CN113426846B - 圆柱形管形成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及圆柱形管形成。管形成方法可以用于在生产具有变化的厚度的管中高效过渡。用于形成连续管的材料可沿着将材料的第一离散区段与第二离散区段分离的分离平面具有相同的厚度，并且第一离散区段和第二离散区段可各自沿材料的进给方向具有变化的厚度。利用这种厚度轮廓，材料的第一离散区段可形成为具有变化的厚度的第一圆柱体，并在第二离散区段形成为具有变化的厚度的第二圆柱体时与第二离散部分分离。特别地，第一圆柱体和第二圆柱体之间的过渡可在没有废料和/或中断的情况下实现，从而导致成本节约以及与形成具有变化的厚度的管相关联的生产产量的改进。

Description

圆柱形管形成

相关申请的交叉引用

本申请是申请号为的中国专利申请201880018171.3的分案申请。本申请要求2017年1月12日提交的美国临时专利申请号 62/445,520的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

管在工业应用中无处不在，其中一些常见用途包括支撑风力涡轮机（或其他机械设备）和输送流体。常常期望针对特定应用改变所形成的一个或多个管的厚度。例如，在诸如形成风力涡轮机塔架的大规模工业应用中，用于形成这种塔架的管被建造为出场设置并且限于受输送限制约束的最大直径。在以这种方式约束的管的直径的情况下，常常期望沿着管的长度改变管的壁厚以形成具有期望的结构性能特性的管。特别地，常常期望壁厚沿着管中的一个方向逐渐增加（例如，以适应沿着管的轴线增加的力矩载荷，使得管的一端处的厚度显著大于管的另一端处的厚度）。

然而，在用于形成这些管的生产过程中，管的厚度变化在材料的高效使用和产量方面产生了一定挑战。作为示例，例如，当厚度变化太大而无法为连续生产过程所适应时，从一个管到下一个管的厚度过渡可能产生废料。例如，这可能发生在同一个管的具有逐渐增加的壁厚的两个实例（instance）之间的过渡处，其中第一端具有显著大于第二端的厚度。此外，如果使用连续生产过程形成管，则该过程可能需要暂停以适应厚度变化。例如，在可以形成下一个管之前，必须去除废料并采取额外的步骤以重新开始该过程。废料的产生以及减缓或暂停连续生产过程两者都会显著增加管的成本。因此，仍然需要生产具有纵向厚度变化的管的改进方法。

发明内容

管形成方法可以用于在生产具有变化的厚度的管中高效过渡。用于形成连续管的材料可沿着将材料的第一离散区段与第二离散区段分离的分离平面具有相同的厚度，并且第一离散区段和第二离散区段可各自沿材料的进给方向具有变化的厚度。利用这种厚度轮廓，材料的第一离散区段可形成为具有变化的厚度的第一圆柱体，并在第二离散区段形成为具有变化的厚度的第二圆柱体时与第二离散区段分离。特别地，第一圆柱体和第二圆柱体之间的过渡可在没有废料和/或中断的情况下实现，从而导致成本节约以及与形成具有变化的厚度的管相关联的生产产量的改进。

根据一方面，形成管的方法可包括：将材料沿进给方向移动到弯曲装置中，该材料具有沿着与材料相交的分离平面邻接第二离散区段的第一离散区段，所述第一离散区段和第二离散区段在分离平面处具有相同的厚度并且各自沿进给方向具有变化的厚度；当与分离平面相交的材料移动通过弯曲装置时，将材料形成为具有与分离平面相交的螺旋接缝的第一圆柱体；将第一离散区段沿着螺旋接缝联结到自身并联结到第二离散区段；以及沿着分离平面将第一离散区段从第二离散区段切断，所述分离平面沿着第一离散区段联结到第二离散区段的位置与螺旋接缝相交。

在某些实施方式中，材料可沿进给方向连续地移动。

在一些实施方式中，将材料形成为第一圆柱体可包括：在分离平面和螺旋接缝的相交处将第一离散区段的第一边缘弯曲成与第二离散区段的第二边缘相邻。

在某些实施方式中，分离平面可垂直于由第一圆柱体限定的纵向轴线。

在一些实施方式中，材料可包括沿与进给方向相交的方向彼此固定的多个片材。例如，分离平面可将所述多个片材中的一个片材基本上一分为二。在某些情况下，基本上被一分为二的片材可比所述多个片材中的至少一个相邻片材更长。进一步或代替地，将第一离散区段联结到自身并联结到第二离散区段可包括沿着螺旋接缝形成材料的角接缝。分离平面可沿着与角接缝间隔开的螺旋接缝的一部分与螺旋接缝相交。

在某些实施方式中，当第二离散区段的一段处于弯曲装置中时，可将第一离散区段从第二离散区段切断。

在一些实施方式中，该方法还可包括：将第二离散区段形成为第二圆柱体。例如，第二圆柱体的前缘可由分离平面界定，第一离散区段沿着该分离平面从第二离散区段切断。

在某些实施方式中，第一离散区段的至少一部分可沿着进给方向具有单调变化的厚度，并且第二离散区段的至少一部分可沿着进给方向具有单调变化的厚度。第一离散区段的所述至少一部分和第二离散区段的所述至少一部分中的一者的厚度可沿进给方向增加，并且第一离散区段的所述至少一部分和第二离散区段的所述至少一部分中的另一者的厚度可沿进给方向减小。进一步或代替地，第一离散区段的厚度的变化可通过第二离散区段的厚度的变化关于分离平面对称地反映。

