專利名稱：多纏繞金屬管及其制造方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過纏繞和釬焊帶材(金屬帶材)而制成的多纏繞金屬管，以及其制備方法和設(shè)備。
制備多纏繞金屬管的方法包括將整個表面上涂敷銅釬焊料的帶材(金屬帶材)由成形設(shè)備使之塑性變形而形成管狀體，通過加熱裝置在多纏繞管狀體壁間熔化釬焊料，然后通過冷卻裝置凝固熔融的釬焊料，以獲得最終產(chǎn)品的方法。在該方法中熔化多纏繞金屬管的釬焊料的方法包括使用電爐的方法和通過電源產(chǎn)生電阻熱的方法。使用電爐的方法包括將由成形設(shè)備成形為多纏繞壁結(jié)構(gòu)的金屬管切成預(yù)定長度，將每根預(yù)定長度的多纏繞金屬管依次送入電爐中并熔化釬焊料，而由電源產(chǎn)生的電阻熱包括通過在由成形設(shè)備連續(xù)輸送的管狀體的縱向上相互間隔安置的二個電極將電流供到管狀體，從而通過管狀體產(chǎn)生的電阻熱熔化釬焊料并連續(xù)進(jìn)行釬焊(參見美國專利說明書2746141和法國專利說明書813839)。但是，制造多纏繞金屬管的在先的方法涉及下列問題。
就是，摻入到成形設(shè)備中的成形工具的磨損物在壁成形步驟中打卷形成纏繞的細(xì)長帶材機(jī)械性能或尺寸(通常長于1000m)的變化有時在每個多纏繞壁之間引起間隙或在內(nèi)外縫的部位之間引起脫開。如果多纏繞金屬管處于這種狀態(tài)，則在某些部位形成間隙，它阻礙每個纏繞壁之間的釬焊層材料的粘合，即使在釬焊后，產(chǎn)生的粘合也很差，而且焊縫部分的粘合是不良的，結(jié)果不能起管線的作用，從而作為失效產(chǎn)品不可能不報廢。
圖20是展示按照現(xiàn)有方法制造的多纏繞金屬管的部分橫截面組織的照片，其中圖20(A)是展示各壁之間部分的照片，而圖20(B)是外焊縫部分的放大照片。由圖20(A)和(B)的照片明顯看出，按現(xiàn)有方法制造的多纏繞金屬管中，在纏繞壁之間有時形成間隙，其中不存在釬焊層，結(jié)果使粘合不良，并于外焊縫部分形成臺階，在管的外周表面和橡膠管或O形環(huán)之間要求密封質(zhì)量的場合下，當(dāng)后者在使用時裝配到管的整個表面上時，從質(zhì)量的觀點(diǎn)看它是產(chǎn)生問題的。
此外，在現(xiàn)有方法中，由于沒有消除在成形步驟中產(chǎn)生的每個多纏繞壁之間的間隙合適的裝置，所以當(dāng)考慮機(jī)械性能，例如帶材的彈性回復(fù)時，必須選擇材料，彈性回復(fù)是限制材料選擇范圍的。通常，由于沒有對各部分尺寸分布校正，只將長度大于100m帶材成形。此外，鑒于在成形步驟中產(chǎn)生的多纏繞壁之間的間隙，所以需要大量的釬焊料，結(jié)果提高了釬焊料，如銅的成本，此外，作為釬焊料的銅層厚度增加(參見圖9B照片)，除銅層的增加外還擔(dān)憂引起脆性問題，這是不希望的。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，完成本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供高質(zhì)量的多纏繞金屬管，在多纏繞壁之間，即使在細(xì)長帶材的每個部位有尺寸分散時的焊縫部分中，通過使此材料成形同時通過加熱改善分散，或能將選擇材料的范圍擴(kuò)大，能在增加釬焊層量同時降低脆性，并減少使用釬焊料的量，而有優(yōu)良的粘合。本發(fā)明還提其制造方法和設(shè)備。
按照本發(fā)明的多纏繞金屬管有這樣的外觀，其中外部分焊縫用釬焊料填充，以使得整個外周表面光滑，而纏繞壁用焊料完全緊密粘附，相互沒有留縫。
此外，制造本發(fā)明多纏繞金屬管的方法包括沿徑向相互壓力焊接多纏繞管狀體的壁，而同時至少在多纏繞管狀體壁之間的釬焊料的外周通過加熱保持在可流動溫度下，然后進(jìn)行冷卻。
該方法還有一個特征是使用至少一個以徑向從管狀體外側(cè)均勻壓制其外周表面，以便使多纏繞管狀體的壁彼此壓焊的步驟，一個以徑向從管狀體內(nèi)部基本上均勻壓制其內(nèi)周表面的步驟或一個在管狀體軸線方向?qū)軤铙w施加拉力的步驟。
該方法另一個特征是在徑向壓焊后同時或盡可能快地進(jìn)行初級冷卻，而后再進(jìn)行第二次冷卻。
該方法再一個特征是徑向壓焊后通過同時或盡可能快地進(jìn)行的初次冷卻將近似流態(tài)的釬焊料急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)。
該方法還一個特征是用釬焊爐，電阻加熱裝置或高頻加熱裝置進(jìn)行加熱。此外，電阻加熱裝置特征是使用直流電源。
此外，實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備包括將帶材形成多纏繞管狀體的成形裝置，熔化存在于多纏繞管狀體壁之間的釬焊料的加熱裝置，和凝固熔融釬焊料和冷卻管狀體的冷卻裝置，其中該設(shè)備包括至少一種在徑向相互壓力焊接多纏繞管狀體壁，以使釬焊料在加熱裝置的內(nèi)部和冷卻裝置的進(jìn)口之間流動的裝置。
