高延剛
19世紀(jì)初期,由于橡膠軟管很在高溫介質(zhì)(如工程蒸汽、熱風(fēng)類等)、低溫介質(zhì)(液氫、液氧、液氦等)以及具有腐蝕性的介質(zhì)(如汽油、煤油、酸、堿等)進(jìn)行有效的應(yīng)用,特別是高溫介質(zhì)中,容易引起安全隱患,人們開(kāi)始把注意力投向金屬管。金屬管具有形狀可變的特點(diǎn),通過(guò)改變其形狀,使金屬管的內(nèi)外表面都產(chǎn)生相應(yīng)的波紋,并具備與橡膠管類同的柔韌性。由于金屬波紋管耐溫性、耐壓性都很強(qiáng),在空氣、蒸氣等各種工業(yè)氣體及水、油類、藥品等各類流體介質(zhì)中都非常適于輸送,也能調(diào)節(jié)管系的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、吸收熱膨脹、振動(dòng)等。金屬波紋管在自動(dòng)控制和測(cè)量?jī)x表、機(jī)械工業(yè)、真空技術(shù)、交通運(yùn)輸、電力工業(yè)及原子能工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
20世界70年代,我國(guó)的波紋管產(chǎn)業(yè)才開(kāi)始。但當(dāng)時(shí)我國(guó)的焊接技術(shù)很不先進(jìn),只能以無(wú)縫極薄壁管產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展波紋管。進(jìn)入到21世紀(jì),激光焊接技術(shù)、自動(dòng)氬弧焊技術(shù)等在我國(guó)發(fā)展迅速,我國(guó)開(kāi)始通過(guò)板材卷制的方式焊接成管,然后再加工成波紋管。這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到應(yīng)用和有效發(fā)展。焊接技術(shù)不斷改進(jìn),特別我國(guó)引用了日本、歐美等國(guó)家和地區(qū)的先進(jìn)技術(shù),有縫波紋管在價(jià)格、質(zhì)量和生產(chǎn)效率上都大大超過(guò)了無(wú)縫波紋管,呈現(xiàn)迅猛發(fā)展之勢(shì)。之后,隨著人們的生活需要,波紋管又進(jìn)一步發(fā)展。
顧名思義,無(wú)縫波紋管就是通過(guò)對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行加工,制造成的波紋管。當(dāng)前,我國(guó)常用的無(wú)縫波紋管有4、6、8、10、12、14、18、20、25、32等幾種內(nèi)孔尺寸規(guī)格。其中DN4的壁厚為0.15mm,其他的都為0.2mm。螺旋管一般為DN4-DN14的通徑范圍,有環(huán)形波紋管和螺旋波紋管一般為DN18-DN32的通經(jīng)范圍。
無(wú)縫波紋管的加工一般經(jīng)歷以下工藝流程。首先由國(guó)內(nèi)的相應(yīng)的集團(tuán)技術(shù)企業(yè)研制開(kāi)發(fā)薄壁管,并通過(guò)Φ65的棒料,待穿孔完畢后,應(yīng)用鋼管冷拔技術(shù),使厚壁得以拉伸,從而達(dá)到變薄的效果。每次進(jìn)行加工,都需要重新對(duì)其進(jìn)行一次熱處理,直到最后鋼管加工的壁厚達(dá)到0.2mm和0.15mm兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。加工之后,再通過(guò)波紋管成型技術(shù)對(duì)薄壁管繼續(xù)加工,使其成為波紋管。在加工過(guò)程中,要特別注意鋼管的冷拔,稍加不注意進(jìn)度,就容易導(dǎo)致偏心,使管壁厚薄出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。