在一些实施方式中，移动到弯曲装置中的材料是平面金属条带。进一步或代替地，弯曲装置可包括布置为三辊的多个辊组。

在某些实施方式中，沿着螺旋接缝将第一离散区段联结到自身并联结到第二离散区段可包括连续地焊接材料。

在一些实施方式中，将第一离散区段从第二离散区段切断可包括：沿着第一圆柱体的整个圆周切割。

在某些实施方式中，当第一离散区段从第二离散区段切断时，第一圆柱体可未变形。

其他方面、特征和优点将从说明书和附图以及从权利要求中显而易见。

附图说明

图1是具有纵向厚度变化的圆柱形管的侧视图。

图2是用于在连续生产过程中形成图1的圆柱形管的生产顺序的示意性表示。

图3是基于图2的生产顺序按顺序布置的材料片材的顶视图。

图4是制造系统的框图。

图5是在连续生产过程中由图5的制造系统在图3中的材料片材上实施用于形成图1的圆柱形管的螺旋形成过程的示意性表示。

图6是形成管的示例性方法的流程图。

图7是变化的尺寸的圆柱形管的侧视图，其中每个圆柱形管具有相应的纵向厚度变化。

图8是用于在连续生产过程中形成图7的圆柱形管的生产顺序的示意性表示。

各个附图中的相同附图标记指示相同的元件。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述实施例。然而，前述内容可以以许多不同的形式具体实施，并且不应被解释为限于本文阐述的所图示的实施例。

本文中提到的所有文献均通过引用全部并入本文。除非另有明确陈述或从上下文中清楚，否则对单数形式的物品的提及应理解为包括复数形式的物品，反之亦然。除非另有陈述或从上下文清楚，否则语法连接词旨在表达连接的从句、句子、词语等等的任何和所有分离和连接的组合。因此，术语“或”通常应被理解为意指“和/或”，且类似地，术语“和”通常应被理解为意指“和/或”。

除非本文中另有指示，否则本文中对值范围的列举并不旨在起限制作用，而是相反地单独指代落入该范围内的任何值和所有值，并且在这种范围内的每个独立的值被并入到说明书中，就好像其在本文中被单独地列举一样。词语“约”、“近似”、“基本上”等等在伴随数值时将被解释为包括如本领域普通技术人员将了解的那样针对预期目的令人满意地操作的任何偏差。值和/或数值的范围在本文中仅作为示例提供，并且不构成对所描述的实施例的范围的限制。本文中提供的任何和所有示例或示例性语言（“例如”，“诸如”等等）的使用仅旨在更好地说明实施例，并且不对实施例或权利要求的范围造成限制。说明书中的语言不应被解释为将任何未要求保护的元素指示为所公开的实施例的实践所必需的。

在以下描述中，应理解，就本文中使用的范围来说，诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等等的术语是为了方便的词语，并且除非具体地陈述，将不被解释为限制性术语。

本公开的形成过程是参考有益于多种工业应用中的任何一者或多者的管的形成来描述的。例如，本文中形成的管可安装有凸缘且彼此联接，并且任选地联接到其他类型的管以形成连续的中空结构，诸如可有益于形成风塔的至少一部分、桩、土木工程的其他结构零件（例如，柱）、管线、管道等等。因此，作为更具体的示例并且除非另有指定或从上下文中解释清楚，否则根据本文中所描述的装置、系统和方法形成的管应被理解为有益于作为用于支撑风力涡轮机或其他类似机械设备的塔架区段。然而，这仅作为示例，并且不应被理解为以任何方式限制本公开。

如本文所使用的，除非另有指定或从上下文中解释清楚，否则术语管和圆柱体应可互换地使用。更具体地，在本公开的上下文中，管和圆柱体应被理解为包括基本上为直圆柱体的形状，其允许根据所形成的结构的尺寸公差进行尺寸变化。进一步或代替地，本公开的管和圆柱体应被理解为沿着基本上直圆柱体形状的纵向轴线是中空的。

此外，如本文中所使用的，根据上下文，术语厚度应指视情况而定呈平面形式或弯曲形式的材料片材的壁厚。在已形成或正在形成过程中的管或圆柱体中，厚度应理解为相应的管或圆柱体的材料在沿着管或圆柱体的给定纵向位置处的径向尺寸。因此，例如，具有纵向厚度变化的管或圆柱体应理解为具有至少在沿着管或圆柱体的纵向方向上变化的壁厚。

参考图1，具有长度“L”和直径“D”的圆柱体100可由片材t1、t2、t3、t4、t5、t6形成。每个片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可具有相应的厚度（例如，基本上均匀的厚度）。片材t1、t2、t3、t4、t5、t6中的至少一者的相应厚度可与片材t1、t2、t3、t4、t5、t6中的至少另一者的相应厚度不同，使得片材t1、t2、t3、t4、t5、t6沿着由圆柱体100限定的纵向轴线“C”共同地赋予厚度变化。也就是说，沿从t1到t6的纵向方向，圆柱体100的厚度可根据任何一个或多个型式（pattern）并且沿着圆柱体100的长度“L”的全部或一部分而变化。因此，例如，圆柱体100可沿从t1到t6的方向沿着圆柱体100的长度“L”的至少一部分具有单调增加或减小的厚度。圆柱体100的厚度变化可有益于实现例如圆柱体100的目标结构性能特性，圆柱体100在尺寸上被约束到直径“D”的特定值或值范围。进一步或代替地，与利用均匀厚度的材料（该材料是基于沿着圆柱体100的一部分满足最严格的结构要求并且沿着圆柱体100的其他部分对于结构要求而言尺寸过大来选择的）形成圆柱体100相比，形成沿着片材t1、t2、t3、t4、t5、t6具有厚度变化的圆柱体100可在重量和成本节约方面具有显著的优点。更进一步或代替地，并且如下文更详细描述的，可根据一个或多个过程形成圆柱体100，所述过程可促进实现材料使用的额外效率（例如，成本节约），并且在某些情况下实现用于形成圆柱体100的制造系统的产量增加。