另外，壓力焊接裝置包括至少一個從外側(cè)，以徑向基本均勻壓制管狀外周的裝置，或沿管狀體軸方向在管狀體上施加拉力的傳送速度變化的裝置。
而且，外側(cè)壓力焊裝置包括一組或多組加壓輥或一個或多個模。
內(nèi)側(cè)壓力焊裝置包括一個用于擴(kuò)大多纏繞管狀體直徑的頂頭或機(jī)械管擴(kuò)頭。
此外，在管狀體軸向施加拉力的傳遞速度變化裝置包括一組或多組管狀體加壓輥和一組鄰近于加壓輥下游的夾送輥，而且使夾送輥直徑大于加壓輥直徑，或提高后者轉(zhuǎn)速。
另一方向，冷卻裝置包括一個將釬焊料急冷到大致凝固點(diǎn)的初級冷卻裝置和將管狀體大致冷卻到室溫的第二冷卻裝置。
初級冷卻裝置包括至少一個冷卻介質(zhì)噴嘴，它用來冷卻多纏繞管狀體的外周表面。該組加壓輥具有三輥結(jié)構(gòu)，加壓輥孔型的曲率半徑等于或稍小于多纏繞管狀體的外徑的曲率半徑。
按本發(fā)明，通用過包括一組或多組輥或一個或多個模的壓力焊接裝置以徑向從外側(cè)基本均勻地壓制多纏繞管狀體的外周表面，或用包括如頂頭或管直徑擴(kuò)頭的壓力焊接裝置以徑向從內(nèi)側(cè)基本均勻地壓制管狀體的內(nèi)周表面，或用包括一組或多組管狀體加壓輥，和一組鄰近于加壓輥下游的借以在管狀體軸方向?qū)軤铙w施加拉力的夾送輥的傳送速度變化裝置來改變管狀體的傳送速度，以對該管狀體形成縮小直徑的力來壓制管狀體的內(nèi)周表面，同時，通過加熱至少使多纏繞管狀體的壁之間的釬焊料在外周表面保持在可流動溫度下，由此將各壁彼此徑向壓焊，從而各壁在焊料的熔態(tài)下，減少了在每個壁之間的不存在釬焊層的間隙，并在壓力焊接時將釬焊料擠出，以便填充外焊縫部分，由此減少或填充了臺階從而使整個周圍表面基本光滑。
當(dāng)壓力焊接裝置包括從外側(cè)壓制的加壓輥或模時，輥或模以水冷型構(gòu)成。如果壓力焊接裝置是從內(nèi)側(cè)壓制的頂頭，則頂頭以水冷型構(gòu)成。另一方面，當(dāng)壓力焊接裝置包括一種帶有管狀體壓力輥和夾送輥的傳送速度變化裝置時，配置冷卻介質(zhì)噴嘴作為初級冷卻裝置，借此，將保持在可流動溫度的釬焊料急冷到該釬焊料的凝固點(diǎn)左右，從而使釬焊料的凹陷(釬焊凹陷)可被防止，在壁之間可保壓力焊接狀態(tài)，基材的晶粒生長也可被抑制。
作為從外側(cè)加壓的壓力焊接裝置，例如可以考慮使用電源輥的方法。但是，由于要穩(wěn)定地供給電流，電源輥要用銅合金制造，所以它抗磨損能力差，抗高溫氧化能力低和不具有高溫強(qiáng)度。如果將電源輥用作多纏繞管狀體的壓力焊接裝置，由于磨損或變形引起管狀體圓度和尺寸精度的誤差，而且輥的壽命大大縮短，這難于實(shí)際使用。所以，按照本發(fā)明設(shè)立一種單獨(dú)提供管狀體壓力焊接裝置的方法，以便使用由，比如，具有高抗磨損能力的，抗高溫氧化性和高溫強(qiáng)度的超硬合金(WC)作為專門用來壓制的輥或模而無需顧慮導(dǎo)電性。
按本發(fā)明，釬焊料的可流動溫度，比如對于基于銅或銅合金的銅釬焊料是800-1200℃，對于鎳釬焊料(Ni-P系統(tǒng))是875-890℃，對于鋁釬焊料(標(biāo)準(zhǔn)型)是500-600℃。
此外，帶材包括鐵(SPPC等)，不銹鋼(SVS304，SVS316等)銅(C1220R，C1660R，NCUR等)和鋁(A-3003，A5052等)。
根據(jù)釬焊料和帶材確定管狀體的加熱溫度，以使釬焊料可流動，對基材(帶材)不引起急劇軟化。
按照本發(fā)明，由于在釬焊料被加熱到可流動狀態(tài)，通過壓力焊接裝置壓制多纏繞金屬管的最外壁的一端，所以，即使在細(xì)長帶料每個部分之間有尺寸分散，也使得內(nèi)壁吻合，從而防止脫落并改善外縫部分的粘合。
此外，由于通過水冷結(jié)構(gòu)的加壓輥或?；蛩浣Y(jié)構(gòu)的頂頭從外側(cè)或內(nèi)側(cè)壓力焊接多纏繞管狀體，所以該多纏繞管狀體可被盡可能快地急冷(初次冷卻)。取代水冷型加壓輥或模或頂頭，或其組合多纏繞管狀體的外周表面可通過緊接在作為初級冷卻裝置的加壓輥或模，或頂頭之后安裝的冷卻介質(zhì)噴嘴急冷。還有在這種情況下可防止釬焊凹陷，從而保持壁之間的壓力焊接狀態(tài)，并且還可抑制晶料生長。
按照本發(fā)明，由于通過加熱在基材應(yīng)力對釋放期間或之后再對壁作相互壓力焊接，所以不需要按照機(jī)械性能，如彈性回復(fù)選擇材料，而且即使細(xì)長帶材每個部分之間尺寸改變，多纏繞管的壁之間的和焊縫的粘合也是滿意的，從而可制造高質(zhì)量的多纏繞管。
此外，由于以釬焊是在以徑向相互壓焊的狀態(tài)下施加的，所以釬焊料層的厚度可以減小。


圖1是說明作為本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方案的實(shí)施例的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是說明上述設(shè)備中的用于多纏繞金屬管的壓力成形輥的放大示意圖。
圖3是說明在上述設(shè)備中作為多纏繞金屬管另外壓力焊接裝置的模的垂直截面的側(cè)視放大圖。
圖4是說明在上述設(shè)備中改變壓力成形輥設(shè)置位置的例子的加熱裝置的示意圖。
