CN112570894A - 用于由有色金属构成且具有小直径且分段呈波纹形的薄壁中空型材的连续生产的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于由有色金属构成且具有小截面的薄壁径向闭合的中空型材的连续生产的方法，该方法包括以第一供应速度将有色金属的平坦的条带供应至成型设备(212)，其中，条带的厚度与中空型材的壁厚相对应。成型设备(212)被配置用于将所供应的平坦的条带连续成型为与中空型材相对应的形状。在成型之后，平坦的条带的两个相反边缘在接触区域中齐平地抵靠彼此。焊接设备(216)借助于激光器连续地焊接这些齐平地抵靠彼此的边缘，该激光器发出波长小于600nm的光。该激光器加热焊接区域中的点，该点的直径小于该中空型材的截面尺寸的20％。该焊接的中空型材从焊接区域移送、在波纹成形机(225)中分段设置有平行的或螺旋形的波纹、然后被卷取到卷取装置(226)中。

Description

用于由有色金属构成且具有小直径且分段呈波纹形的薄壁中 空型材的连续生产的方法
技术领域
本发明涉及由有色金属构成的管材或中空型材的连续生产，尤其涉及具有小直径且分段呈波纹形的薄壁管材的连续生产。
背景技术
为了生产管路***，不仅需要笔直区段，而且除其他之外，弯曲区段是必需的。通常，笔直的管部段和弯曲的管部段沿着管道的延伸在端面处彼此顶靠地焊接、通过压制或钎焊与轴衬套连结、或以另一种方式连结。
一些应用(例如，在借助于波纹来实现表面积的扩大的热交换器中，或在管部段要更容易地背离其纵向轴线弯曲而弯曲不会导致管截面产生不期望的变形时)需要波纹形管部段。在必须补偿由热膨胀或机械负荷引起的长度改变时，也经常使用波纹形管部段。
波纹形管可以例如由平滑壁管产生，这些平滑壁管在波纹成形机中设置有平行的或螺旋形的波纹。当波纹形管部段要被连结至平滑壁管区段时，要连接的管的端部必须具有平滑壁并且具有匹配直径，以使连接成为可能。在波纹形管部段的情况下，因此，端部必须在复杂的成型过程中被再次滚压成没有波纹的平滑壁圆管，以使管区段或凸缘能够焊接在其上。然后，借助于焊接，例如钨极惰性气体焊接(WIG)，在连结的圆周上延伸的接缝中实现对管部段的连结。作为替代方案，根据应用还可以借助于收缩管、轴衬套、套筒螺母、切割环头螺钉连接件等实现连结。通常首先要将对所有这些用于长管的连接件变体分成更小的件，这些更小的件随后必须彼此对齐并且以或多或少复杂的形式连结在一起。
在热交换器的情况下，对具有小直径以提供良好热交换的薄壁管材特别感兴趣，尤其是因为在热交换器的固定体积中可以布置相对较多的具有小直径的管并且因此可获得更大面积用于热交换。
在具有小直径的薄壁中空型材或管材以连续过程的常规生产中，首先由平坦的金属条带、例如借助于合适的滚筒和成型工具(profile)制成具有较大尺寸的有狭缝的中空型材(例如具有较大直径和可选较大壁厚的有狭缝的管)。随后，通常采用电弧焊接过程将与已经成形为给予中空型材的金属条带邻接的狭缝的边缘焊接在一起。电弧焊接在管的内侧产生明显的焊珠，焊珠突出到管的内部。出于此原因，在焊接之后必须在外侧和/或内侧使焊缝平滑或去毛刺，或在管可以被进一步处理之前通过切削机加工去除焊珠。为了确保焊缝是均匀的，可以进行一系列非破坏性试验，例如涡流测试、超声波测试和压力测试。
正如在生产具有小直径和/或小壁厚的无缝管中，焊接的管随后经受拉拔过程，在拉拔过程中壁厚借助于心轴、芯棒或长钉减小，以便获得较小直径且可选较小壁厚的最终产品。特别是由于电弧焊接过程中大尺寸的焊缝以及所得到的焊接管必须具有的较大的最小直径，随着变形程度增加而可能需要多个拉拔过程，以实现小截面和较薄壁厚。借助于电弧焊接不再可以可靠地产生小于4mm的管直径。如果在第一拉拔过程中仅首先减小壁厚，则随后必须减小管的直径。为此，例如，可以将管拉拔经过游动芯棒并且拉拔穿过拉模。然而，还可以在单个拉拔操作中实现壁厚和直径的减小。在拉拔经过芯棒期间，不仅壁厚或直径减小，而且还使内侧上的焊珠平滑。可以在一个或多个后续拉拔过程中实现直径进一步减小至期望的最终尺寸，其中，当无需进一步减小壁厚时可以将芯棒省却。图4示出了在芯棒拉拔中所使用的元件的示意性描绘。在芯棒拉拔中，芯棒3定位在管1的内部，然后拉拔芯棒穿过模具2中的开口，该开口的直径比原始管的直径小、比芯棒的直径小。芯棒无法拉拔穿过管，相对于管移动；事实上，芯棒保持处于在开口的前方，而管在开口与芯棒之间被拉动穿过，并且其直径和其壁厚在该过程中减小。在此操作中，管除了引起变形的加热之外可以被预加热，以便在拉拔期间增加材料的延展性。