本发明总体上涉及一种内部带肋或加肋管的形成，更具体地说，涉及用于在管内形成内部螺纹或螺旋肋的轧管塞工具，及一种生产内部螺纹或螺旋带肋或加肋管的方法。

内部带肋或加肋管用于各种传热或热交换的应用，包括蒸气发生和过热设备，如锅炉。内部带肋或加肋管具有各种优于光管的优点，包括在比光管具有更高的压力、焓和较低的质量流量的情况下保持高的导热率。
在蒸汽锅炉的发展过程中，人们已认识到在锅炉的炉膛内使用内部带肋或加肋管的优越性。但起初，内肋管是搭接焊管。最后有人建议为锅炉的应用生产无缝内肋管，如在Davis的美国专利1,465,073所描述的那样。Davis的专利认为内肋管能增大加热表面和提高对管内的水和蒸汽的导热率。内肋管的使用仍然是有限的，这是由于在涉及管的某些结构和尺寸的许多沸腾范围内，从内肋管得到的好处并不大。
在锅炉中可发生两种已知类型的沸腾：核态和膜态。在核态沸腾中会形成气泡并在内表面浸润水的管的内壁上释放，而在膜态沸腾中，管的内表面被蒸汽膜覆盖。由于在成核点产生的蒸汽泡迅速地与水分离并运动到大量液体中并搅动液体，所以核态沸腾能产生极好的导热状态。在膜态沸腾中，导热受到蒸汽膜的阻碍，该蒸汽膜防碍水浸润管的内表面并吸收热。Kotch等的美国专利3,088,494提出了一种在核态沸腾中增大导热的理论，它是通过改进亚临界压力的内肋蒸汽发生管来实现的，这种管不论它的定位如何，都能促使维持核态沸腾。Creighton等的美国专利3,213,525、Kotch等的美国专利3,289,451和Hill的美国专利3,292,408涉及用来形成在Kotch等的专利中公开的那种类型的内肋管的设备和方法。在超临界下也可观察到从核态沸腾到膜态沸腾的导热变化现象，即使利用净界面或表面也不能区分水中的蒸汽泡和蒸汽膜的差异，并由浸渍液密度和焓的梯度取代。导热变差一般指的是沸腾临界或减弱的导热，包含亚临界和超临界两种状态。
锅炉的类型分成自然循环式、强制循环式或直流式。所有这些类型的锅炉都以亚临界蒸汽状态运行，但只有直流式锅炉具有以超临界蒸汽状态运行的可能性。肋管已被应用多年，人们已认识到，在所有可能导致导热减弱的情况下都可使用肋管，尽管一般来说，由于管内流量能足以维持较高的导热率，所以在强制循环或直流技术不需要肋管。具有内肋管并形成垂直烟道或燃烧室的直流式蒸汽发生器公开在Kastner等的美国专利5,662,070，6,735,236，5,967,097，6,250,257B1和6,302,194B1，及欧洲专利EP 0 581 760 B2中。
肋管具有许多形式，从早期的搭接焊类型，发展到无缝变体，如单导程肋管和多导程肋管。与光管相比，这种“标准”肋管的导热特性使管内的质量流量降低。但到现在为止，为使直流式锅炉在单垂直通路中能成功冷却，不允许导热降低太大。具有陡的导程角和较高肋的“优化”多导程肋管已在Kastner等的专利(‘194)中提出，它最终实现了该目的，但生产上的困难使得以商业量生产不经济。为性能测试目的生产的小长度肋管未披露与商业量生产肋管有关问题的范围。本发明通过改变工具和制造方法来解决这些问题。因此，对肋的外形的改进减小了制造加工所需的力。
尽管生产内肋管具有优越性，但目前大多数直流式锅炉在运行中都用光管构成炉壁，以满足高质量流量密度的导热需求。虽然在些直流式锅炉使用内肋管，但它们通常也用于在高质量流量密度下运行。Kastner等的专利(‘194)公开了这种用途的内肋管，它与质量流量密度无关的，从而允许较高的蒸汽含量，减小了管壁内不需要的温升。按照Kastner等的专利生产的内肋管存在着制造问题，如难以去除肋成型工具、出现的应力造成工具的频繁损坏及极慢的生产率等。
利用冷拉工艺可在管内形成内螺纹或螺旋肋，其中使管纵向地拉过一个轧管塞工具，该工具包括一个位于拉模的模孔内的外螺旋或螺纹槽轧管塞。当管拉过模孔时，拉模使管收缩，并使轧管塞的外槽强迫地进入管的内表面或内壁。当管被拉过轧管塞上的模孔时，轧管塞在模孔内绕中心纵轴旋转。这样，与轧管塞的外槽非常一致的连续延伸的螺旋或螺纹肋就成型在管的内壁上。轧管塞一般与拉拔机的轴或后杆相连，当管进入模孔时，管沿轴或后杆推进。