圖5是說明在上述設(shè)備中另一個多纏繞管狀體加熱裝置的加熱裝置示意圖。
圖6是說明在上述設(shè)備中支承多纏繞管狀體內(nèi)周表面裝置例子的示意圖。
圖7是說明本發(fā)明另一個實(shí)施例的部分設(shè)備的示意圖。
圖8是說明作為本發(fā)明第二個實(shí)施方案的實(shí)施例的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖9是說明在圖8所示的上述設(shè)備中壓力焊接多纏繞管狀體裝置的放大圖，其中(A)表示頂頭，而(B)表示機(jī)械管直徑擴(kuò)大。
圖10是說明在上述設(shè)備中用高頻加熱線圈體系取代電阻生熱系統(tǒng)作為多纏繞管狀體加熱裝置的設(shè)備的示意圖。
圖11是說明在上述設(shè)備中正好在多纏繞金屬管的壓力焊接裝置之前安置加壓輥的設(shè)備的示意圖。
圖12是說明在上述設(shè)備中的一種設(shè)備的示意圖，其中就在多纏繞金屬管的壓力焊接裝置之后安置加壓輥。
圖13是說明作為本發(fā)明第三實(shí)施方案的實(shí)施例的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖14是說明上述設(shè)備中管狀體壓力焊接部分的另一個實(shí)施例的示意圖。
圖15是說明上述設(shè)備中多纏繞管狀體另一種加熱裝置的示意圖。
圖16是說明在上述設(shè)備中另一個實(shí)施例一部分的示意圖。
圖17是說明上述設(shè)備中又一個實(shí)施例一部分的示意圖。
圖18是說明由本發(fā)明設(shè)備制造的多纏繞管橫截面部分組織的照片，其中(A)是說明壁之間部分的照片，而(B)是外部焊縫的放大照片。
圖19是說明作為本發(fā)明另一個實(shí)施方案的一個實(shí)施例的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖20是說明由現(xiàn)有方法制造的多纏繞管的橫截面部分組織的照片，其中(A)是說明壁之間部分的照片，而(B)是外部焊縫的放大照片。
首先，參考圖1-8說明本發(fā)明的第一實(shí)施方案。
圖1是說明作為從徑向由外側(cè)加壓和壓力焊多纏繞管狀體的外周表面的第一優(yōu)選實(shí)施方案的一個實(shí)施例的設(shè)備的示意圖，圖2是說明在上述設(shè)備中多纏繞金屬管的壓力成形輥的示意放大圖，而圖3是說明在上述裝置中作為多纏繞金屬管的從外側(cè)的壓力焊接裝置的模的垂直截面的側(cè)視放大圖，上述圖中示出了多纏繞管成形設(shè)備1，加熱裝置2，冷卻裝置3，電源輥(旋轉(zhuǎn)電極)4，直流電源5，作為壓力焊接裝置的壓力成形輥6，作為壓力焊接裝置的模7，開卷機(jī)10，帶材(金屬帶)11和多纏繞管狀體12。
在該實(shí)施方案中，多纏繞管成形設(shè)備1比如包括多級成形輥1-1，并具有將通過開卷機(jī)10開卷的帶材11連續(xù)形成管形的結(jié)構(gòu)。此外，加熱裝置2采用了電阻發(fā)熱系統(tǒng)，它包括如多對電源輥(旋轉(zhuǎn)電極)4，它們在圖1中的直線方向上是適當(dāng)間隔開的。在此加熱裝置的內(nèi)部存在非氧化氣氛或還原氣氣氛。
壓力成形輥6是3輥型結(jié)構(gòu)，它包括作為一組的三個輥6-1，并具有由外側(cè)徑向均勻壓制成形設(shè)備1中形成的多纏繞管狀體12的外周表面的結(jié)構(gòu)。使成形輥6的孔型的曲率半徑等于或稍小于多纏繞管狀體的外周的曲率半徑，即，多纏繞成形設(shè)備1的最終輥的曲率半徑，從而均勻地將壓力施加在多纏繞管狀體上。此外，壓力成形輥6可按水冷結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以便使它適于作為盡可能快地冷卻多纏繞管狀體的初級冷卻裝置，并將在熔融態(tài)的釬焊料通過水冷結(jié)構(gòu)的壓力成形輥6急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)左右，最好低于此凝固點(diǎn)。
此外，用模取代壓力成形輥6，而如圖3所示，它象壓力成形輥一樣地具有由外側(cè)徑向均勻壓制在成形設(shè)置1中成形的多纏繞管狀體的外周表面的結(jié)構(gòu)。該以水冷結(jié)構(gòu)成的模，最好通過于內(nèi)部提供冷卻管路7-1以便冷卻多纏繞管狀體，從而在壓力焊接的同時將其急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)左右。
由于壓制必須在多纏繞管狀體壁之間的釬焊料仍處于熔融態(tài)時開始，所以在加熱裝置2的內(nèi)部和冷卻裝置3的入口之間的位置安置壓力成形輥6或模7。
冷卻裝置3被配置在壓力成形輥6或模7的下游，并具有多個冷卻介質(zhì)噴嘴(末圖示)的結(jié)構(gòu)，從而將熔融態(tài)的釬焊料急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)左右并均勻冷卻多纏繞管狀體的外周。特別是所用的該裝置包括安置在內(nèi)周的具有許多噴嘴的冷卻套，以便使冷卻介質(zhì)從噴咀裝置通過該套吹到多纏繞管狀體上。作為冷卻介質(zhì)，一般使用氣體，如惰性氣體或還原氣體，但是也可使用液體，如傳熱油和水。