减小芯棒摩擦的拉拔剂可以引入到管的内部。在减小直径的情况下，该过程可以重复多次。当材料的加工硬化超过所期望的程度或材料可以容忍的程度时，可以在随后的拉拔操作之前引入退火步骤，在该退火步骤中拉拔的管被去除油污、热处理、除锈和打磨，以用于下一拉拔操作。退火使管的金相微观结构均匀化。因为在拉拔之后已经破坏了管的微观结构，所以尤其存在位错积聚并且材料***和变脆：这被称为加工硬化或应***化。为了能够再次拉拔这些拉拔的管，必须消除微观结构中的位错，并且必须消散残余应力，从而材料回到其初始状态。在退火期间，拉拔的管经受最高达1200℃的受控温度，这取决于材料和退火时间。在此操作期间，管通常保持其形状，至少在简单截面的情况下，但是管的微观结构中的晶粒再次形成正常的无应力模式。根据退火温度，通过晶体复原(即位错的移动和再结晶)消散了残余应力和微观结构缺陷(例如位错)。于是，经退火的管较软并且可以被再次拉拔。根据所期望的目标硬度，不必对高压管进行最后的热处理。因此，材料保持处于硬拉拔状态并且以此方式改善管的机械特性。焊接的管和长的无缝管均可以以此方式拉拔，以产生环形管形状和非常长的环形管。
对于特定应用，有色金属构成的管是特别合适的。由于高导热性，铜管或铝管可以例如优选地应用于热交换器中。在热交换器中，需要具有小直径和小壁厚的管，首先是为了尽可能少地阻碍介质之间的热传递并且保持管本身热容较小，其次为了保持材料消耗少并且重量轻。尤其是，借助于电弧焊接不再可以可靠地产生小于0.15mm的壁厚并且不再具有所要求的焊缝质量。由有色金属构成、壁厚度和直径比所提及的管小的管相应地必须借助于以下实际生产管的加工步骤产生相应期望的最终尺寸。
根本上有利的是，在可能的情况下，单独的管能够作为长的零件进行生产，以允许尽可能少地中断在很大程度上连续的生产过程。然后可以从长的管切割出所需要的任何子件，其中仅存在少量切割残渣(如果有的话)。总之，任何过程步骤的节省在生产过程中自然是有利的。
本发明的目的是提出一种设备和方法，借助于该设备和方法可以以连续过程产生薄壁管材或中空型材并且选择性地分段设置有螺旋形或平行的波纹。
发明内容
此目的通过权利要求1中指示的方法和权利要求8中指示的设备来实现。进一步的发展和实施例在各自情况下在从属权利要求中指示。
在本发明的用于分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材的连续生产的方法中，首先供应由有色金属构成的平坦的条带，该条带的厚度与要生产的中空型材的壁厚相对应。所供应的金属条带的宽度优选地与中空型材的周长相对应。如果所供应的金属条带比所需要的中空型材的周长宽、或如果金属条带的边缘不够平滑，则金属条带可以在被供应的同时在连续过程中在一侧或两侧被切割成一定尺寸。在本描述中，表述“薄壁”指的是十分之几毫米、尤其小于0.15mm的壁厚。针对本描述的目的，术语有色金属用于金属本身及其合金两者。
呈现合适宽度的金属条带在单级或多级连续成型过程中成形，以给予具有所期望截面的中空型材。成型过程可以包括例如在合适设计的滚筒和成型工具上、按多级、在条带的纵向方向上相继弯曲。在成型之后，中空型材具有一个区域，该区域在中空型材的纵向方向上延伸，并且在该区域中金属条带的边缘以顶靠的方式彼此邻接。中空型材的顶靠边缘然后沿对接接缝焊接至彼此。根据本发明，焊接使用激光器进行，该激光器辐射的光的波长小于600nm、优选是在550nm到450nm的范围内。小于450nm的范围内的波长也可以有利地用于本发明的目的。激光器将光能引入焊接区域的点中，冲击在正被焊接的材料的表面上的光能被吸收并且被转换成热量。相比于例如在波长高于约800nm的红外光谱中的光，根据本发明使用的在指定波长范围内的光即使在室温下也能被许多有色金属非常好地吸收。事实上，许多有色金属对波长高于约600nm的光的吸收如此差，以至于为了焊接有色金属而需要具有特别高的输出功率和特定的冷却措施的激光器。此外，对波长高于600nm的吸收很大程度上取决于表面的性质，而根据本发明所使用的波长很大程度上减少了表面的性质的影响。此外，对引入到有效焊接区域中的能量的快速调节是必要的，这是因为与相对较高波长的吸收相关的高温度尤其几乎不可能实现，从而焊缝的质量可能波动很大。根据本发明，使用波长小于600nm的光产生更稳定的熔池并且产生总体更稳定的过程，该过程以能量效率高的焊接过程给予具有高质量的纵向焊接的中空型材并产生更少的废料。此外，通过如根据本发明使用的低于600nm的波长可以省却对焊接区域的预处理，该预处理减少了反射并因此增加了对激光的吸收。因此，焊接区域例如不必被粗糙化或被预先加热，并且在焊接区域中不必施加任何用作将辐射光能转换成热量、并且将热量传递至正被焊接的材料的“介体”的材料层，从而材料的随温度变化的吸收度移动到对所使用波长更有利的区域中。这消除了用作介体的材料部分进入焊缝中的风险。
