CN106676315A - 一种无缝中空紫铜扭曲扁管的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，通过对紫铜圆管的多个折弯部位进行局部加热至M态后去应力退火，将第N退火处两端的铜管段N和铜管段N+1沿轴线线相对扭曲，同时将铜管段N和铜管段N+1相对折合，并使铜管段N‑1和铜管段N+1不位于同一平面，而后将折弯后的紫铜圆管冷却至Y态后，重新整体加热至M态，并将M态的折弯紫铜圆管进行锻打至所有铜管段位于同一平面，且相对锻打面呈平面状的中空扁平管状后，进行淬火处理，使之冷却并得到所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管。确保锻打过程中紫铜圆管强度较低的各折弯部的不发生崩裂，适合作为变压器的二次线圈进行使用。

Description

一种无缝中空紫铜扭曲扁管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种紫铜管的制造方法，具体涉及一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法。

背景技术

目前，供给大电流的焊接变压器，其一次线圈和二次线圈均会发热。如果异常发热，则会产生绝缘体劣化等的故障。为确保焊接变压器的散热性能，针对通过大电流的，发热量最大二次线圈需采用冷却结构，对其进行降温，以往的冷却结构通常采用泊方铜管焊接于二次线圈外周，通入冷却水进行降温，该设计方式的散热效果较差，仅对二次线圈外周部分的区域带来散热效果，且无法带走二次线圈交替设置的一次线圈散发的热量；

CN201310021859公开了一种焊接变压器，其二次线圈采用中空设计，并在其内部通入冷却水对二次线圈进行冷却，该方案提供了中空二次线圈的加工方法，为使用两个对铜板进行C字状铣削加工形成具有中空水路通道的正侧线圈和负侧线圈，通过内部中空水路，在内部供给冷却水进行冷却，可以使其温度下降至比一次线圈更低。从而，设置在二次线圈之间的一次线圈也基于流经二次线圈的冷却水被冷却。在上述的结构中，可以有效地将一次线圈冷却。

相对而言，通过内部设置中空水路的方式，具有更好的散热效果，但相对而言，通过铣削雕刻水路的方式，存在工序繁琐，生产效率较低，需要大型铣削设备辅助生产，产生较多次品废铜件及铣削废铜料，造成变压器成本大大增高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，通过对折弯部位的扭曲折合，并锻打紫铜圆管，使紫铜圆管形成具有多个折弯的部位的，具有中空管道的扁紫铜管，并确保锻打过程中紫铜圆管强度较低的各折弯部的不发生崩裂。

如图1（X），针对CN201310021859公开的使用两个对铜板(71,72)进行C字状铣削加工形成具有中空水路73通道的正侧线圈和负侧线圈，该需要对对接面进行焊接封合，以形成闭合中空水路73，这需要较高的焊接技巧，方可使作为二次线圈使用的对铜板(71,72)在使用过程中不发生冷却液渗漏现象；作为类似的代替案例，如图1（Y），采用铜板件74铣削中空管道，在耗费较多的铜材的同时，效率较低，且中空水路73散热效果较差。故发明人在实际应用过程中，考虑以无缝的紫铜圆管，通过合适的加工手段制成多折弯的中空紫铜扁管来代替现有的技术方案。

在实验过程中，如图2，以对M态的紫铜圆管直接折弯的加工方式，M态紫铜管在弯制过程中（铜管段指示点变化如图2），折弯部的弹性屈服区81持续受到较大的外力作用并发生形变，直接锻打时，紫铜圆管管壁外侧受到强大的短时外力作用，此时紫铜圆管弹性屈服区81管壁外侧受到来自锻打方向和折弯方向双重的屈服作用，尤其容易发生变形，开裂现象；此外，直接锻打时容易折弯部的塑性屈服区82向中空管道内突出变形，减少管道内通路空间；这些因素对具有多重折弯的中空紫铜扁管而言，容易造成管路折弯区前后区域管路孔径骤变，导致冷却液通过折弯区流通不畅，而缠绕在磁芯周围，并被该种中空紫铜扁管所包夹的一次线圈，在被中空紫铜扁管折弯区所包夹的区域容易发生熔断现象，对变压器设备带来难以预估的潜在危害；对于具有局部开裂的中空紫铜扁管而言，更不适宜作为二次线圈使用，冷却液的渗漏将会导致变压器产生可预见的更大危害。