以螺旋波紋管作為無(wú)縫波紋管的加工及發(fā)展的典型例子。螺旋波紋管分為成形模、成形模和中間墊片三個(gè)部分。其中,兩個(gè)工作模都稱為成形模。第一個(gè)成形模的工作面是一個(gè)曲面,它由各向同性曲線達(dá)到一定級(jí)數(shù)而形成。由另一個(gè)投影圓構(gòu)成第二個(gè)成形模的工作面曲面,其直徑就是成型后的波紋管的底直徑就是其直徑。兩個(gè)模構(gòu)成了上隔、中隔和下隔三個(gè)空間。上下兩個(gè)墊片,有一端是平的,另一端則被加工成螺距螺紋。中間墊片的兩端則均被加工成帶螺距的螺紋。兩端分別與上墊片和下墊片相同。一旦管坯進(jìn)入旋轉(zhuǎn)模具,在模塊和墊片的相互作用力在一定程度上都會(huì)向管坯的軸向和徑向施加壓力,使它開(kāi)始發(fā)生塑性變形,逐漸擠壓成所需要的螺旋波紋,進(jìn)入塑料中成型。為保障過(guò)程的流程性,要將打開(kāi)塑料模具光滑連接成型模的切尾。為避免生產(chǎn)過(guò)程中造成不必要的劃傷,在設(shè)計(jì)尺寸上,要保障成形模的厚度不應(yīng)小于成形模的設(shè)計(jì)尺寸厚度。螺旋面的螺距由波紋管的波紋高度決定。
螺旋成型的過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。一是劃傷波谷。這種現(xiàn)象難以避免,主要是由于它的加工工藝主要由機(jī)械旋壓成形,模具的工作面不可避免的會(huì)與管坯外表面發(fā)生滑動(dòng)摩擦,產(chǎn)生劃傷。二是形成凹坑。造成這種現(xiàn)象主要有兩個(gè)原因,一方面是管坯料自身有缺陷。管坯材料一般要經(jīng)過(guò)無(wú)縫鋼管軋制或冷軋。在冶煉和粗加工時(shí),氣孔或夾渣等現(xiàn)象常有發(fā)生,在導(dǎo)致出現(xiàn)隱蔽的裂痕、裂紋等安全隱患,在螺旋波紋管形成后,則表現(xiàn)為凹坑狀。運(yùn)輸途中,也容易引發(fā)管坯壓凹,最終呈現(xiàn)出凹坑。另一方面是工藝成型過(guò)程中的問(wèn)題。不當(dāng)?shù)纳a(chǎn)準(zhǔn)備,特別是不潔凈的環(huán)境、不達(dá)標(biāo)的油漆工藝,不均勻的油漆層厚度以及硬結(jié)的油漆滴落現(xiàn)象,漆膜不干燥的管坯堆堆聚,使管坯表面沿軸向形成凸出的漆痕。此外,當(dāng)用油漆沾污、沾木屑,甚至刷毛時(shí)都可能會(huì)造成凹坑。
在有縫波紋管的發(fā)展初期,受到焊接技術(shù)的限制問(wèn)題,有縫波紋管只能在低壓領(lǐng)域得以應(yīng)用。在發(fā)展的后期,隨著焊接技術(shù)的提高,特別是在激光焊接和自動(dòng)焊接技術(shù)領(lǐng)域的突破,縫波紋管的根本問(wèn)題得到解決,很快就在國(guó)內(nèi)得到大范圍的應(yīng)用。
有縫波紋管大多使用帶材卷制,緊接著將其進(jìn)行自動(dòng)焊接,再進(jìn)一步制成波紋管。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有縫波紋管多由連體設(shè)備加工而成,也就是說(shuō)帶材卷制、焊接和波紋管成型的加工是連續(xù)且為一體的,這樣的設(shè)備可以直接將帶材加工制作成為波紋管。有縫波紋管中的帶材,一般是通過(guò)鋼鐵煉制,因此,它的板的厚度均勻性和平面度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同類管料。有縫波紋管通過(guò)聚氨酯或水壓成型,多生產(chǎn)環(huán)形波紋管,待成型后,要進(jìn)一步進(jìn)行固熔處理,以此來(lái)消除材料在卷制、焊接以及成型過(guò)程中帶來(lái)的應(yīng)力,使材料能夠穩(wěn)定。
有縫波紋管的通徑在DN6~DN800的范圍內(nèi),DN4無(wú)法由卷制工藝加工支撐,因此沒(méi)有DN4的有縫波紋管。在承壓方面,部分企業(yè)生產(chǎn)的DN6波紋管可承受40MPa。由于=有縫波紋管是由板材卷制而成,在工藝流程上并沒(méi)有經(jīng)歷多次的拉伸和熱處理等,只要將工藝控制得好,波紋管內(nèi)壁幾乎不會(huì)有雜質(zhì)、黃斑等問(wèn)題。
綜上所述,我國(guó)的波紋管加工正隨著技術(shù)的發(fā)展,其性能正不在加強(qiáng)??梢灶A(yù)測(cè),未來(lái)波紋管的隨著技術(shù)的成熟,會(huì)在更多的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。