所吸收的光引起对金属的强加热。为了将足够的能量引入要被焊接的材料中，光必须被高度聚焦。高聚焦度也是必要的，这是因为焊接仅在沿狭缝的边缘的接触区域中进行。由于有色金属内的热传导，与激光束的冲击点直接邻接的区域可以同样被强烈地加热并且可能熔化。尤其因为要生产的中空型材的截面尺寸小、例如直径小于4mm，对激光束的聚焦因此十分重要，以避免液化的材料不受控制的流走或材料脱落。在本发明的方法中，激光束在工件处的直径不大于中空型材的截面尺寸的20％、优选地小于10％。实验已经示出：激光束的直径降至截面尺寸的5％仍使得可以产生具有较好质量的焊缝，但是在这种情况下，进一步措施可能是必要的，例如在焊接区域上移动聚焦点。在直径为4mm的中空型材的情况下，激光束的直径可以因此例如为400μm、优选是200μm或更小。
激光束的在工件上的冲击点的高的局部能量密度引起对接接缝的两侧上的材料局部熔化，从而熔物流入彼此之中。当激光束不再对材料冲击时，材料再次凝固并且形成焊缝。因为中空型材被连续地传送经过固定的激光器，所以产生连结两个边缘的连续焊缝。为了防止液态材料不受控制地流走(这在小壁厚中存在)，引入的激光功率和管被传送经过激光器的速度必须彼此匹配。在合适匹配的情况下，在外侧和内侧获得平滑的焊缝，这些焊缝不需要进行后续加工。
与通过钨极惰性气体过程(WIG)或金属惰性气体过程(MIG)进行的已知的电弧焊接相比，该过程借助于惰性气体气氛防止熔物与环境空气反应，并且因此使得高接缝质量成为可能，材料厚度小于0.15mm的有色金属可以彼此齐平地焊接，其方式为即使在根据本发明使用的激光焊接中没有保护气体，也不必进行焊缝的后续加工(尤其在管的内侧)，这是因为更好的能量输入可控性。然而，在该过程的实施例中，惰性保护气体、例如氩气可以经过焊接位置或覆盖在内侧和/或外侧上的焊接位置。保护气体气氛的使用可以尤其取决于要焊接的材料及其厚度。
通过聚焦在较大目标区域上(使得可获得的能量如所期望的作用在更大或更小的面积上)或通过合适的向后或向前移动特别窄的聚焦激光束可以实现对激光器输入的能量的控制。还可以借助于以下激光轮廓实现聚焦在较大目标区域上，该激光轮廓具有高强度的中心聚焦点以及中心聚焦点周围的较低强度的环形区域。以此方式，可以沿温度曲线加热或冷却焊接区域，这可以给予更清洁的焊缝，并且可以以针对性的方式影响凝固微观结构。此外，激光束可以以简单的方式脉冲，其中例如经由脉冲持续时间和脉冲间隔实现对能量输入的控制。
借助于激光器的焊接(还称为热传导焊接)产生不再必须进行后续加工的平滑、圆润的焊缝。在热传导焊接的情况下，能量被分布在区域的外侧，其中，激光仅通过热传导冲击在工件上。出于此原因，接缝深度取决于激光功率和材料的导热性，仅从十分之几毫米到约1毫米。材料的导热性限制了最大接缝深度。通常，接缝的宽度大于接缝的深度。当热量无法足够快地流走时，工作区域的温度上升到蒸发温度以上，使得出现金属蒸气并且焊接深度急剧增加。该过程然后进入深焊。
在焊接之后，中空型材被给送到波纹成形机中，该波纹成形机在中空型材中引入螺旋形或平行的波纹。波纹成形机是针对可变设定波纹工具而设定的，使得可以选择性地引入波纹形管区段，即具有波纹的管区段和平滑的管区段是交替的。这使得可以沿管在弯曲的管部分以其他方式焊接的区域中定位波纹区段。与平滑的管相比，借助于波纹实现的管的较大柔性允许在管轴线方向上在提供的位置处的所需的改变。管的非波纹形区域在需要的地方提供刚度。这些非波纹形区域还例如有助于紧固元件的附接或抵靠壳体元件的密封。
根据本发明产生的管的高质量焊缝(由于可精细控制输入到焊接位置中的能量，所以沿焊缝不具有明显的材料焊珠)使得可以省却呈波纹形之前的费力的后续加工，该后续加工尤其在小的管直径的情况下难以实施。
在该方法的一个或多个实施例中，测量所供应的条带的宽度，并根据测量结果和规定值设置切割宽度。宽度大约对应于中空型材沿中性纤维的周长。在此，规定值可以变化并且可以根据变化的条带宽度控制成型设备，例如以适应焊缝所需的材料量。
在该方法的实施例中，温度曲线是横向于焊缝测量的。可以使用测得的温度曲线，以用于控制引入到焊接点中的能量。测得的温度曲线可以例如与规定曲线进行比较，并且对引入的能量的控制可以涵盖聚焦直径的变化、正被焊接的材料上的聚焦点所描述的轨迹、和/或激光束的脉冲持续时间和/或脉冲间隔的改变。同样可以想到的是，根据测得的温度曲线调节供应速度。还可以存储测得的温度曲线，以用于质量管理和文件编制的目的。
在该方法的实施例中，借助于超声波、X射线、涡流测量、或其他非破坏性测量方法检查焊缝。例如，可以使用检查的结果来控制被引入到焊接位置中的能量和/或供应速度。
在该方法的实施例中，确定作用在有色金属的平坦的条带和/或焊接的中空型材上的张力并且基于先前确定的张力调节驱动件，这些驱动件给送平坦的条带以进行成型和/或焊接、和/或将焊接的中空型材给送至卷取设备。尤其在供应的条带的厚度非常小的情况下，太高的张力可能导致条带撕裂，这将使该过程中断。类似的情况也适用于张力作用在焊接的中空型材上。
一种根据本发明的、用于有色金属构成且分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材的连续生产的设备包括给送装置，该给送装置被配备用于供应有色金属的平坦的条带。例如，给送装置可以包括用于缠绕在卷轴上或卷材形式的有色金属的平坦的条带的固持器。条带从卷轴上放开并且给送至成型设备，该成型设备将有色金属的平坦的条带成型为中空型材的轮廓，使得有色金属的平坦的条带的相反边缘以齐平的方式彼此顶靠。例如，成型设备可以包括多个滚筒和成型工具(例如拉模)，在沿纵向方向通过期间，这些滚筒和成型工具将条带成型给予期望的中空型材。另外，成型设备可以具有两个或更多个引导器件，这些引导器件在成型的条带或中空型材的纵向方向上彼此相距一定距离，边缘在要被焊接的位置处抵靠彼此齐平地固持在这些引导器件之间。条带可以可选地在工具之前和在工具之中的一个或多个点处在两侧被引导，以便使条带的侧向移动最小化。
该设备进一步包括焊接设备，该焊接设备将在引导器件之间齐平地抵靠彼此的边缘焊接在一起。该焊接设备包括激光器，该激光器发出光，光的波长小于600nm、并且具有的能量引起这些边缘的两侧的有色金属局部熔化。被成型且被焊接的中空型材连续行进的结果是，其中材料已经熔化的区域被移出激光器加热材料的区域并且已熔化的材料再次凝固。为了加热而引入到材料中的能量与材料、材料的厚度、并且还与中空型材被传送经过焊接位置的速度相匹配，使得尽管直接位于齐平地抵靠彼此的边缘处的区域中的材料被熔化，但是没有液态材料流入中空型材的内部。激光器的光学器件与要焊接的中空型材的边缘之间的距离可以借助于引导器件保持恒定。为了保持相邻边缘的位置相对于激光器的光学器件恒定，“剑形件”可以在使纵向狭缝闭合的引导器件之前布置在位于边缘之间的纵向狭缝中，以便防止螺旋扭曲。
另外，该设备包括一个或多个运输装置，该一个或多个运输装置将焊接的中空型材传送到波纹成形机上，该波纹成形机在中空型材中引入螺旋形或平行的波纹。被装备以用于波纹工具的可变设置的波纹成形机，使得可以选择性地引入波纹形管区段，即具有波纹的管区段与平滑的管区段交替。已经分段呈波纹形的中空型材然后被进一步传送至卷取装置，该卷取装置卷取中空型材。例如，运输装置可以包括一个或多个已知构造类型的夹钳移送装置、条板移送装置、盘移送装置或带移送装置，其中，不同的运输装置还能够彼此结合。
在该设备的一个或多个实施例中，在成型设备的上游设置了用于确定张力的测量设备。确定的张力可以作为实际值供给至调节器并且与预期值一起使用用于调节设备的驱动件，例如以便调节供应有色金属的条带的速度。另外，可以在焊接装置的下游布置测量设备和/或调节设备，以便测量施加在焊接的中空型材上的张力和/或调节运输装置的驱动件，该驱动件将焊接的中空型材给送至卷取装置。例如，可以借助于浮动辊(dancer)来实现运输装置与卷取装置之间的张力的调节，该浮动辊测量焊接的中空型材的下垂并且将对应的信号馈送给卷取装置的驱动控制件。
在一个或多个实施例中，另外，该设备包括切割装置，该切割装置布置在成型装置的上游，借助于该切割装置，对所供应的有色金属的平坦的条带的一个或两个边缘进行切割，其中，切割条带的宽度与中空型材的周长相对应。在这些实施例中，通过将所供应的金属条带切割成所需要的宽度并且与设备的另外的刀具相适配，可以在没有很大困难的情况下生产具有不同周长的中空型材。
在一个或多个实施例中，在条带的一个或两个边缘处切下的部分可以被给送至用于收纳切屑的设备。
在装备有切割装置的设备的一个或多个实施例中，在切割装置的下游设置测量装置，该测量装置用于测量已经被切割成某一尺寸的条带的宽度。切割装置可以借助于测量值进行控制，以便在长的时间段内保持所期望的有色金属条带的宽度。切割装置可以被供给合适的规定值，将测量的有色金属条带的宽度与规定值进行比较，以便产生用于调整切割装置的控制信号。宽度大约对应于中空型材沿中性纤维的周长。
在一个或多个实施例中，另外，该设备包括测量装置，该测量装置用于横向于焊缝确定温度曲线。可以将测得的温度曲线供给焊接设备，以便控制发出的能量；或供给至给送装置和/或运输装置，以便控制供应速度。
在一个或多个实施例中，另外，该设备包括测量装置，该测量装置用于在焊接之后测量中空型材的至少一个尺寸。此测量装置可以用于集成质量控制，就像在一个或多个实施例中设置测量装置以用于检查焊缝和/或材料缺陷或材料的不均匀性。优选地，可以例如借助于激光器以无接触方式测量尺寸。
具有期望的直径和期望的小的壁厚、并且分段呈波纹形的管的直接且连续的制造有利地减少了迄今需要的额外的生产步骤，这些额外的生产步骤例如在管的方向上具有许多变化的管***的生产中、例如在热交换器的生产中是必要的。
沿中空型材按彼此相距固定距离布置的波纹形区域可以有利的用于生产用于热交换器的管。平滑的区段可以位于热交换器中，例如被焊接至片状元件或以热联接方式齐平地抵靠这些片状元件，这增加了热交换器的有效表面积，同时波纹形区域中的管被弯曲以便允许在片状元件处或在片状元件中的蜿蜒的管构型。尤其是非常薄壁的管的弯曲经常导致不期望的扭结和不期望的与之相关联的轮廓变窄；另外，在扭结的位置处不再可以确保管没有泄漏。在管的根据本发明的连续生产中无法使用管的内侧的支撑件，该支撑件在薄壁管材的弯曲中经常使用。然而，薄壁管材在波纹形区域中可以以限定的方式弯曲而不会以不受控制的方式改变截面。因为管与波纹形区域可以一起在一个生产操作中连续地产生，因此可以省却笔直管区段到弯曲管区段的连接，借助于该连接实现方向的变化(迄今为止是必要的)。
还可以可选地在笔直区段提供波纹，例如用于影响在中空型材中和/或围绕中空型材流动的流体的流动状态或以用于增加可用于热传递的表面积。
借助于上述方法可以以简单方式高质量地产生壁厚度低于0.15mm并且直径或尺寸小于4mm的中空型材，其中，使用波长小于600nm的激光来焊接薄壁有色金属片材，而无需复杂的后续加工。在连续焊接中使用聚焦直径小于400μm的激光束确保了相对于中空型材的尺寸足够小的热影响区，从而不会出现材料脱落，产生了在管的内侧不具有明显焊珠的焊缝。由于直接由具有小壁厚的有色金属条带生产中空型材，可以省却管随后的拉拔。
在焊接之后没有拉拔过程的实验中，借助于上述方法以大于6m/min的焊接速度产生
Figure BDA0002709054960000101
为2.0mm且壁厚为0.10mm的铜管，其中，焊缝质量能够在多个小时内保持恒定。
根据本发明的过程得到的高焊缝质量使得垂直于焊缝的拉应力可以与基材的强度值相等。这允许与在直径和壁厚完全相同的无缝无应力退火管的情况下量级相同的压力的应用。
附图说明
下文借助于参考附图的实施例，通过举例方式展示了本发明。所有附图仅是示意性的，而不是按真实比例绘制的。这些附图示出：
图1是本发明的用于分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材的连续生产的方法的说明性示例，
图2是根据本发明的用于分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材的连续生产的设备的说明性示例，
图3是通过本发明的方法生产的中空型材的焊缝的图片，
图4是从现有技术已知的用于减小管的壁厚度和直径的方法的示意性描绘，
图5是分段呈波纹形的管的示意性描绘，并且
图6是包括分段呈波纹形且由本发明的方法产生的管的热交换器的说明性示意性描绘。
附图中由完全相同或相似的附图标记表示完全相同或相似的元件。
具体实施方式
图1示出了用于根据本发明的一个方面生产分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材的方法100的步骤。在该方法的步骤102，以第一供应速度将由有色金属构成的平坦的条带供给至成型设备。例如，从卷材中卷放出平坦的铜条带。在成型设备中，供应的平坦的条带在步骤108被形成为给予与期望的中空型材(例如圆管)相对应的给定形状。例如，成型可以借助于滚压成型工具进行。
在成型之前，可以在切割装置中进行可选步骤106，在该可选步骤中，有色金属的条带的一个或两个边缘被切割或以另一种方式制备。以此方式，即使在有色金属的条带的边缘质量差的情况下也可以均匀且准确地设置条带的宽度，并且可以可选地制备边缘以用于后续焊接操作。切割装置可以被供给来自测量设备的测量值，该测量设备确定有色金属条带在切割成一定尺寸之后的宽度。