作為在壓力焊接后進(jìn)行盡可能快地冷卻的初級冷卻裝置，冷卻介質(zhì)噴嘴13，可正好安置在除水冷型壓力成形輥或模之外的成形輥6之后以便通過從噴嘴噴射冷卻劑使釬焊料大致急冷到凝固點(diǎn)。
如上所述，冷卻裝置最好包括有水冷型成形輥或?；蚶鋮s介質(zhì)噴嘴的初級冷卻裝置和包括安置在該輥等的下游的冷卻裝置的第二冷卻裝置，但也可在冷卻裝置3中進(jìn)行約冷到釬焊料的凝固點(diǎn)的急冷及對多纏繞管狀體的冷卻。
在上述制造多纏繞管的設(shè)備中，用如銅釬焊料涂敷帶材(SPCC)11，至少涂到纏繞時形成重合表面的部分，最好涂在由開卷機(jī)10開卷的，在多纏繞管成形設(shè)備1中形成的，具有，如雙壁的，隨后引入加熱裝置2的管狀體的一個表面的整個面積上。
在該加熱裝置中，從直流電源5通過多對電源輥4供給電流，通過管狀體產(chǎn)生的電阻熱熔化在壁之間的釬焊料。由于該釬焊料是銅，故溫度為1080-1200℃。
接著，通過壓力成形輥6或模7在釬焊料處于熔融態(tài)時從徑向外側(cè)均勻地壓制多纏繞管，而后將多纏繞管的壁徑向相互壓焊。由于在每個壁之間的釬焊料仍在熔融態(tài)，通過壓力成形輥6的壓力作用，它在壁之間流通，結(jié)果減少其中無釬焊料部分的間隙，并將釬焊料擠出到外焊縫部分，由此，用釬焊料填充該部分，以減少或消除臺階。此外，由于多纏繞管狀體的最外面的壁(焊縫部分)的一端被壓力成形輥6或模7強(qiáng)迫加壓，它與內(nèi)壁吻合并緊密粘合，以防止外焊縫部分的脫開。
此外，由于壓力成形輥6最好有水冷結(jié)構(gòu)，多纏繞管在壓力焊接的同時被急冷，并將熔融釬焊料大致急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)，最好冷到其凝固點(diǎn)之下。由于這種初級冷卻作用可防止釬焊凹陷，由此，保持每個壁之間的壓力焊狀態(tài)并抑制晶拉生長。
從加熱裝置2運(yùn)送的多纏繞管狀體通過安置在壓力成形輥6或模7下端的冷卻裝置3受到第二次冷卻，由此，將多纏繞管狀體的外周表面冷卻，使每個壁之間的釬焊料徹底凝固以完成釬焊。
此外，在制造多纏繞金屬管的設(shè)備中，壓力焊接裝置，如壓力成形輥6或模7不必正好安置在最終電源輥4之后，但通過如在最終電源輥4和其它電源輥4之間，輥4之前或之后安置該裝置也可獲得相似的作用。
作為多纏繞管狀體12的加熱裝置，如圖5所示可采用高頻加熱線圈15取代電阻發(fā)熱系統(tǒng)。在這種情況下，由于不需要電源輥，僅在加熱裝置的入口處安裝導(dǎo)向輥16可滿足需要。進(jìn)而作為多纏繞管狀加熱裝置，可使用如在JP-B-29046B中已知的一般加熱爐作釬焊爐。
此外，相應(yīng)于壓力成形輥6或模7支承管狀體內(nèi)周表面的的裝置，例如如圖6所示的通過棒17頂端的頂頭18支承的裝置，可進(jìn)一步提供到管狀體的內(nèi)周表面。當(dāng)安置支承管狀體的內(nèi)周表面的裝置時，由壓力成形輥6或模提供的壓力被更有效地施于管狀體。在使用頂頭18的情況下，使冷卻頂頭的內(nèi)部水等循環(huán)是有效的。
再說，在上述實(shí)施方案中展示了從帶材11直到制造多纏繞金屬管的形成多纏繞管狀體，熔化釬焊料和連續(xù)冷卻釬焊料的設(shè)備。但是，它可有一個替換結(jié)構(gòu)，例如如圖7所示的，形成多纏繞管狀體12，然后將它切成預(yù)定長度，將這樣切成預(yù)定長度的管狀體通過運(yùn)送輥14運(yùn)送到加熱裝置2中，熔化釬焊料，然后通過冷卻裝置3冷卻和凝固熔融的釬焊料的可選擇的結(jié)構(gòu)。在圖7所示的實(shí)施例中，由于用現(xiàn)有的形成多纏繞管狀體的設(shè)備以高速有效形成的并切成預(yù)定長度的管狀體，可使用許多本發(fā)明制造多纏繞金屬管的設(shè)備大量生產(chǎn)，生產(chǎn)率可大大改善。
然后，通過參考圖8-12以第二實(shí)施方案描述本發(fā)明。
圖8是說明作為本發(fā)明一個實(shí)施例的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的示意圖，圖9是一個在上述設(shè)備中的多纏繞管狀體的壓力焊接裝置的放大圖，其中，圖9(A)展示了一個頂頭，而圖9(B)展示一個機(jī)械的管擴(kuò)頭，圖10是說明上述設(shè)備中采用高頻加熱線圈系統(tǒng)取代電阻熱產(chǎn)生系統(tǒng)的多纏繞管狀體加熱裝置的設(shè)備的示意圖，圖11是說明上述設(shè)備中的正好在多纏繞金屬管壓力焊接裝置之前的具有加壓輥的裝置的示意圖，而圖12是說明具有正好安置在多纏繞金屬管壓力焊接裝置之后的加壓輥的裝置的示意圖。在該實(shí)施方案中，與第一實(shí)施方案不同，安置了一個頂頭19A或機(jī)械的管擴(kuò)頭19B以便作為以徑向?qū)⒍嗬p繞管狀體12的壁相互壓焊的裝置，它從內(nèi)側(cè)壓此多纏繞管狀體12的內(nèi)周表面，同時，通過加熱將釬焊料仍保持于可流動的溫度。在圖8-12中，同第一實(shí)施方案相同的部件標(biāo)以相同的標(biāo)號。
