種如權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，金屬管(10)被加熱的環(huán)形部分(20)的內(nèi)部在加熱環(huán)形部分的同時(shí)也另外受到冷卻。
5.一種如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，金屬管(10或28和30)在其環(huán)形部分加熱期間被全部浸在冷卻劑浴(34、35)中，以便將金屬管的鄰近部分保持在低溫狀態(tài)。
6.一種縮小金屬管(10)直徑的熱塑方法，其特征在于，所包括的步驟為，將一個(gè)能夠?qū)饘俟艿沫h(huán)形部分(20)局部加熱的環(huán)形加熱器(12)圍繞在金屬管周圍，沿金屬管軸向使環(huán)形加熱器和金屬管彼此相對(duì)地移動(dòng)，以便沿金屬管全長(zhǎng)度接續(xù)地加熱金屬管的環(huán)形部分，在接續(xù)地加熱金屬管環(huán)形部分期間至少冷卻金屬管的一部分，以便將金屬管的鄰近部分(22)保持在足夠低的溫度，以限制被加熱的環(huán)形部分的自由熱膨脹，由此使金屬管的直徑在冷卻時(shí)比加熱前要小。
7.一種如權(quán)利要求
6所述的方法，其特征在于，金屬管(10)是由圍繞同一金屬管并置于環(huán)形加熱器鄰近的固定位置的環(huán)形冷卻器(14)冷卻的，環(huán)形冷卻器在環(huán)形加熱器相對(duì)于金屬管的移動(dòng)方向上被安置在環(huán)形加熱器后面。
8.一種如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于，金屬管(10)由圍繞同一金屬管并置于相對(duì)于環(huán)形加熱器(12)固定位置的第二環(huán)形冷卻器(14)進(jìn)一步冷卻，第二環(huán)形冷卻器在環(huán)形加熱器相對(duì)于金屬管的移動(dòng)方向上被安置在環(huán)形加熱器的前面。
9.一種如權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于，金屬管(10)受安置在金屬管內(nèi)部并與環(huán)形加熱器(12)一起相對(duì)于金屬管移動(dòng)的冷卻器(24)的進(jìn)一步冷卻，以冷卻金屬管被加熱的環(huán)形部分(20)的內(nèi)部。
10.一種如權(quán)利要求
6所述的方法，其特征在于，金屬管(10)是在整個(gè)被浸入冷卻劑浴(35，36)中時(shí)加熱的。
11.權(quán)利要求
6所述的方法，其中環(huán)形加熱器和金屬管沿金屬管的全長(zhǎng)度按需要彼此相對(duì)地移動(dòng)若干次，直到金屬管的直徑縮小到所需的程度。
12.一種縮小金屬管(10或28和30)直徑的熱塑方法，其特征在于，所包括的步驟為，將許多個(gè)沿金屬管縱向彼此間隔安置的環(huán)形加熱器(12)圍繞金屬管設(shè)置，每個(gè)環(huán)形加熱器能夠?qū)饘俟艿沫h(huán)形部分局部加熱，同樣也將許多個(gè)與環(huán)形加熱器交替安置的環(huán)形冷卻器(14)圍繞金屬管設(shè)置，沿金屬管縱向相對(duì)于金屬管同時(shí)移動(dòng)環(huán)形加熱器和環(huán)形冷卻器，以便沿金屬管的全長(zhǎng)度接續(xù)地加熱金屬管的環(huán)形部分，金屬管上鄰近被加熱的環(huán)形部分的那些部分，被環(huán)形冷卻器冷卻到足夠低的溫度，以限制被加熱的環(huán)形部分的自由熱膨脹，由此使金屬管的直徑在冷卻時(shí)比加熱前要小。
13.一種制造雙壁管的方法，它包括提供寬松地套合在一起的外管件和內(nèi)管件(28，30)，其特征是，其中至少外管件是用金屬制成的，將一個(gè)能夠?qū)ν夤芗?28)的環(huán)形部分局部加熱的環(huán)形加熱器(12)圍繞在套管件的周圍，沿套管件的軸向使環(huán)形加熱器和套管件彼此相對(duì)地移動(dòng)，以便沿套管件全長(zhǎng)度在接續(xù)地加熱套管件環(huán)形部分期間至少冷卻外管件的一部分，以便將外管件的鄰近部分保持在足夠低的溫度，以限制被加熱的環(huán)形部分的自由熱膨脹，由此使外管件(28)在冷卻時(shí)縮小直徑而收縮在內(nèi)管件(30)上。
14.一種如權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，內(nèi)管件(39a，39b)是一種陶瓷材料。
15.一種如權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于，陶瓷內(nèi)管件(30a)是由許多個(gè)沿軸向首尾相接的管段(58)組成的。
16.一種如權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于，陶瓷內(nèi)管件(30b)是由許多個(gè)通常為矩形的彎曲的段塊(60)組成的，這些段塊沿周緣和軸向兩個(gè)方向彼此聯(lián)接而形成一個(gè)管件。
17.一種如權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，套合的管件(28c和30c，或28c和30d)兩個(gè)都是彎曲形的。
18.一種如權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于，內(nèi)管件(30d)是由許多個(gè)大體上管狀的陶瓷管段(62)組成的，每個(gè)管段沿軸向的截面為梯形，陶瓷管段彼此首尾相接，形成一個(gè)彎曲形的管件。
專利摘要
為了縮小金屬管(10)的軸向有限部分(20)的直徑，利用環(huán)形加熱器(12)從外部加熱該部分，同時(shí)冷卻其鄰近部分(22)至足以限制被加熱部分自由熱膨脹的溫度。被加熱部分在冷卻時(shí)其直徑變得比金屬管其余部分要小。使環(huán)形加熱器(12)和金屬管(10)沿管子縱向從一端到另一端彼此相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)至少用水冷卻被加熱部分的鄰近部分，可以同樣地縮小金屬管全長(zhǎng)度的直徑。同一方法適用于制造運(yùn)輸流體用的耐磨雙壁管，這種雙壁管也在此處予以公開。
文檔編號(hào)C21D9/08GK86103742SQ86103742
公開日1987年1月7日 申請(qǐng)日期1986年6月7日
發(fā)明者金谷文善, 松文繁明, 熱田稔雄, 山田猛, 森英介, 荒木俊光 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan