[其他]單層管狀件增加強度的方法及裝置

在審

• 申請號: 101985000001782
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85101782B
• 公開（公告）日: 1987-12-30
• 發明（設計）人: 克里斯托夫·拉伯夫斯基
• 申請（專利權）人: 沃斯特—阿爾派因股份公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 宋敏

為了提高單層管狀零件的強度和耐內壓力性能，在管子外部受限制軸向范圍內加熱，且加熱可在管子軸向移動。同時在管子內部用了徑向向外的壓力，最好在加壓力載荷的同時，使管子內壁冷卻。加熱時用高頻感應線圈在管子縱向移動。在管子內壁插入一圓柱形填充物（５），填充物在放密封圈（６）末端之間外徑較小。用這方法形成的環狀空間（７）充滿水，且使其冷卻和／或用壓力液體加載荷。

本發明是關于提高諸如液壓缸這樣的單層管狀件的強度及其耐內壓力性能的方法，以及實施該方法的裝置。

在承受內壓力的管子的內表面存在最大的切向應力，而其外表面的切向應力隨壁厚的增加而減小。特別是在厚壁管子外部，材料強度沒有充分被利用。為了改善材料的利用情況已經提出建議，將幾個管子相互套在里面，每次將外管先預熱，然而套在內管外面。冷卻后，外管緊縮在內管上，這樣在外管中形成切向拉應力，而在內管中形成壓應力。用這方法，在工作狀態時的應力能夠較好的分布在橫截面上。此外，已經眾所周知的，管子內部用機械方法使其變形，特別是用液體或氣體加壓，負荷超過材料的屈服極限，產生永久變形。在管子內部用這種方式產生機械變形時，管子外部得以擴大管子外部的應力大都剛在屈服極限以下，管子外部的彈性變性又使永久變形的管子內部受一預加壓應力。在管子內部加壓的方法更是眾所周知的，用一特殊工具將內壁作滾壓處理，或用一個具有超盈尺寸的芯棒擠壓穿過，或在管子內部用高壓液體冷拔。對于管壁較厚的用高壓液體冷拔或用具有超盈尺寸芯棒擠壓穿過特別有利，但是這些方法同時帶來了缺點，即要求有很高的力或壓力，這就要求相對大的設備費用。在管壁有臺階的管子時，用這些方法，費用更高，因為這種管子，就需要用不同的壓力或用不同的芯棒或階梯形內徑的套管。

本發明的目的是創造一種開始就提到的方法，用這種方法，使得應力在管壁截面上的分布能更好地得以控制，通過由這方法予加的應力和在工作狀態時應力的迭加使得管壁截面的應力分布更為均勻。

本發明的方法是，在單層管狀件外部，一定的軸向范圍內，沿軸向移動感應加熱，加熱溫度范圍在100℃～600℃之內，加熱深度在管狀件的截面從外面起的20～50%，同時，在管狀件內部總長或部分長度范圍內，通過圓柱形填充物的環形空間徑向向外加壓并冷卻。

通過對管子外部在軸向上的局部加熱，而防止了因加熱在縱向上的體積增加。加熱時的體積增加主要導致外徑增大。當外徑增加的同時在管子內出現內壓力從而導致超過材料彈性變形極限時，會使其產生永久變形，冷卻時該變形在管子外部形成雙向的拉應力，在其內部形成雙向的壓應力。在管子內部同時用了徑向向外的壓力載荷，則在管子外部的熱應力就小，加熱就不會帶來冶金方面的缺點。原則上，外部加熱不超過彈性極限，在內部徑向向外的壓力在管壁內形成拉應力，該拉應力隨外部加熱傳到管壁的深度而或多或少地在管壁截面上形成。在管子外部加熱，同時在管子內部加壓力載荷，在整個管壁厚度上產生預應力。這樣就能在工作壓力下，在整個管壁厚度上保證產生大致均勻的應力。而在管狀零件內部加壓力載荷時，同時使其冷卻，可增加加壓或熱處理的深度的可控性。用感應法加熱，可通過改善電流頻率或感應線圈移動速度控制加熱深度。

外部加熱溫度范圍尤其選用100℃至350℃為好這可保證在管壁材料中不會出現不必要的組織結構的變化。

管狀件內部的內壓力是通過液壓產生的，也可用特別簡單的方式，即，使管子內的水凍結，從而在內部加壓的同時冷卻內壁。

實現本發明方法的裝置，具有管狀件外部感應加熱裝置的軸向移動機構，和向填充物環狀空間液壓加載并冷卻的液壓源或充冷凍水的水源和控制裝置，其特征是有一個與管狀件外徑相配的高頻感應線圈。以及改變高頻感應線圈的電流強度和/或頻率的電源，和與管狀件內壁緊密配合為圓柱形的填充物，其兩端裝有密封圈，兩端之間外徑直徑較小從而形成環形空間，該填充物有與液壓源或水源和控制裝置相連的孔。

這樣一個圓柱形填充物可允許在管子預定的軸向長度應用所希望的內壓力，這樣可考慮到管子軸向長度上不同壁厚加以變化的內壓力。考慮到管子軸向長度不同壁厚，用感應線圈加熱，其感應加熱效應基本上受線圈長度限止，由此在管子上根據不同壁厚，可將感應線圈調整至不同的加熱程度。

高頻感應線圈的電源強度和/或頻率是可調的，這常常是有利的。