在成型操作中，借助于引导元件来传送条带的边缘从而防止其在焊接之前扭曲，并且齐平的相邻边缘在限定的位置并以限定的间距被传送经过焊接设备。例如，引导元件可以包括一个或多个引导剑形件和引导衬套，这些引导剑形件和引导衬套与要制造的中空几何形状匹配。例如，几何形状的闭合可以借助于拉模进行。
在成型之后，平坦的条带的两个相反边缘抵靠彼此齐平地定位在接触区域中。在步骤110，接触区域中齐平的邻接边缘被连续地焊接至彼此。借助于激光器进行焊接，该激光器发出波长小于600nm的光。可以可选地从中空型材的外侧和/或内侧进行通过保护气体覆盖焊缝，这取决于所需的焊缝质量。
在焊接之后，从焊接区域移送现在径向闭合的中空型材(步骤114)，在步骤122借助于波纹成形机选择性地分段呈波纹形，之后在步骤124将其给送至用于收纳的卷取装置。移送是借助于运输装置(例如借助于夹钳移送装置、条板移送装置、或带移送装置)实现的。
为了监测焊缝的质量，可以在可选步骤112确定横向于焊缝的温度曲线。确定的温度曲线可以供给至控制装置(该控制装置用于激光器和实施该方法的设备的其他元件)、尤其是一个或多个驱动件，该一个或多个驱动件调节有色金属的条带的供应速度或从焊接区域移送焊接的中空型材的速度。
该方法还可以可选地包括确定在成型之前条带上的张力(步骤104)，和/或确定在焊接之后中空型材上的张力(步骤120)。确定的张力可以作为用于调节的测量参数被同样供给至该一个或多个驱动件。
另外，该方法可以包括可选步骤116，在该步骤，确定焊接的中空型材的一个或多个尺寸。确定的尺寸可以作为用于调节成型操作和调整条带的宽度的切割操作的输入变量被首先和最先供给。
另外，该方法可以包括可选步骤118，在该步骤，焊缝和/或焊接材料的质量以非破坏性方式(例如借助于涡流测试、超声波或X射线)进行材料缺陷检查。
图2示出了根据本发明用于分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材的连续生产的设备的说明性示例。有色金属的薄的条带204(例如铜条带)从卷筒或退绕机202被卷放出。条带204被给送至滚压成型工具212，借助于该滚压成型工具使条带达到所期望的中空型材的形状，例如被成形为给予纵向有狭缝的圆管或四边形管。可以在卷筒或退绕机202与滚压成型工具212之间设置切割设备208，该切割设备将条带204切割成所需宽度或切割条带204的一个或两个边缘，以给予清洁且平滑的边缘。可以设置卷取设备205，以用于收纳条带204的边料。可以在条带宽度测量设备210中检查已经切割成一定尺寸的条带204的宽度。出于调节的目的，可以将测量结果供给至切割装置208。另外，用于确定张力的测量设备206可以布置在卷筒或退绕机202与滚压成型工具212之间，例如，可以使用该测量设备的测量值来调节设备的驱动件。在中空型材成型之后，条带的彼此相邻定位的边缘可以借助于激光焊接设备216之前的一个或多个引导元件214进行传送，其方式为防止中空型材在焊接之前扭曲并且遵循激光焊接设备216的光学器件下方的一定距离。引导元件可以包括一个或多个引导剑形件、以及与中空型材匹配的引导衬套。要焊接的中空型材的几何形状借助于拉模或引导衬套218闭合，从而已经被成形为给予中空型材的条带204的边缘在激光焊接设备216的区域中彼此抵靠。激光焊接设备216发出波长小于600nm、优选是在从550nm到450nm的范围内的高能光。根据本发明，还可以有利地使用在小于450nm的范围内的波长。经由未在附图中示出的保护气体设施，在中空型材之内或之外的焊接区域可以覆盖有保护气体(例如氩气)，以便防止正被焊接的材料与大气反应。借助于运输装置219实现焊接的中空型材224的前进。例如，运输装置219可以包括一个或多个夹钳移送装置、条板移送装置、盘移送装置或带移送装置、或它们的组合。在从焊接区域移送之后，可以借助于测量仪器220、优选地以无接触方式确定中空型材224的一个或多个尺寸，之后将焊接的中空型材224给送至波纹成形机225、然后给送至给卷绕机226。为了确定作用在中空型材224上的张力，可以在波纹成形机225和卷绕机226之前设置另一个张力测量设备222。布置在卷绕机226的上游的波纹成形机225具有波纹工具225a，并且该波纹成形机被配置用于在中空型材中选择性地分段引入平行的或螺旋形的波纹。