现在参考图2，生产顺序“P”表示在片材t1、t2、t3、t4、t5、t6一连串地移动通过制造系统时随着时间的推移按顺序（由生产顺序“P”的箭头方向表示）形成圆柱体100的多个实例。在图2中，为了解释的目的，以生产顺序“P”生产的圆柱体100的多个实例被示为连续圆柱体，诸如在圆柱体100的多个实例在制造过程的过程期间没有彼此分离的情况下将由制造系统形成的连续圆柱体。然而，如下文更详细描述的，圆柱体100的每个实例可在分离平面200处被切断，以将圆柱体100的该实例与圆柱体100的下一个实例分离（例如，当圆柱体100的下一个实例正在形成时）或在生产顺序的开始和结束时将圆柱体100的实例与废料203分离。

一般来说，生产顺序“P”可基于以在形成圆柱体100的每个实例中的过渡期间几乎不产生或不产生废料的方式来布置圆柱体100的多个实例相对于彼此的厚度变化。例如，在生产顺序“P”中，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可布置成形成具有由分离平面200分离的第一离散区段201和第二离散区段202的交替型式。第一离散区段201的材料厚度在分离平面200处可匹配第二离散区段202的材料厚度，并且第一离散区段201和第二离散区段202中的每一者的厚度可沿远离分离平面的方向变化。例如，第一离散区段201沿远离分离平面200的方向的厚度变化可与第二离散区段202沿远离分离平面200的方向的厚度变化具有镜面对称。如通常应理解的，这种对称可特别有益于形成圆柱体100的基本上相同的实例。然而，如下文更详细描述的，额外地或替代地，第一离散区段201的其他厚度变化相对于第二离散区段202的厚度变化是可能的。为了确保第一离散区段201的厚度在分离平面200处基本上匹配第二离散区段202的厚度，分离平面200可定位成延伸穿过（例如，一分为二）具有基本上均匀的厚度的片材t1、t2、t3、t4、t5、t6中的单一一者。

根据生产顺序“P”，第一离散区段201可形成为圆柱体100的第一实例，并且在第二离散区段202移动通过制造系统以形成圆柱体100的第二实例时沿着分离平面200从第二离散区段202切断。类似地，第二离散区段可形成为圆柱体100的第二实例，并且在第一离散区段201的下一个实例移动通过制造系统时沿着分离平面200从第一离散区段201的下一个实例切断。一般来说，可根据需要重复该交替过程以形成圆柱体100的多个实例。

在圆柱体100的实例之间的每个过渡处，根据有益于减少或消除与圆柱体100的实例之间的过渡相关联的废料如下三个标准，第一离散区段201和第二离散区段202可在分离平面200处彼此匹配：1）第一离散区段201和第二离散区段202可在分离平面200处具有匹配的锥度；2）第一离散区段201和第二离散区段202可在分离平面200处具有相同的曲率半径；以及3）片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可布置成使得第一离散区段201的厚度沿着分离平面200匹配第二离散区段202的厚度。一般来说，前两个标准是与形成圆柱体100的多个实例相关联的人为因素，其中每个实例与每个其他实例基本上类似。生产顺序“P”促进第三个标准。

在某些实施方式中，可连续地实施用于形成圆柱体100的多个实例的生产顺序“P”。也就是说，因为在形成圆柱体100的实例之间不产生废料，因此不必停止生产过程以去除圆柱体100的实例之间的废料。相反，当废料产生对生产顺序“P”的连续性的影响不显著时，在生产顺序“P”的开始时和结束时产生废料203。因此，与需要定期去除废料的生产顺序相比，生产顺序“P”可有益于改进圆柱体100的制造产量并减少劳动力需求。

现在参考图2和图3，生产顺序“P”可形成用于对平面形式的片材t1、t2、t3、t4、t5、t6进行排序以用于进给到制造系统中的基础。也就是说，从概念上讲，可展开表示圆柱体100的多个实例的生产顺序“P”的连续圆柱体，以提供用于将片材t1、t2、t3、t4、t5、t6布置为要沿进给方向“F”移动到制造系统中的材料300的排序。如下文更详细描述的，在制造系统中，由片材t1、t2、t3、t4、t5、t6形成的材料300可被弯曲并被联结以形成圆柱体100的实例，并且圆柱体100的每个实例可沿着分离平面200的相应实例被切断。

一般来说，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可由适合于承受与特定应用相关联的载荷并且可根据本文中所描述的任何一种或多种方法形成为圆柱体（100）的任何一种或多种材料形成。为了清楚解释的目的，除非另有指定或从上下文中解释清楚，否则应通常理解，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6由相同的基底材料形成，使得圆柱体100（图1）的给定实例中的片材t1、t2、t3、t4、t5、t6的结构性能的任何差异可归因于片材t1、t2、t3、t4、t5、t6的结构特性。特别地，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6的结构特性的差异通常应理解为可归因于片材t1、t2、t3、t4、t5、t6的厚度差异。然而，应更通常地理解，在一些实施方式中，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可具有不同的材料成分。

材料300可由片材t1、t2、t3、t4、t5、t6形成，例如，通过沿着横向接缝301将片材t1、t2、t3、t4、t5、t6以端对端邻接的关系联结。横向接缝301可根据适合于片材t1、t2、t3、t4、t5、t6的基底材料的各种不同联结技术中的任何一种或多种形成。例如，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可各自由钢（或适合于承受与工业应用相关联的载荷并且可弯曲以形成圆柱体的另一种类似的金属）形成，并且横向接缝301可根据本文中所描述的焊接技术中的任何一种或多种形成。

在某些实施方式中，分离平面200可相对于横向接缝301定位，使得分离平面200与横向接缝301间隔开。这种间距可有益于例如降低沿着形成在横向接缝301和螺旋（材料300沿着该螺旋弯曲以形成圆柱体100）的相交处的角接缝（诸如，图5中的角接缝501）切断材料300的可能性。在角接缝处或附近切断材料300可产生许多接缝在此处立刻集合在一起（例如，角接缝加上在切口处联结凸缘的接缝）的几何形状和/或具有设计规范中没有充分表示的疲劳性质的几何形状。

作为可有益于降低切断圆柱体100中的角接缝的可能性的间距的示例，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6的尺寸可共同地设置，使得分离平面200中的每一者延伸穿过可在更长的距离上联结到自身的更长片材。如图3中所示，例如，t1和t6可比其他片材更长，使得延伸穿过那些片材的分离平面200可适当地与相应的横向接缝301间隔开，并因此与由横向接缝301形成的角接缝间隔开。

更长片材的几何标准是其长度必须大于：

其中，L是片材的长度，D是圆柱形区段的直径，并且s是片材的宽度。

现在参考图3至图5，制造系统400可包括原料源404、进给系统406、弯曲装置408、联结系统410、切断系统412和控制系统414。如下文更详细描述的，制造系统400可以是可操作的，以根据本文中所描述的方法制造圆柱体100（图1）的多个实例。控制系统414可控制原料源404、进给系统406、弯曲装置408、联结系统410和切断系统412中的每一者。在一些实施方式中，控制系统414可控制制造系统400的更多或更少部件及其任何组合。例如，控制系统414可额外地控制输出系统以沿远离弯曲装置408和/或联结系统410的方向移动圆柱体100的实例。

控制系统414可包括处理单元420和与处理单元420通信的存储介质440。处理单元420可包括一个或多个处理器，并且存储介质440可存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理单元420执行时导致制造系统400执行本文中所描述的一种或多种管形成方法。任选地，控制系统414可包括输入装置（例如，键盘、鼠标和/或图形用户界面），输入装置与处理单元420和存储介质440通信，使得在处理单元420执行本文中所描述的一种或多种管形成方法时，处理单元420额外地或替代地响应于通过输入装置接收的输入。

更通常地，控制系统414可包括被构造成控制制造系统400的操作的任何处理电路。例如，这可包括被构造成根据需要或要求执行处理逻辑的专用电路，或者这可包括微控制器、比例积分微分控制器或任何其他可编程过程控制器。这还可包括或代替地包括由计算机可执行代码构造的通用微处理器、存储器和相关处理电路，以执行本文设想的各种控制步骤和操作。

更通常地，控制器28可包括被构造成接收传感器信号并响应地控制制造系统20的操作的任何处理电路。这可以包括例如可操作以根据需要或要求执行处理逻辑的专用电路，或者这可以包括微控制器、比例积分微分控制器或任何其他可编程处理器控制器。

原料源404可包括片材t1、t2、t3、t4、t5、t6，片材可存储在料盒或其他合适的分配器中，以促进在制造期间选择和装载片材t1、t2、t3、t4、t5、t6。

在原料源404和进给系统406之间，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6可在横向接缝301处彼此联结（例如，焊接）以形成材料300。一般来说，横向接缝301可倾斜于进给方向“F”（材料300沿着进给方向“F”移动到弯曲装置408中）。更具体地，横向接缝301可垂直于进给方向“F”（材料300沿着进给方向“F”移动到弯曲装置408中）。

进给系统406可以是可操作的，以将材料300从原料源404输送到/输送通过弯曲装置408。进给系统406可包括例如一对或多对驱动辊，驱动辊夹紧材料300，使得驱动辊的旋转可以使材料300沿进给方向“F”移动。更通常地，适合于根据本领域中已知的各种不同技术中的任何一种来移动平面材料的任何设备均可用于将平面形式的材料300从原料源404移动到（且在一些情况下移动通过）弯曲装置408。这种设备可包括例如机械臂、活塞、伺服马达、螺钉、致动器、滚筒（roller）、驱动器、电磁体或其组合。在某些实施方式中，进给方向“F”可以基本上恒定（例如，当进给系统406的一对或多对驱动辊使材料300移动到弯曲装置408并通过弯曲装置408时，所述一对或多对驱动辊处于基本上静止的位置中）。

弯曲装置408可给进给到其中的材料300赋予可控制的曲率度。弯曲装置408可包括例如辊弯机502，其包括相对于彼此以及相对于材料300定位以给被进给通过辊弯机502的材料300赋予曲率的辊组。在某些情况下，辊弯机502的辊组可布置为三辊，并且进一步或代替地，辊组可以相对于彼此可移动，以改变施加到移动通过辊弯机502的材料300的弯曲力矩。弯曲力矩的这种变化可有益于例如将可变厚度的片材（例如，片材t1、t2、t3、t4、t5、t6）弯曲到相同直径以形成圆柱体100（图1）。

一般来说，弯曲装置408可给平面形式的材料300赋予弯曲力矩。更具体地，当材料300移动通过弯曲装置408时，弯曲装置408可沿着第一离散区段201和第二离散区段202给材料300赋予弯曲力矩。因此，例如，当与分离平面200相交的材料300的一部分移动通过弯曲装置408时，材料300可形成为具有与分离平面200相交的螺旋接缝503的第一圆柱体504。作为更具体的示例，弯曲装置408可通过以下方式形成具有螺旋接缝503的材料300：将材料300弯曲成使得第一离散区段201的第一边缘在分离平面200和螺旋接缝503的相交处与第二离散区段202的第二边缘相邻。通过下文更详细描述的过程（例如，联结和切断），第一圆柱体504可形成为圆柱体100（图1）的实例。

联结系统410可沿着螺旋接缝503将材料300机械地联接到自身。例如，第一离散区段201和第二离散区段202可相对于彼此被定向成使得联结系统410可沿着螺旋接缝503（例如，在分离平面200和螺旋接缝503的相交处）将第一离散区段201联结到自身并联结到第二离散区段202。继续该示例，在第一离散区段201联结到自身并联结到第二离散区段202（至少在分离平面200和螺旋接缝503的相交处）的情况下，第一离散区段201和第二离散区段202可沿着分离平面200具有足够的机械强度以承受下文更详细描述的切断过程，该切断过程用于在第二离散区段202移动通过弯曲装置408时将第一圆柱体504与第二离散部分202分离。

联结系统410可包括例如一个或多个焊接头508，焊接头适合于在材料300移动通过弯曲装置408时沿着螺旋接缝503将材料300焊接到自身。一般来说，一个或多个焊接头508可定位成沿着弯曲状态下的材料300的内表面和/或沿着外表面焊接材料300，以沿着螺旋接缝503将材料300保持在一起。用于焊接的多种技术在本领域中是已知的，并且可适于将片材t1、t2、t3、t4、t5、t6联结在一起以形成材料300并且适于将材料的一个或多个边缘联结在一起，如本文中所构想的。这可包括例如沿着螺旋接缝503熔化基底金属或其他材料、任选地连同适于接合的填充材料以改进结合强度的任何焊接技术。适合于在结构上联结金属的常规焊接技术包括例如但不限于：气体保护金属极弧焊（GMAW），包括金属惰性气体（MIG）和/或金属活性气体（MAG）；埋弧焊（SAW）；激光焊接；和气体保护钨极弧焊（也称为钨、惰性气体或“TIG”焊接）；以及许多其他技术。适合于在材料300的边缘之间形成结构性结合的这些和任何其他技术可适于联结系统410，并且更通常地，适于本文中所描述的任何方式和形式的联结。由联结系统410赋予的机械联接可例如沿着螺旋接缝503连续，以给第一圆柱体504并且最终给圆柱体100（图1）的实例提供增强的结构强度。机械联接还可包括或代替地包括沿着螺旋接缝503的断断续续的联接（例如，以固定的距离），以促进例如针对其中圆柱体100（图1）的结构强度不是关键设计考虑因素的应用的更快产量。

一般来说，切断系统412可沿着分离平面200使第一离散区段201和第二离散区段202彼此机械地分离，以形成圆柱体100（图1）的实例。具体地，参考图5中所示的示例，当第二离散区段202移动通过弯曲装置408并形成为第二圆柱体505时，切断系统412可将第一离散区段201（呈第一圆柱体504的形式）与第二离散区段202分离。在某些实施方式中，切断系统412可在第一离散区段201和第二离散区段202几乎没有变形或没有变形的情况下实现这种分离。

切断系统412可包括例如切割头506和轨道507。切割头506可以是例如本领域中已知的如有益于切割金属以及特别地钢的各种不同的已知焊炬切割方法中的任一种。因此，例如，切割头506可以是等离子切割焊炬和/或氧/乙炔火焰切割焊炬。额外地或替代地，切割头506可包括机械分离装置，诸如金属切割锯。

切割头506可在轨道507上行进以用于适当定位。为了清楚说明的目的，图5中的切割头506被示为处于远离分离平面200的非活动状态。在使用中，随着第二圆柱体505继续由材料300的第二离散区段202形成，当材料300移动通过弯曲装置时，切割头506可沿着轨道507移动以保持与分离平面200对准。在切割头506与分离平面200对准的情况下，当第一离散区段201和第二离散区段202旋转经过切割头506时，切割头506可沿着分离平面200切割材料300。如上文所讨论的，分离平面200可有利地与角接缝501间隔开，使得相应地，由切割头506形成的切口也与角接缝501间隔开。

现在参考图6，示出了形成管的示例性方法600的流程图。应了解，示例性方法600可例如通过本文中所描述的任何一种或多种制造系统来实施，以形成本文中所描述的任何一种或多种结构。例如，示例性方法600的步骤中的一个或多个步骤可由控制系统的处理单元（例如，图4中的控制系统414的处理单元420）实施。

如步骤602中所示，示例性方法600可包括：使材料沿进给方向移动到弯曲装置中。例如，材料沿进给方向基本上连续地移动，这可有益于实现比原本通过需要周期性中断材料供应的过程可实现的产量更高的产量。如本文中所使用的，材料的基本上连续移动应被理解为包括材料以可波动（例如，根据使用驱动辊或其他类似进给系统的材料移动的正常变化）但贯穿形成管的过程可保持非零的速率移动。

移动通过弯曲装置的材料可以是本文中所描述的任何一种或多种材料。因此，例如，材料可以是材料300（图3）。因此，移动到弯曲装置中的材料可以是平面材料条带，更具体地平面金属（例如，钢）条带，当材料移动通过弯曲装置时，其弯曲成一个或多个圆柱体。

一般来说，移动到弯曲装置中的材料可具有沿着与材料相交的分离平面邻接第二离散区段的第一离散区段。继续该示例，第一离散区段和第二离散区段在分离平面处可具有相同的厚度，并且各自可沿进给方向具有变化的厚度。第一离散区段和第二离散区段沿远离分离平面的相应方向的厚度的相应变化可包括厚度的逐步变化（诸如，可能可通过彼此联接以形成材料的基本上均匀的片材的材料厚度的逐步变化来实现）。进一步或代替地，第一离散区段和第二离散区段沿远离分离平面的相应方向的厚度的相应变化可包括沿着每个区段的至少一部分的厚度的基本上连续的变化（例如，通过机械加工实现）。

第一离散区段和第二离散区段沿远离分离平面的相应方向的厚度变化可具有适合于根据生产顺序形成圆柱体并在所形成的圆柱体之间的过渡中产生很少废料或不产生废料的各种不同轮廓中的任何一者或多者。例如，第一离散区段的厚度的变化可通过第二离散区段的厚度的变化关于分离平面对称地反映。进一步或代替地，第一离散区段的至少一部分可沿着进给方向具有单调变化的厚度，并且第二离散区段的至少一部分可沿着进给方向具有单调变化的厚度。例如，第一离散区段的所述至少一个部分和第二离散区段的所述至少一部分中的一者的厚度可沿进给方向增加。在这种情况下，第一离散区段的所述至少一部分和第二离散区段的所述至少一个部分中的另一者的厚度可沿进给方向减小。

在某些实施方式中，材料可包括沿与材料进入到弯曲装置中的进给方向相交的方向（例如，沿着横向接缝，诸如上文参考图3所描述的横向接缝301）彼此固定的多个片材。沿着材料的第一离散区段，所述片材中的至少一者可具有与至少一个其他片材不同的厚度，因此形成第一离散区段的厚度变化。第二离散区段的厚度变化可类似地由形成第二离散区段的片材的厚度变化来限定。分离平面可有利地仅与多个片材中的单个片材相交，使得第一离散区段的厚度沿着分离平面匹配第二离散区段的厚度。在某些情况下，分离平面可将多个片材中的单个片材一分为二。进一步或代替地，相交的片材（或者在一些情况下，基本上被一分为二的片材）可比所述多个片材中的至少一个相邻片材更长。这种长度增加也可或代替地有益于降低沿着横向接缝切断或在横向接缝附近切断的可能性。

如步骤604中所示，示例性方法600可包括：当与分离平面相交的材料移动通过弯曲装置时，将该材料形成为具有与分离平面相交的螺旋接缝的第一圆柱体。一般来说，将材料形成为第一圆柱体包括根据本文中所描述的任何一种或多种弯曲技术弯曲材料，并且因此可包括使材料移动通过布置成弯曲材料的三辊。进一步或代替地，使材料移动通过弯曲装置可包括：将材料的第一纵向边缘弯曲成与材料的第二纵向边缘相邻，其中所得相邻的边缘形成螺旋接缝。更具体地，将材料形成为第一圆柱体可包括：在分离平面和螺旋接缝的相交处将第一离散区段的第一边缘弯曲成与第二离散区段的第二边缘相邻。也就是说，将第一离散部分与第二离散部分分离的分离平面可与螺旋接缝相交。进一步或代替地，分离平面可垂直于由正在形成的第一圆柱体限定的纵向轴线。这种垂直取向可产生基本上垂直于由第一圆柱体限定的纵向轴线的端部切口，诸如在最终应用中可能需要的端部切口（例如，风塔在最终应用中可能需要垂直于圆柱体的纵向轴线的端部切口，以促进圆柱体的垂直取向）。这种垂直取向可有利于促进将第一圆柱体从材料的其余部分切断（例如，使弯曲的材料绕圆柱体的纵向轴线并且相对于切割头旋转可被并入到如本文中所描述的切断过程中）。

如步骤606中所示，示例性方法600可包括：沿着螺旋接缝将第一离散区段联结到自身并联结到第二离散区段。作为形成管的连续过程的一部分，这种联结可包括沿着螺旋连续地联结材料。更通常地，沿着螺旋接缝将第一离散区段联结到自身并联结到第二离散区段可根据本文中所描述的联结方法中的任何一种或多种来实施，并且因此在材料适合于焊接的情况下可包括焊接（例如，连续地焊接）材料。进一步或代替地，在其中通过沿着横向接缝将片材联结在一起来形成材料的实施方式中，将第一离散区段联结到自身并联结到第二离散区段可包括沿着螺旋接缝形成材料的角接缝。继续该示例，可期望将分离平面定位成使得分离平面和螺旋的相交部与角接缝间隔开，以降低沿着分离平面切断将导致沿着正在形成的管中的一者或多者形成不期望的疲劳位置的可能性。

如步骤608中所示，示例性方法600可包括：沿着分离平面将第一离散区段（形成为第一圆柱体）从第二离散区段切断，该分离平面沿着第一离散区段联结到第二离散区段的位置与螺旋接缝相交。更具体地，当第二离散区段的一段处于弯曲装置中时，可将第一离散区段从第二离散区段切断。也就是说，考虑到第一离散区段在切断的时候对应于第一圆柱体，那么当第二离散区段的一段在弯曲装置中时，可将第一圆柱体从第二离散区段切断，这可特别有益于根据示例性方法600连续地形成圆柱体。

这种切断可根据本文中所描述的任何一种或多种切断技术来实现，并且一般来说可包括：沿着第一圆柱体的整个圆周来切割材料，以在第二离散区段移动通过弯曲装置时将第一圆柱体与正在形成的第二圆柱体分离。也就是说，分离平面可界定第一圆柱体的后缘和第二圆柱体的前缘，并且因此沿着分离平面的切断可形成第一圆柱体的后缘和第二圆柱体的前缘。因此，为了促进在第一圆柱体和第二圆柱体的形成中实现合适的尺寸公差，当将第一离散区段从第二离散区段切断时，第一圆柱体以及第二圆柱体的在切断的时候形成的部分中的每一者可保持不变形。

如步骤610中所示，任选地，示例性方法600可包括将第二离散区段形成为第二圆柱体。如应通常所理解的，用于形成第二圆柱体的步骤可和与将第一离散区段形成为第一圆柱体相关联的步骤相同或至少基本上类似。同样地，第二圆柱体可在与上文参考第一圆柱体描述的步骤类似的步骤中被联结和切断。更通常地，可根据需要重复示例性方法600的步骤，以形成与生产顺序相关联的多个圆柱体。因此，例如，可根据需要重复示例性方法600的步骤，以形成第三圆柱体、第四圆柱体、第五圆柱体等。

虽然已描述了某些实施例，但是其他实施例是额外地或替代地可能的。

例如，虽然已描述了产生圆柱体的基本上相同实例的特殊情况，但是应了解，本公开的方法可被更通常地实施以生产不同尺寸的圆柱体。也就是说，可根据本文中所公开的方法形成的尺寸的允许组合通常由上文参考图2中所示的生产顺序“P”描述的三个标准来控制。即，本公开的装置和系统可实施本文中所描述的任何一种或多种方法以形成圆柱体尺寸的任何组合，条件是在每个分离平面处满足以生产顺序描绘的相邻圆柱体的以下标准：1）每个圆柱体在分离平面处具有匹配的锥度；2）每个圆柱在分离平面处具有相同的曲率半径；3）每个圆柱在分离平面处具有匹配的厚度。第一标准应通常被理解为通过制造圆柱体来满足。因此，第二标准和第三标准可通常控制变化的尺寸的圆柱体的允许生产顺序。