如何在兼顾生产效率的同时，避免多折弯中空紫铜扁管的折弯部产生开裂为本发明的研究课题。

下述方案为解决本发明技术难题的手段：

一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于以下步骤：

a）选定长度不限的紫铜圆管，并确定N（N≥2）次的折弯次数与对应的折弯部位；

b）对紫铜圆管的各折弯部位进行局部加热至M态后去应力退火，将第一退火处两端的铜管段一和铜管段二沿轴心线相对扭曲，同时将铜管段一和铜管段二相对折合……将第N退火处两端的铜管段N和铜管段N+1沿轴线线相对扭曲，同时将铜管段N和铜管段N+1相对折合，并使铜管段N-1和铜管段N+1不位于同一平面，而后将折弯后的紫铜圆管冷却至Y态；

c）将冷却后的折弯紫铜圆管整体加热至M态，并将M态的折弯紫铜圆管进行锻打为中空扁平管状，并使所有铜管段位于同一平面，且相对锻打面呈平面状；

d）将锻打后呈M态的中空扁平管状的紫铜扁管进行淬火处理，使之冷却并得到所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管。

如图3所示，通过对紫铜圆管的各折弯部位进行局部加热至M态后去应力退火，图3（a）所示为铜管段一51与铜管段二52沿轴心线相对扭曲区(41,42)的示意状态，铜管段一51上的指示点沿轴心线相对于原位置偏移约90°；图3（b）所示为铜管段一51与铜管段二52沿相对折合的示意状态，铜管段一51和铜管段二52相对折合至夹角为90度。在实际折弯过程中，图3（a）（b）状态同时进行，铜管段一51上的指示点相对于原位置偏移如图3（c）状态。

扭曲过程效果如图3（a）中退火处纹理线所示，此时紫铜管管壁密度上升，同时进行缓慢折弯的过程中，内应力沿纹理线进行释放，折弯处的内应力可得到有效的消除，形成图3（c）状态时，不使弹性屈服区61、塑型形变区62造成大幅度形变，有效于减少折弯处加工过程中的变形倾向；冷却至Y态后重新加热至M态进行锻打至图3（d）状，可避免直接一次性完成折弯、锻打工序，使折弯区弹性屈服区61’管壁外侧受到双重的屈服作用而发生开裂，使折弯区塑性屈服区62’管壁内侧受到双重的挤压作用而发生过度形变。

上述技术方案的步骤a）中，折弯次数N不超过6次。减少折弯次数，便于折弯后的紫铜圆管的一次锻打工序的进行.

上述技术方案的步骤b）中，如图3-4，铜管段N和铜管段N+1相对折合形成的夹角不小于60°；相邻两铜管段的扭曲角不超过90°；以铜管段N的横截面为侧视基准，侧视状态下，铜管段N-1和铜管段N+1之间的夹角α为10°~45°。上述的技术手段有利于减少紫铜圆管在加工过程中折弯区弹性屈服区61、塑型形变区62的形变与开裂现象。

上述技术方案的步骤b）中，局部加热方式为使用感应线圈进行加热，控制煨制温度为900~1000℃，中频加热频率为1000~1500Hz，加热功率为1600-1800KW，控制感应加热头和管材之间的间隙保持在5~8mm。采用感应加热的方式，有助于紫铜圆管折弯区的定位加热，且便于紫铜圆管折弯工序的同步进行。

上述技术方案的步骤c）中，使用加热炉将折弯紫铜圆管整体加热至M态。相对于其他加热方式，直接整体加热更有益后续的锻打工序的进行，有效提升加工效率。

上述技术方案的步骤d）中，淬火方式为使用通过冷却液通入紫铜扁管中空管道，冷却至Y2态后进行整体冷却至常温。采用该方法处理有助于减少直接淬火时铜管表面的细密裂痕，更适合于厚度较低的中空紫铜圆管的加工。

作为优选的紫铜圆管材料，所述的紫铜圆管外径为30-50mm，厚度为3-12mm，使用该种规格范围的紫铜圆管，在折弯过程中能有效避免折弯区形变的同时，具有足够的强度，在锻打加工过程中的壁厚与中空管路的变化小，均匀性均一，经锻打后所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管的厚度变化范围为±1%~5%，更适合于多折弯中空紫铜扁管的加工。

为进一步减少加工过程中发生的形变与开裂现象，在加热紫铜至M态时，控制M态紫铜的屈服强度在65-75MPa，晶粒度为0.20-0.35mm的范围内时为宜。

作为一种优良的成品方案，所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管的长轴为45-60mm；短轴为10-25mm，冷却液自中空内管通入可带走更多的热量。

优选的，锻打方式为对折弯紫铜圆管进行整体一次锻打，更适合于壁厚较薄，侧视状态铜管段N-1和铜管段N+1之间的夹角较小的紫铜圆管的整体锻打加工；或对折弯紫铜圆管自折弯处向两侧铜管段进行分段式锻打，如采用中小型空气锤进行锻打工序，更适合于壁厚较厚的紫铜圆管的锻打加工，且相对于一次整体锻打而言，设备限制较小，利于推广。

附图说明

图1是铣削加工二次线圈的示意图；

图2是紫铜圆管直接折合过程的示意图；

图3是紫铜圆管扭曲与折合过程的示意图；

图4是是紫铜圆管的侧视示意图；

图5是四折弯中空紫铜扭曲扁管的效果例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更容易被理解，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图和较佳的实施例，与现有技术对比对本发明作进一步说明。

实施例1

选定长度不限，外径35mm*壁厚5mm的T2紫铜圆管，选定四处折弯部位，使用感应线圈对折弯部位加热，控制煨制温度为900~1000℃，中频加热频率为1000~1500Hz，加热功率为1600-1800KW，控制感应加热头和管材之间的间隙保持在5~6mm，在此状态下加热至M态，使M态紫铜的屈服强度在70-75MPa，晶粒度为0.20-0.35mm的范围时，并保温10~20min对各折弯处去应力退火；将第一折弯处11两端的铜管段一21和铜管段二22沿轴心线相对扭曲20°~40°，同时将铜管段一21和铜管段二22相对折合形成150°夹角；同理，将第二折弯处12、第三折弯处13、第四折弯处14两端的铜管段二22和铜管段三23、铜管段三23和铜管段四24、铜管段四24和铜管段五25相对扭曲10°~25°，同时将铜管段二22和铜管段三23、铜管段三23和铜管段四24、铜管段四24和铜管段五25相对折合形成90°夹角，并使铜管段一21和铜管段三23、铜管段二22和铜管段四24、铜管段三23和铜管段五25不位于同一平面，而后将折弯后的紫铜圆管冷却至Y态；

将冷却后的折弯紫铜圆管送至加热炉中，整体加热至M态，并大型锻打设备将M态的折弯紫铜圆管进行整体一次锻打或折弯处向两侧铜管段进行分段式锻打，形成如图5的四折弯中空扁平管状紫铜扁管，使所有铜管段位于同一平面，且相对锻打面呈平面状；而后进行淬火处理，使之冷却并得到所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管。

为确保后续的加工便利性，如图4，在折扭曲折合紫铜圆管时，将以铜管段二22、铜管段三23、铜管段四24的横截面为侧视基准，侧视状态下，铜管段一21和铜管段三23、铜管段二22和铜管段四24、铜管段三23和铜管段五25之间的夹角α为10°~20°，作为一种优选的加工手段，更适合于后续的整体一次锻打的加工；当然，如果采用分段式锻打的加工方式，则铜管段一21和铜管段三23、铜管段二22和铜管段四24、铜管段三23和铜管段五25之间的夹角大小对锻打效果影响较小，优选采用夹角10°~45°的范围为宜，更适宜于中小型空气锤的锻打加工。

在本实施例中，经过上述的加工工序，经锻打后的四折弯中空扭曲紫铜扁管的长轴为50-52mm，短轴为12.5-13.5mm，中空管道的长轴为40-62mm，短轴为2.8-3.2mm，厚度为4.9mm-5.1mm，适合作为380V或220V变1V-20V的焊接变压器的二次线圈进行使用。

实施例2

选定长度不限，外径45mm*壁厚10mm的T2紫铜圆管，选定四处折弯部位，使用感应线圈对折弯部位加热，控制煨制温度为900~1000℃，中频加热频率为1300~1500Hz，加热功率为1600-1800KW，控制感应加热头和管材之间的间隙保持在6~8mm，在此状态下加热至M态，使M态紫铜的屈服强度在65-68MPa，晶粒度为0.20-0.25mm的范围，并保温15~20min对各折弯处去应力退火；将第一折弯处11两端的铜管段一21和铜管段二22沿轴心线相对扭曲25°~35°，同时将铜管段一21和铜管段二22相对折合形成150°夹角；同理，将第二折弯处12、第三折弯处13、第四折弯处14两端的铜管段二22和铜管段三23、铜管段三23和铜管段四24、铜管段四24和铜管段五25相对扭曲20°~25°，同时将铜管段二22和铜管段三23、铜管段三23和铜管段四24、铜管段四24和铜管段五25相对折合形成90°夹角，并使铜管段一21和铜管段三23、铜管段二22和铜管段四24、铜管段三23和铜管段五25不位于同一平面，而后将折弯后的紫铜圆管冷却至Y态；

将冷却后的折弯紫铜圆管送至加热炉中，整体加热至M态，并大型锻打设备将M态的折弯紫铜圆管进行整体一次锻打或折弯处向两侧铜管段进行分段式锻打，形成如图5的四折弯中空扁平管状紫铜扁管，使所有铜管段位于同一平面，且相对锻打面呈平面状；而后进行淬火处理，使之冷却并得到所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管。