图3示出了通过本发明的方法产生的中空型材的焊缝的图片。该中空型材是铜管，该铜管具有2mm的直径和0.1mm的壁厚，并且由铜条带以6m/min的前进速度连续地成型和焊接。焊接位置在内侧和外侧覆盖有氩气。图3a)示出了中空型材的外侧上的焊缝，该焊缝的宽度在从140μm到150μm的范围内。图3b)示出了中空型材的内侧的照片，其中，焊缝的宽度为约242μm。可以容易地看出，焊缝在内侧和外侧上都非常均匀，从而对于大多数应用不必进行后续加工。该方法所产生的管的截面经受压力测试并且承受大于200bar的压力。
上文已经相对于现有技术进一步描述了图4，该图示出了从现有技术已知的用于减小管的壁厚和直径的方法的示意性描绘。
图5示出了分段呈波纹形的管500的示意性描绘。管500具有两个波纹形区域502，非波纹形区域504位于这两个波纹形区域之间。
图6示出了热交换器600的说明性示意性描绘，该热交换器包括分段呈波纹形并且通过本发明的方法产生的管500。附图中描绘的示例示出了横流式热交换器，但是使用分段呈波纹形且根据本发明产生的管还可以实现其他流动方案(例如顺流、逆流等)。根据本发明以连续过程产生的部分波纹形管500铺设在两件式壳体602的分界面上。非波纹形区段504安装在壳体壁(例如衬套)的开口中，这些开口与管500的直径匹配。在此非波纹形区域中还可以实现管与壳体之间的密封。在安装点之间，可以使用波纹形管区域502来增加可供用于流经入口604进入壳体602的热介质与流经管500的冷介质之间的热交换的面积。此外，波纹促进了在流动介质中湍流的形成，这同样改善了热交换。管500按照以蜿蜒方式布置的多个环路而被多次传送穿过壳体602。为此，管在波纹形区域502被适当地弯曲。要冷却的介质通过出口606从壳体流出。在壳体602和管500的入口和出口处通过箭头指示了介质的流动方向。对要冷却的介质的有效冷却可以通过管500的根据本发明的一件式构型得以实现，该管具有平滑的区段和波纹形区段，而在平滑的管区段与波纹形管区段之间不必具有接缝。
附图标记清单
1 管 222 张力测量设备
2 模具 224 焊接的中空型材
3 芯棒 225 波纹成形机
100 方法 225a 波纹工具
102 供应条带 226 卷绕机
104 确定张力 500 管
106 切割边缘 502 波纹形区域
108 成形中空型材 504 非波纹形区域
110 焊接 600 热交换器
112 确定温度曲线 602 壳体
114 移送中空型材 604 入口
116 确定尺寸 606 出口
118 确定质量
120 确定张力
122 产生波纹
124 给送至卷取装置
200 设备
202 卷筒/退绕机
204 有色金属的条带
205 用于切屑的卷取设备
206 张力测量设备
208 切割装置
210 条带宽度测量设备
212 滚压成型工具
214 引导元件
216 激光焊接设备
218 拉模/引导衬套
219 运输装置
220 测量仪器

Claims (16)

1.一种用于由有色金属构成且分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材(224)的连续生产的方法(100)，该方法包括：
-以第一供应速度将该有色金属的平坦的条带(204)供应(102)至成型设备(212)，其中，该条带的厚度与要产生的该中空型材(224)的壁厚相对应，
-将供应的该平坦的条带(204)连续成型(108)为与该中空型材(224)相对应的形状，其中，该平坦的条带(204)的两个相反边缘在接触区域中齐平地抵靠彼此，在成型之后，该接触区域在该中空型材的纵向方向上延伸，
-在没有减少反射的先前处理的情况下连续焊接(110)在该接触区域中齐平地抵靠彼此的边缘，其中，这些要焊接的边缘以该第一供应速度传送经过焊接区域，该焊接区域相对于实施该方法的设备(200)是固定的；以及借助于激光器(216)加热该焊接区域中的点，该激光器发出波长小于600nm的光，并且该经加热的点的直径小于该中空型材的截面尺寸的20％，
-从该焊接区域移送(114)该焊接的中空型材(224)，
-在该焊接的中空型材中选择性引入(122)具有波纹的区段，以及
-将该焊接的中空型材(224)卷取(124)到卷取装置(226)中。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，在加热期间，惰性保护气体至少在内侧和/或外侧围绕该焊接区域流动或者至少覆盖该焊接区域。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，该方法另外包括：