在多纏繞管成形設(shè)備1中，依次安置了將欲形成多纏繞管的帶材11引至成形步驟的導(dǎo)輥1-1，和多對制管或成形輥1-2，和使帶材11從板形依次形成多纏繞管的精軋成形輥1-3。
在該實(shí)施方案中使用的頂頭19A裝配在支承棒19A-1上，該支承棒從帶材11的還開著口的邊緣插入到導(dǎo)向輥1-1上的多纏繞管狀體(參見圖9(A))中，該頂頭有一個從外部徑向均勻壓制通過成形設(shè)備2成形的多纏繞管狀體12的內(nèi)周表面的結(jié)構(gòu)。此外，頂頭19A具有盡可能快冷卻多纏繞管狀體的作為第一冷卻裝置的水冷結(jié)構(gòu)，而水冷結(jié)構(gòu)的頂頭19A將熔融態(tài)釬焊料大致急冷到凝固點(diǎn)，最好急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)以下。
此外，和頂頭19A一樣(見圖9(B))機(jī)械的管擴(kuò)頭19B與操縱桿19B-1的頂端相連，操縱桿19B-1從帶材11的還開著口的邊緣插入到導(dǎo)向輥1-1上面的多纏繞管狀體中，如眾所周知那樣，擴(kuò)頭19B具有這樣的結(jié)構(gòu)，它使一個錐體通過在操縱桿中的牽引棒與柱體相連，該錐體通過液壓軸向被牽引，以便通過錐體和上下顎的楔入作用使顎擴(kuò)大鉗口，而與鉗口外側(cè)連接的模使多纏繞管狀體12擴(kuò)張。
由于壓制不得不在多纏繞管狀體壁之間的釬焊料仍在熔融態(tài)時開始，所以頂頭19A或機(jī)械的管擴(kuò)頭19B則被安裝在加熱裝置3的內(nèi)側(cè)和冷卻裝置3入口之間處。
此外，作為盡可能快地冷卻多纏繞管狀體12的第一冷卻裝置的冷卻介質(zhì)噴嘴13可正好安置在頂頭19A或機(jī)械的管擴(kuò)頭19B(除水冷頂頭19A)之后，而可從噴嘴13噴出冷卻介質(zhì)以使釬焊料大致急冷到凝固點(diǎn)。
如上所述，雖然冷卻裝置最好包括帶水冷型頂頭19A或噴嘴13的第一冷卻裝置和安置在此頂頭或冷卻介質(zhì)噴嘴下游的冷卻裝置的第二冷卻裝置，但使釬焊料大致急冷到凝固點(diǎn)及冷卻多纏繞管狀體也可象第一實(shí)施方案那樣同時在冷卻裝置3中進(jìn)行。
在具有與第一實(shí)施方案同樣作用和結(jié)構(gòu)的加熱裝置2中，通過頂頭19A或機(jī)械的管擴(kuò)頭19B從內(nèi)部徑向均勻壓制多纏繞管狀體12，同時釬焊料仍在熔融態(tài)，并通過加壓將多纏繞管的壁彼此徑向壓焊。在這種情況下由于釬焊料仍在熔融態(tài)，通過頂頭19A或機(jī)械的管擴(kuò)頭19A的壓力作用使釬焊料在壁之間流動，結(jié)果其中不存在釬焊料的部分間隙減少，而且釬焊料被擠出到外部焊縫，從而用釬焊料填充該部分，由此減少或消除臺階。
此外，當(dāng)使用水冷結(jié)構(gòu)的頂頭19A和或冷卻介質(zhì)噴嘴13時，熔融釬焊料被大致急冷到凝固點(diǎn)，最好冷到釬焊料的凝固點(diǎn)以下。由初級冷卻作用可防止釬焊凹陷，在壁之間的壓力焊接可保持，而晶拉生長可抑制。
從加熱裝置2運(yùn)送的多纏繞管狀體12被置于頂頭19A或機(jī)械的管擴(kuò)頭下放置的冷卻裝置的第二冷卻裝置中，由此，各壁之間的釬焊料被徹底凝固，從而完成釬焊。
在該實(shí)施方案中，如圖10所示，還可采用高頻加熱線圈15取代電阻發(fā)熱系統(tǒng)作多纏繞體的加熱裝置。在這種情況下，由于不需要電源輥，只要在加熱裝置的入口和出口提供導(dǎo)向輥16就可滿足需要。此外作為多纏繞管狀體的加熱裝置，例如，在JP-B-2904613中已知的普通加熱爐可用作釬焊爐。此外，在如圖2所示正好在多纏繞管狀體的模壓頂頭19A之前或之后提供加壓輥6的情況下，如圖11和12所示，由于多纏繞管狀體的最外的壁(焊縫部分)的一端由壓力成形輥6從外側(cè)強(qiáng)迫加壓，所以它與內(nèi)壁吻合并緊密粘合，從而更有效地防止外焊縫部分脫開。此外如圖3所示，壓力輥6可用模取代。
然后，參考圖13-17，通過第三實(shí)施方案說明本發(fā)明。
圖13是說明作為第三實(shí)施方案的一個實(shí)施例的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)的示意圖，圖14是說明在上述設(shè)備中的管狀體壓焊部分的另一個實(shí)施例的示意圖，圖15是說明在上述設(shè)備中的多纏繞管狀體另一個加熱裝置的示意圖，圖16是說明該實(shí)施方案設(shè)備的又一個實(shí)施例的一部分的示意圖，圖17是說明該實(shí)施方案設(shè)備的再一個實(shí)施例的一部分的示意圖。在第三實(shí)施方案中設(shè)置帶有一組或多組管狀體加壓輥6和在鄰近加壓輥下游處的一組夾送輥20的傳遞速度變化裝置作為在徑向?qū)⒓舆^熱的多纏繞管狀體12的相互壓力焊接輥的裝置，同時通過加熱將釬焊料保持在可流動的溫度。在第三實(shí)施方案中，與第一和第二實(shí)施方案中相同的部件也標(biāo)有相同的標(biāo)號。