现在参考图7和图8，圆柱体101和102是可根据生产顺序“PP”形成的变化的尺寸的圆柱体。图8中用带撇号（'）的元件编号表示的元件应被理解为与图2中具有不带撇号的编号的对应元件基本上类似。因此，为了高效和清楚描述的目的，除了突出显示与图2中对应的不带撇号的元件的任何差异之外，不再次描述这些带撇号的元件编号。因此，除非另有指定或从上下文中解释清楚，否则图8中的分离平面200’应被理解为与图2中的分离平面200类似，除非另有指定或从上下文中解释清楚。

一般来说，圆柱体101和102可由多个片材形成。特别地，除非另有指定或从上下文清楚，否则圆柱体101可由片材t1、t2、t3、t4、t5、t6形成，并且因此可被理解为与圆柱体100（图1）基本上类似。圆柱体102可比圆柱体101更长，并且可由片材t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12、t13、t14、t15形成。进一步或代替地，圆柱体101的厚度轮廓可与圆柱体102的厚度轮廓不同，条件是沿着第一离散区段201’和第二离散区段202’的厚度轮廓在分离平面200’处匹配。圆柱体101和102可在基本上连续的过程中形成，在该过程中，片材t1、t2、t3、...、t15根据基于生产顺序PP的顺序被进给到制造系统（例如，图4中的制造系统400）中。

以上系统、装置、方法、过程等等可用适合于本文中所描述的控制、数据采集和数据处理的硬件、软件或这些的任何组合来实现。这包括以一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程装置或处理电路连同内部和/或外部存储器来实现。这还可包括或代替地包括一个或多个专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑部件、或可被构造成处理电子信号的任何其他一个或多个装置。将进一步了解，上文所描述的过程或装置的实现可包括计算机可执行代码以及处理器的异构组合、处理器架构或不同硬件和软件的组合，计算机可执行代码使用结构化编程语言（诸如，C）、面向对象的编程语言（诸如，C++）或任何其他高级或低级编程语言（包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术）来创建，编程语言可被存储、编译或解释以在以上装置中的一者上运行。同时，处理可分布在诸如上文所描述的各种系统的装置上，或者所有功能可集成到专用的独立装置中。所有这种排列和组合都旨在落入本公开的范围内。

本文中所公开的实施例可包括计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可执行代码或计算机可用代码，当在一个或多个计算装置上执行时，所述代码执行上文所描述的控制系统的任何和/或所有步骤。代码可以以非暂时的方式存储在计算机存储器中，计算机存储器可以是从中执行程序的存储器（诸如，与处理器相关联的随机存取存储器）或存储装置（诸如，磁盘驱动器、快闪存储器或任何其他光学、电磁、磁性、红外或其他装置或装置的组合）。在另一方面，上文所描述的控制系统中的任一者可以以承载计算机可执行代码和/或来自其的任何输入或输出的任何合适的传输或传播介质具体实施。

除非明确地提供不同的含义或者另外从上下文中清楚不同的含义，否则本文中所描述的实施方式的方法步骤旨在包括与所附权利要求的可专利性一致的导致执行这种方法步骤的任何合适的方法。因此，例如，执行X的步骤包括用于使诸如远程用户、远程处理资源（例如，服务器或云计算机）或机器的另一方执行X的步骤的任何合适的方法。类似地，执行步骤X、Y和Z可包括指导或控制这种其他个体或资源的任何组合来执行步骤X、Y和Z以获得这种步骤的益处的任何方法。因此，除非明确地提供不同的含义或者另外从上下文中清楚不同的含义，否则本文中所描述的实施方式的方法步骤旨在包括与所附权利要求的可专利性一致的使一个或多个其他主体或实体执行步骤的任何合适的方法。这种主体或实体无需受任何其他主体或实体的指导或控制，并且无需位于特定的司法管辖区内。

将了解，上文所描述的方法和系统是作为示例而非限制来阐述的。对于本领域普通技术人员来说，许多变化、添加、省略和其他修改将是显而易见的。另外，以上说明书和附图中的方法步骤的顺序或呈现并不旨在要求执行所列举的步骤的这种顺序，除非明确要求特定顺序或另外从上下文中清楚特定顺序。因此，虽然已示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可在其中作出形式和细节方面的各种改变和修改，并且这些改变和修改旨在形成如由所附权利要求限定的本发明的一部分，所附权利要求将在法律可允许的最广泛意义上解释。

Claims (32)

1.一种管，所述管包括：

材料的第一离散区段，所述第一离散区段形成为第一圆柱体，所述第一离散区段包括沿着所述第一圆柱体延伸的螺旋接缝，所述螺旋接缝包括焊缝，并且所述第一离散区段包括部分地由所述螺旋接缝的焊缝形成的一个或多个角焊缝；以及

材料的第二离散区段，所述第二离散区段沿着与所述材料相交的分离平面邻接并联结到所述第一离散区段，所述螺旋接缝与所述分离平面相交，并且沿着所述第二离散区段延伸，所述第一离散区段和所述第二离散区段中的每个在所述分离平面处具有相同的厚度，所述第一离散区段沿远离所述分离平面的第一方向具有变化的厚度，且所述第二离散区段沿远离所述分离平面的第二方向具有变化的厚度。