-在成型之前，将该有色金属的平坦的条带的一个或两个边缘切割成某一尺寸(106)。
4.根据权利要求3所述的方法(100)，该方法另外包括：
-在焊接之前测量该已经切割成某一尺寸的有色金属的条带的宽度、和/或在焊接之后测量(116)该中空型材(224)的至少一个尺寸，以及
-根据该测量结果和规定值调节该切割宽度和/或控制用于成型的设备(212)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，该方法另外包括：
-测量(112)横向于该焊缝的温度曲线，以及根据该温度曲线与规定曲线的比较来对引入到该焊接区域中的能量进行控制。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，该方法另外包括：
-借助于超声波、涡流测量和/或X射线检查(118)该焊缝。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(100)，该方法另外包括：
-确定(104，120)该有色金属的平坦的条带和/或该焊接的中空型材上的张力，以及
-调节驱动件，这些驱动件供应该平坦的条带和/或该焊接的中空型材，以进行成型、焊接和/或卷取到卷取设备(226)中。
8.一种用于由有色金属构成且分段呈波纹形的薄壁径向闭合的中空型材(224)的连续生产的设备(200)，该设备包括：
-供应装置(202)，该供应装置被装配用于供应该有色金属的平坦的条带(204)，
-成型设备(212)，该成型设备将有色金属的该平坦的条带(204)成型为该中空型材(224)的轮廓，其方式为，该有色金属的平坦的条带的相反边缘以齐平的方式彼此对接，
-两个引导器件(214，218)，该两个引导器件彼此相距一定距离，并且这些边缘抵靠彼此齐平地固持在该两个引导器件之间，
-焊接设备(216)，该焊接设备将在这些引导器件(214，218)之间齐平地抵靠彼此的边缘焊接至彼此，其中，该焊接设备(216)包括激光器，该激光器发出光，该光的波长小于600nm、并且具有的能量引起这些顶靠边缘的两侧的有色金属局部熔化，
-运输装置(219)，该运输装置将该焊接的中空型材(224)传送更远，
-波纹成形机(225)，该波纹成形机被配置用于在该焊接的中空型材(224)中选择性地分段引入螺旋形或平行的波纹，以及
-卷取装置(226)，该卷取装置卷取该中空型材(224)。
9.根据权利要求8所述的设备(200)，该设备另外包括：
-测量设备(206)，该测量设备布置在该成型设备(212)的上游，以用于确定作用在所供应的该条带(204)上的张力，其中，该确定的张力被供给用于控制该设备(200)的驱动件。
10.根据权利要求8或9所述的设备(200)，该设备另外包括：
-测量装置和/或调节装置(220)，该测量装置和/或调节装置布置在该焊接设备(216)的下游并且测量作用在该焊接的中空型材(224)上的张力，其中，出于调节的目的，该测得的张力被供给至该运输装置(219)的驱动件。
11.根据权利要求8、9或10所述的设备(200)，该设备另外包括：
-切割装置(208)，该切割装置布置在该成型装置(212)的上游，所供应的有色金属的该平坦的条带(204)的一个或两个边缘借助于该切割装置被切割，其中该切割条带的宽度与该中空型材(224)沿该中性纤维的周长相对应。
12.根据权利要求11所述的设备(200)，该设备另外包括：
-用于收纳切屑的设备(205)。
13.根据权利要求11或12所述的设备(200)，该设备另外包括：
-测量装置(210)，该测量装置布置在该切割装置(208)的下游，以用于测量已经切割成一定尺寸的有色金属的该平坦的条带的宽度。
14.根据权利要求8至13中的一项或多项所述的设备(200)，该设备另外包括：
-测量装置，该测量装置用于确定横向于该焊缝的温度曲线，其中，该测得的温度曲线被供给至该焊接设备(216)以用于控制能量放出、和/或供给至该供应装置(202)和/或该运输装置(219)以用于控制该供应速度。
15.根据权利要求8至14中的一项或多项所述的设备(200)，该设备另外包括：
-测量装置(220)，该测量装置用于在焊接(110)之后测量该中空型材(224)的至少一个尺寸。
16.根据权利要求8至15中的一项或多项所述的设备(200)，该设备另外包括：
-测量装置，该测量装置用于测试该焊缝、和/或测试材料缺陷或该材料的不均匀性。
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