在第三實(shí)施方案中，多纏繞管成形設(shè)備1也包括，例如多級成形輥1-1并具有象上述每個實(shí)施方案一樣的使由開卷機(jī)(末示出)開卷的帶材1-1連續(xù)形成圓柱形的結(jié)構(gòu)。此外，由管狀體運(yùn)送輥1-4運(yùn)送的多纏繞管狀體12的加熱裝置采用了，例如，使用多對電源輥(旋轉(zhuǎn)電極)的電阻熱產(chǎn)生系統(tǒng)，它們?nèi)鐖D13所示，在直線方向上適當(dāng)相隔安置。配置管狀體加壓輥6和運(yùn)送輥20作為改變多纏繞管狀體12的運(yùn)送速度的裝置。其中管狀體加壓輥2例如是三輥型結(jié)構(gòu)的輥，它包括一組如圖2所示的三個輥6-1，并具有從外部徑向均勻壓在成形設(shè)備1中成形的多纏繞管狀體12的外周表面的結(jié)構(gòu)。使管狀體加壓輥20的孔型的曲率半徑等于或稍小于多纏繞管狀體的外周的，即多纏繞成形設(shè)備1的最后輥的曲率半徑，以便對多纏繞管狀體均勻施加壓力。另一方面，以適當(dāng)?shù)拈g隔在鄰近管狀體加壓輥6的下游處安裝夾送輥20，以便通過使夾送輥20的直徑大于加壓輥6的直徑或通過改變轉(zhuǎn)速以夾送輥20和管狀體加壓輥5之間管狀體軸的方向向管狀體施加拉力。夾送輥20最好按象管狀體加壓輥6一樣的三輥型結(jié)構(gòu)制成。由于在管狀體軸方向上對管狀體施加拉力，所以對管狀體引起了減小直徑作用，而且各壁被在熔融態(tài)下相互壓力焊接其中釬焊料被加熱，以便獲得流動性。
由于多纏繞管狀體的壁必須被徑向壓力焊接，而同時在多纏繞管狀體12的壁之間的釬焊料仍處于熔融態(tài)，所以將管狀體加壓輥6和夾送輥20安裝在加熱裝置2的內(nèi)部和冷卻裝置3入口之間的位置。但是它們不必如圖3那樣正好被安置在最后電源輥4之后，但是，通過將這些輥設(shè)置在例如最后電源輥4和前一階的電源輥4之間也可獲得類似的功能和作用。
冷卻介質(zhì)噴嘴13可正好安置在運(yùn)送輥20之后，作為第一冷卻裝置，在壓力焊接后盡可能快的徑向冷卻多纏繞管狀體，從噴嘴噴射冷卻介質(zhì)可急冷多纏繞管的外周表面，并通過噴嘴噴射將熔融態(tài)的釬焊料急冷到大致凝固點(diǎn)，最好急冷到釬焊料凝固點(diǎn)之下。
另一方面，在管狀體加壓輥6或夾送輥20的下游處安置冷卻裝置3，它適用于急冷熔融釬焊料大致到釬焊料的凝固點(diǎn)，并具有安置許多冷卻介質(zhì)噴嘴(末示出)的結(jié)構(gòu)，以便可象上述每個實(shí)施方案一樣均勻地冷卻多纏繞管狀體的外周表面。
冷卻裝置3最好包括帶有冷卻介質(zhì)噴嘴的第一冷卻裝置和帶有安置在管狀體加壓輥6或夾送輥20下游處的冷卻裝置的第二冷卻裝置，并大致到釬焊料的凝固點(diǎn)的急冷，及對多纏繞管的冷卻也可在冷卻裝置3中進(jìn)行。
在釬焊料的熔融態(tài)下，以管狀體加壓輥6和夾送輥20之間的管狀體軸的方向?qū)軤铙w施加拉力。在這個例子中，由于在每個輥之間的釬焊料仍處于熔融態(tài)，所以它在壁之間流動，減少了其中不存在釬焊料的間隙，并將釬焊料擠出到外焊縫部位，結(jié)果使釬焊料填充該部位，由此減少或消除間隙。同時，多纏繞管狀體的最外的壁(焊縫部分)的一端通過徑向壓力焊接與內(nèi)壁吻合并緊密粘合，從而防止焊縫外部脫開。
此外，最好將多纏繞管狀體12通過最好正好安裝在夾送輥20之后的冷卻介質(zhì)噴嘴13進(jìn)行初級冷卻，將熔融態(tài)的釬焊料大致急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)，最好低于其凝固點(diǎn)。這種初級冷卻作用可防止釬焊凹陷，并在壁之間保持壓力焊接狀態(tài)，和抑制晶粒生長。另一方面從加熱裝置運(yùn)送來的加了熱的管狀體12通過安置在夾送輥20下游的冷卻裝置3進(jìn)行二次冷卻，借此，將多纏繞管狀體的外周表面冷卻，并將每個壁之間的釬焊料徹底凝固，從而完成釬焊。
此外，如圖14所示，作為第三實(shí)施方案的另一個實(shí)施例，一個加壓裝置，例如與圖3所示的管體壓力輥6或模7相同的三輥型加壓輥21，被正好安置在包括管狀體加壓輥6和夾送輥20的管狀體傳送速度變化裝置之前或之后，即正好在管狀體加壓輥6之前或正好在夾送輥20之后。這可進(jìn)一步減少在每個壁之間的不存在釬焊層的間隙，此外，可更有效地消除焊縫外部的臺階。
此外，通過如第一實(shí)施方案中那樣上加壓輥21或模7的水冷結(jié)構(gòu)，則加壓裝置還可起到將釬焊料大致急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)或最好低于其凝固點(diǎn)的初級冷卻裝置作用。
此外，作為多纏繞管體的加熱裝置，可如圖15所示那樣采用高頻線圈15取代電阻發(fā)熱系統(tǒng)。在這種情況下，由于不需要電源輥，所以僅在加熱裝置的入口提供導(dǎo)向輥16就足夠了。作為多纏繞管狀體的加熱裝置，可象上述每個實(shí)施方案中一樣，比如可使用在JPO-B-2904613中已知的普通加熱爐。此外，如圖8已示那樣，它還可適用于形成多纏繞管狀體2，將該管體切成預(yù)定長度，將切成預(yù)定長度的管狀體通過夾送輥14運(yùn)送到加熱裝置12中，熔化釬焊料，然后通過冷卻裝置3冷卻和凝固熔融釬焊料。