2.根据权利要求1所述的管，其中，所述分离平面与由所述第一圆柱体限定的纵向轴线相交。

3.根据权利要求2所述的管，其中，所述分离平面垂直于由所述第一圆柱体限定的纵向轴线。

4.根据权利要求1所述的管，其中，所述第一离散区段的厚度变化的第一方向与所述第二离散区段的厚度变化的第二方向相对。

5.根据权利要求1所述的管，其中，所述第一离散区段的厚度变化的第一方向与由所述第一圆柱体限定的纵向轴线平行。

6.根据权利要求1所述的管，其中，所述材料的第二离散区段形成为第二圆柱体的至少一部分。

7.根据权利要求6所述的管，其中，所述第一圆柱体和所述第二圆柱体的至少一部分沿所述分离平面彼此邻接。

8.根据权利要求1所述的管，其中，所述第一离散区段沿远离所述分离平面的所述第一方向的厚度变化是单调的。

9.根据权利要求8所述的管，其中，所述第二离散区段沿远离所述分离平面的所述第二方向的厚度变化是单调的。

10.根据权利要求1所述的管，其中，所述第一离散区段的厚度变化与所述第二离散区段的厚度变化关于所述分离平面相对于彼此镜面对称。

11.根据权利要求1所述的管，其中，在所述分离平面处，所述第一离散区段的曲率半径和所述第二离散区段的曲率半径相匹配。

12.根据权利要求1所述的管，其中，所述分离平面沿着所述螺旋接缝远离所述一个或多个角焊缝与所述螺旋接缝相交。

13.根据权利要求1所述的管，其中，所述第一圆柱体基本上为直圆柱体。

14.根据权利要求1所述的管，其中，所述材料是金属。

15.一种用于圆柱形管形成的系统，所述系统包括：

辊弯机，其被构造为使沿进给方向移动进入所述辊弯机中的材料弯曲；

至少一个焊接头，其可操作以焊接由所述辊弯机弯曲的材料；

切割头，其定位成切割由所述辊弯机弯曲的材料；以及

控制器，其被构造成

接收指示所述材料的离散区段的厚度轮廓，所述离散区段中的每一个在分离平面处具有相同的厚度并且每一个沿所述进给方向具有变化的厚度，

致动所述至少一个焊接头，以沿着从由所述辊弯机弯曲的材料形成的圆柱体在螺旋接缝处将所述材料联结到自身，以及

致动所述切割头，以沿着所述分离平面将所述离散区段彼此切断，所述分离平面与所述圆柱体的螺旋接缝相交。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述至少一个焊接头被定位以至少沿着所述圆柱体的内表面焊接所述材料。

17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述切割头包括等离子切割焊炬、氧/乙炔火焰切割焊炬或锯中的一者或多者。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，与所述圆柱体的螺旋接缝相交的所述分离平面垂直于由所述圆柱体限定的纵向轴线。

19.根据权利要求15所述的系统，其中，致动所述至少一个焊接头以在所述螺旋接缝处将所述材料联结到自身包括连续致动所述至少一个焊接头以沿着所述螺旋接缝形成连续焊缝。

20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器还被构造为基于所述厚度轮廓来改变由所述辊弯机赋予移动通过所述辊弯机的材料的弯曲力矩。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，由所述辊弯机沿所述分离平面赋予所述材料的弯曲力矩的变化包括在所述分离平面处向所述离散区段赋予相同的曲率半径。

22.根据权利要求20所述的系统，其中，由所述辊弯机赋予移动通过所述辊弯机的材料的弯曲力矩的变化包括将所述材料的离散区段弯至相同的直径以形成所述圆柱体。

23.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器还被构造为，当所述材料移动通过所述辊弯机以形成所述圆柱体并且所述材料的离散区段旋转越过所述切割头时，维持所述切割头与和所述螺旋接缝相交的所述分离平面对准。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述系统还包括所述切割头能够沿其移动的轨道，并且所述控制器被构造成维持所述切割头沿着与所述螺旋接缝相交的所述分离平面，包括所述控制器被构造成当所述材料移动通过所述辊弯机以形成所述圆柱体时沿着所述轨道移动所述切割头。

25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述轨道基本上垂直于所述分离平面。

26.根据权利要求15所述的系统，还包括进给系统，所述进给系统可致动以使所述材料沿所述进给方向移动到所述辊弯机中。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述控制器被构造为致动所述进给系统，以便以基本上恒定的速率使所述材料移动到所述辊弯机中。

28.一种或多种非暂时性存储介质，其具有存储于其上的指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时，引起所述一个或多个处理器执行以下操作：

接收指示材料的离散区段的厚度轮廓，所述离散区段中的每一个在分离平面处具有相同的厚度并且每一个沿进给方向具有变化的厚度，

使所述材料沿进给方向移动到构造为使所述材料弯曲的辊弯机中；

致动至少一个焊接头，以沿着从由所述辊弯机弯曲的材料形成的圆柱体在螺旋接缝处将所述材料焊接到自身，以及

致动切割头，以沿着所述分离平面将所述离散区段彼此切断，所述分离平面与所述圆柱体的螺旋接缝相交。

29.根据权利要求28所述的一种或多种非暂时性存储介质，其中，使所述材料沿进给方向移动到辊弯机中包括以基本上恒定的速率使所述材料移动到所述辊弯机中。

30.根据权利要求28所述的一种或多种非暂时性存储介质，其中，致动所述至少一个焊接头以在所述螺旋接缝处将所述材料结合到自身包括致动所述至少一个焊接头以沿着所述螺旋接缝形成连续焊缝。

31.根据权利要求28所述的一种或多种非暂时性存储介质，其具有存储于其上的指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时引起所述一个或多个处理器执行操作还包括基于所述厚度轮廓来改变由所述辊弯机赋予移动通过所述辊弯机的材料的弯曲力矩。

32.根据权利要求28所述的一种或多种非暂时性存储介质，其具有存储于其上的指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时引起所述一个或多个处理器执行操作还包括当所述材料移动通过所述辊弯机以形成所述圆柱体并且所述材料的离散区段旋转越过所述切割头时，维持所述切割头与和所述螺旋接缝相交的所述分离平面对准。