在本实施例中，紫铜圆管的厚度相对于实施例1更厚，为避免紫铜圆管内外温差较大，而使管道以及不同角度的四个折弯处的收缩率不均衡的弊端，可通过使用诸如水、冷却油等冷却液通入紫铜扁管中空管道，冷却至Y2态后，使用水或冷却油等冷却方式对M态的四折弯中空扁平管状紫铜扁管进行整体冷却至常温，此手段适合于厚度较高，各个折弯处角度差异偏大的多折弯中空扁平管状紫铜扁管的处理，当然，采用同样的手段对实施例1或其他厚度较薄的紫铜扁管，同样具有良好的应用效果。

相对于实施例1的紫铜圆管而言，在本实施例中的紫铜圆管管壁相对更厚，在整体一次锻打的加工过程中，可在折扭曲折合紫铜圆管时，适当减小铜管段N-1和铜管段N+1之间的夹角，如将以铜管段二22、铜管段三23、铜管段四24的横截面为侧视基准，侧视状态下，铜管段一21和铜管段三23、铜管段二22和铜管段四24、铜管段三23和铜管段五25之间的夹角为10°~15°；当然，如果采用分段式锻打的加工方式，则铜管段一21和铜管段三23、铜管段二22和铜管段四24、铜管段三23和铜管段五25之间的夹角大小对锻打效果影响较小，优选采用夹角10°~45°的范围为宜，更适宜于中小型空气锤的锻打加工。

在本实施例中，经过上述的加工工序，经锻打后的四折弯中空扭曲紫铜扁管的长轴为54-56mm，短轴为24-26mm，中空管道的长轴为34-35.5mm，短轴为5-5.2mm，厚度为9.8mm-10.2mm，同样适合作为380V或220V变1V-20V的焊接变压器的二次线圈进行使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明的权利要求范围所做的等同变换，均为本发明的权利要求范围所覆盖。

Claims (10)

1.一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于以下步骤：

a）选定长度不限的紫铜圆管，并确定N（N≥2）次的折弯次数与对应的折弯部位；

b）对紫铜圆管的各折弯部位进行局部加热至M态后去应力退火，将第一退火处两端的铜管段一和铜管段二沿轴心线相对扭曲，同时将铜管段一和铜管段二相对折合……将第N退火处两端的铜管段N和铜管段N+1沿轴线线相对扭曲，同时将铜管段N和铜管段N+1相对折合，并使铜管段N-1和铜管段N+1不位于同一平面，而后将折弯后的紫铜圆管冷却至Y态；

c）将冷却后的折弯紫铜圆管整体加热至M态，并将M态的折弯紫铜圆管进行锻打为中空扁平管状，并使所有铜管段位于同一平面，且相对锻打面呈平面状；

d）将锻打后呈M态的中空扁平管状的紫铜扁管进行淬火处理，使之冷却并得到所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管。

2.如权利要求1所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的步骤a）中，折弯次数N不超过6次。

3.如权利要求2所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的步骤b）中，铜管段N和铜管段N+1相对折合形成的夹角不小于60°；相邻两铜管段的扭曲角不超过90°；以铜管段N的横截面为侧视基准，侧视状态下，铜管段N-1和铜管段N+1之间的夹角为10°~45°。

4.如权利要求1所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的步骤b）中，局部加热方式为使用感应线圈进行加热，控制煨制温度为900~1000℃，中频加热频率为1000~1500Hz，加热功率为1600-1800KW，控制感应加热头和管材之间的间隙保持在5~8mm。

5.如权利要求1所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的步骤c）中，使用加热炉将折弯紫铜圆管整体加热至M态。

6.如权利要求1所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的步骤d）中，淬火方式为使用通过冷却液通入紫铜扁管中空管道，冷却至Y2态后进行整体冷却至常温。

7.如权利要求1-6任意一项中所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：M态紫铜的屈服强度为65-75MPa，晶粒度为0.20-0.35mm。

8.如权利要求7所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的紫铜圆管外径为30-50mm，厚度为3-12mm，经锻打后所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管的厚度变化范围为±1%~5%。

9.如权利要求8所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的多折弯中空紫铜扭曲扁管的长轴为45-60mm；短轴为10-25mm。

10.如权利要求9所述的一种多折弯中空紫铜扭曲扁管的制造方法，其特征在于：所述的锻打方式为对折弯紫铜圆管进行整体一次锻打；或对折弯紫铜圆管自折弯处向两侧铜管段进行分段式锻打。