此外，每個實(shí)施例都示出了，在將釬焊料加熱成可流動狀態(tài)，然后徑向相互壓力焊接多纏繞管狀體的壁之后，通過管狀體加壓輥6和夾送輥20在管狀體軸的方向上對管狀體施加拉力的情況?？晒┻x擇的是，可將主管狀體加壓輥6安置在管狀體12加熱之前或加熱期間的位置上，夾送輥20可安置在釬焊料加熱成可流動狀態(tài)的位置上，它們可緊靠著管狀體。即如圖16所示管狀體加壓輥安置在高頻加下線圈15的上游端，而夾送輥20安置在該線圈的下游端。因此當(dāng)釬料通過管狀體加壓輥6加壓時，它仍是固態(tài)或軟化狀態(tài)，在通過高頻加熱線圈15后它轉(zhuǎn)變成可流動狀態(tài)，然后通過夾送輥20施加拉力。此外，如圖17所示，在通過電阻發(fā)熱體用輻射/對流釬焊加熱爐的情況下，管狀體加壓輥6被安置在電阻加熱元件22之間，夾送輥20被安置到電阻加熱體的下游，在釬焊料軟化的狀態(tài)下，管狀體12緊靠著加壓輥6，然后在釬焊料進(jìn)一步加熱并熔化狀態(tài)下，釬焊料緊靠著運(yùn)送輥20。重要的是，當(dāng)釬焊料在可流動狀態(tài)時使釬焊料至少同夾送輥20接觸。
由圖18(A)和(B)所示照片可看出，在由多纏繞管制造設(shè)備(特別是圖1所示的設(shè)備)制造的本發(fā)明多纏繞管中，獲得粘合良好的薄銅層，在每個輥之間沒有其中不存在釬焊層的間隙，外焊縫用釬焊料填充，結(jié)果獲得高質(zhì)量管，它的已形成的整個周圍表面的是基本上光滑的。
本發(fā)明已按這樣的情況解釋通過徑向相互壓力焊接管狀體壁施以釬焊，接著在多纏繞管狀體的壁之間的釬焊料被加熱到可流動溫度狀態(tài)下冷卻。可供選擇的是，通過參照本發(fā)明的所述的各種壓力焊接方法，可通過對壁的相互壓力焊接施加釬焊，同時將多纏繞管狀體的之間的釬焊料加熱到低于釬焊料可流動溫度和高于管狀體基材的軟化點(diǎn)的溫度，然后再加熱釬焊料，以使釬焊料流體化。
參考圖19說明上述實(shí)施方案的一個實(shí)施例，多纏繞管成形設(shè)備1，例如包括多級成形輥1-1和最終成形輥1-2將來自開卷機(jī)的已開卷的帶材11連續(xù)形成圓柱形。此外加熱裝置采用了帶有多對電源輥(旋轉(zhuǎn)電極)4電阻發(fā)熱系統(tǒng)，它們以直線方向相互以適當(dāng)距離間隔開，并被分成第一加熱部分2-1和第二加熱部分2-2。在加熱裝置的內(nèi)部存有非氧化氣氛或還原氣體氣氛。
安置在加熱裝置中被分別隔開的第一加熱部分2-1適于將釬焊料加熱到低于其流態(tài)而高于管狀體基材軟化點(diǎn)的溫度，而第二加熱部分2-2適于將釬焊料加熱成熔融態(tài)。加熱裝置2中的加熱部分2-1由直流電源將電流通過多對電流輥4供到管狀體，通過管狀體產(chǎn)生的電阻熱將釬焊料加熱到低于釬焊料可流動點(diǎn)和高于管狀體基材軟化點(diǎn)的溫度，由于基材是SPCC，而釬焊料是銅，所以該溫度高于800-850℃而低于1083℃。
接著，通過加壓成形輥6在加熱狀態(tài)下從外部以徑向基本均勻地對多纏繞管加壓，并通過加壓以徑向?qū)⒍嗬p繞管的壁相互壓力焊接，由于基材在此情況下達(dá)到軟化溫度，最好達(dá)到結(jié)晶溫度，所以即使在正常溫度下使管狀體成形時，由于成型工具的磨損物摻到成形設(shè)備1中，成形設(shè)備的調(diào)整不完善，細(xì)長的卷曲的帶材11的各部分機(jī)械性能和尺寸的分散，及由于成形階段的加工硬化而在管狀體的各壁之間形成管狀壁粘合不嚴(yán)的間隙，通過軟化而將基材多纏繞管狀體的壁相互壓力焊接，從而由于在每個壁之間的釬焊料層的緊密粘合而消除了這種間隙。
接著，使釬焊料成熔融態(tài)，在多纏繞管狀體的壁之間流動，然后在通過具有與第一加熱部分2-1類似的加熱裝置的第二加熱部分2-2使內(nèi)壁更吻合和緊密地粘合和釬焊的狀態(tài)下釬焊，結(jié)果在每個壁之間不存在釬焊層的間隙被消除，從而防止多纏繞管狀體的內(nèi)外壁(焊縫部分)1的一端脫開。
作為在該實(shí)施方案中欲使用的另一種壓力焊接裝置的加熱裝置和冷卻裝置，它們可如同在上述每個實(shí)施方案中一樣地被使用。
如上所述，本發(fā)明可提供下述有益的效果。
(1)由于可獲得這樣的多纏繞金屬管，其中外焊縫部用釬焊料填充從而填滿了間隙，而且外周表面基本光滑，當(dāng)將一個樹脂管或O形環(huán)從外部安在此整個多纏繞金屬管之上時，該元件的內(nèi)周表面和管之間不形成間隙，從而獲得有高密封性能的多纏繞金屬管。
(2)由于在釬焊料熔融態(tài)將壁相互壓力焊接，所以就可能獲得令人滿意粘合的，幾乎沒有間隙的多纏繞金屬管，而在該間隙中每個壁之間是不存在釬焊料的。
(3)即使在多纏繞體壁之間，由于在多纏繞體成形步驟中成形工具的磨耗，和帶材每個部分機(jī)械性能和尺寸的分散而形成了間隙，但仍可防止內(nèi)外焊縫部分之間的脫開。
(4)由于多纏繞管狀體的初級冷卻是在徑向壓力焊接后同時或盡可能快地進(jìn)行，所以可防止釬焊凹陷，從而獲得光滑的外表面，這可便于后續(xù)的覆鍍處理等，并能保持壁之間的壓力焊接狀態(tài)并抑制晶柱生長。
(5)由于在通過加熱釋放基材中因成形的而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力之后或此間再將壁相互壓力焊接，所以不再需要顧及帶材的機(jī)械性能，如彈性回復(fù)和每個部分尺寸的分散等來選擇材料，因而選擇材料的范圍可以擴(kuò)大。
(6)由于在相互的徑向壓力焊接狀態(tài)下相互釬焊多纏繞金屬管的壁，故釬焊料層的厚度可減小，從而可能降低隨釬焊料層增加而引起的脆性，并可減少所用釬焊料的量。
權(quán)利要求
1.一種多纏繞金屬管，其中外焊縫部分用釬焊料填充，從而形成完全光滑的外周表面，壁完全用釬焊料相互粘合而不留下間隙。
2.一種制造多纏繞金屬管的方法，它包括將多纏繞管狀體的壁以徑向相互壓力焊接，同時通過加熱至少在形成多纏繞形式的管狀體的壁之間的釬焊料外周處于可流動溫度，然后將其冷卻。
3.權(quán)利要求2的制造多纏繞金屬管的方法，其中該方法使用至少一個基本均勻地和自外側(cè)徑向地壓此管狀體外周表面以便壓力焊接多纏繞管狀體的壁的步驟，一個從內(nèi)側(cè)徑向地和基本均勻地對管狀體內(nèi)周表面加壓的步驟或一個對管狀體以其軸向施加拉力的步驟。
4.權(quán)利要求3的制造多纏繞金屬管的方法，其中在徑向壓力焊接后同時或盡可能快地進(jìn)行初級冷卻，然后接著進(jìn)行第二次冷卻。
5.權(quán)利要求3的制造多纏繞金屬管的方法，其中通過在徑向壓力焊接之后同時或盡可能快地進(jìn)行的初次冷卻將可流動狀態(tài)的釬焊料大致急冷到釬焊料的凝固點(diǎn)。
6.權(quán)利要求3的制造多纏繞金屬管的方法，其中通過電阻加熱裝置或高頻加熱裝置對釬焊表面進(jìn)行加熱。
7.權(quán)利要求6的制造多纏繞金屬管的方法，其中電阻加熱裝置使用直流電流。
8.一種制造多纏繞金屬管的設(shè)備，它包括將帶材形成多纏繞管狀體的成形裝置，熔化多纏繞管狀體壁之間釬焊料的加熱裝置和凝固熔融釬焊料和冷卻管狀體的冷卻裝置，其中至少一個用于以徑向相互壓力焊接多纏繞管狀體壁，以使釬焊料流動的裝置被配置在加熱裝置內(nèi)部和冷卻裝置入口之間。
9.權(quán)利要求8的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中壓力焊接裝置包括至少一個從外側(cè)以徑向?qū)軤铙w外周表面基本均勻加壓的裝置，從內(nèi)側(cè)對管體內(nèi)周表面基本均勻加壓的裝置或在管狀體軸方向?qū)軤铙w施加拉力的傳遞速度變化裝置。
10.權(quán)利要求9的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中從外側(cè)壓力焊接裝置包括一組或多組加壓輥或一個或多個模。
11.權(quán)利要求9的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中從內(nèi)側(cè)壓力焊接的裝置包括用于擴(kuò)大多纏繞管狀體直徑的一個頂頭或一個機(jī)械的管擴(kuò)頭。
12.權(quán)利要求9的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中以管狀體軸方向施加拉力的裝置包括一組或多組管狀體加壓輥和一組鄰接該加壓輥下游的夾送輥，并包括使夾送輥直徑大于加壓輥直徑或提高旋轉(zhuǎn)速度的傳遞速度變化裝置。
13.權(quán)利要求8的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中冷卻裝置包括將釬焊料大致急冷到其凝固點(diǎn)的初級冷卻裝置和將管狀體大致冷卻到室溫的第二冷卻裝置，上述初級冷卻裝置含有至少一個配置的冷卻介質(zhì)噴嘴，以便冷卻多纏繞管體的外周表面。
14.權(quán)利要求10或12的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中該組加壓輥具有三輥結(jié)構(gòu)。
15.權(quán)利要求14的制造多纏繞金屬管的設(shè)備，其中加壓輥孔型的曲率半徑等于或稍小于多纏繞管狀體橫斷面的曲率半徑。
全文摘要
能夠以低成本制造高質(zhì)量多纏繞金屬管的方法在多纏繞壁間和焊縫處有滿意的粘合。通過使用至少一個從外側(cè)以徑向基本均勻地對管狀體外周表面加壓的步驟，一個從內(nèi)側(cè)以徑向?qū)軤铙w內(nèi)周表面基本均勻地加壓的步驟或一個在管狀體軸方向?qū)軤铙w施加拉力的步驟相互壓力焊接多纏繞管狀體的壁。然后將其冷卻，同時至少將在多纏繞管狀體的壁之間的釬焊料的外周通過加熱保持在可流動溫度。
文檔編號F16L9/00GK1139596SQ9610434
公開日1997年1月8日 申請日期1996年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月15日
發(fā)明者滝川一儀, 高橋輝久 申請人:臼井國際產(chǎn)業(yè)株式會社