除上述专利外，下列美国专利也描述了在管内形成内肋的设备和方法：Wadell的US 2358838，Harvey等的US 2852835，Reiger的US 3768291，Sado的US 4733698，Franks的US 4847989，Mayer的US 4854148，Zoller的US 4866830，Saki等的US 4876869，Zoller的US 4921042，Zoller的US 4938282，小Fuchs的US 4942751，Zoller的US 5010643，Reiger的US 5690167，Castner等的US 6302194，Buetler等的US 6488078，及Brand等的美国专利申请US/2003/0094272。
许多现有的用于在管内成型内螺旋或内螺纹肋的设备和方法都具有如下缺陷：由于在拉拔过程中向轧管塞工具施加力，使该工具的使用寿命较短，生产率低，并且不能较经济地和长时期地以商业量生产内螺旋或内螺纹肋管。用现有技术的设备和方法生产的内螺旋或内螺纹肋管在用于直流式锅炉中并垂直布置时，可能具有下列不足：在锅炉输送泵的动力需求、流动特性和炉膛温度方面不理想，并且结构较复杂，成本较高。

本发明克服了现有技术的形成内螺旋或内螺纹肋管的设备和方法的缺陷。本发明的设备和方法提高了在形成内螺旋或内螺纹肋管的冷拉工艺的生产率并延长了工具的使用寿命。利用本发明，在冷拉工艺中施加到用于在管内成形内螺旋或内螺纹肋的轧管塞工具上的力被减至最小。抽拉的管被挤压至轧管塞上，同时轧管塞工具以相同的程度被迫使进入管内，由于轧管塞内的槽的宽度等于槽间棱的实际可能的宽度。本发明的该设备和方法可以商业量经济地和长期地生产内螺旋或内螺纹带肋或加肋管。
按照本发明制造的传热管具有最佳的多肋结构，这种结构用在锅炉上具有许多优越性并提供优良的导热特性，同时以低质量流动密度运行，适合于垂直的管布置，并且在亚临界和超临界压力下都有较高的工作效率。按照本发明制造的传热管以低质量流量和高流体焓，通过使高密度的水膜与传热管保持接触更长的时间来提高传热率。按照本发明制造的导热管用在直流锅炉的垂直结构中，以降低压力损失，减小锅炉输送的电力需求，并提供适合于变化的热流量的有效流动特性，降低通过导致节约能源的滑动压力运行，提供锅炉的连续输出，降低炉膛温度，从而将应力减至最小，管与管之间的温差较小，由于是自支承炉壁，所以结构简单，成本低廉，还取消了炉膛与过热器之间的阀和流动平衡阀，并缩短了安装时间。
本发明总的特征在于，形成内螺旋或内螺纹带肋或加肋管的轧管塞工具包括一个轧管塞，该轧管塞具有一个轧管塞体，它可旋转地设置在拉模的模孔内并具有中心纵轴；多个围绕中心纵轴等间距隔开的外槽和多个与槽交替排列的外棱。槽以相对中心纵轴呈一个螺旋角地沿轧管塞体的纵向延伸并与管内形成的内螺旋或内螺纹肋的形状非常相近，将管拉过具有位于管内腔中的轧管塞体的拉模。每个槽都具有垂直于由一个齿根表面和一对齿侧面限定的断面，该对齿侧面以一定角度相互从齿根表面向一对相邻棱的棱表面向外延伸，而槽位于相邻棱表面之间。齿侧面以不同的径向角度从齿根表面向外成角度地延伸。棱表面具有一定宽度，槽具有它们的齿侧面之间的宽度，该宽度与棱表面的宽度相同或大致相同。最好，螺旋角为40E，径向角分别为37E和16E。具有较大径向角的齿侧面位于比具有较小径角的齿侧面更靠近轧管塞体的后端处。最好，轧管塞体具有四个或更多槽，而棱的数量与槽的数量相等。
轧管塞体还包括一个连接器，用于将轧管塞体的后端连接到位于被拉过模孔的管内的长轴的前端。连接器包括一个外螺纹延伸件，它从轧管塞沿向后方向同轴地延伸，用于与轴前端的轴向螺纹段螺接在一起。该连接器可以是与轧管塞体整体或一体的，或可以包括一个分离的部件。
轧管塞工具可包括轧管塞体、连接器和轴，并且轴的前端可包括后杆的前端，或一个将轧管塞体连接到后杆前端的接合器。后杆具有与引入的管内腔内部相配合的外径，连接器具有与引入的管内腔的配合比后杆与管内腔的配合更紧密的外径。轧管塞体和后杆可是可旋转的，以使轧管塞体绕其中心纵轴旋转。
在使用轧管塞工具的冷拉工艺中，轧管塞体可旋转地位于拉模的模孔内，该拉模在轧管塞体和拉模的收缩表面之间具有一个环形空间。利用位于管内的轴并沿轴纵向推进引入的管，使管进入模孔中。引入管插在环形空间内并纵向地被抽拉地通过轧管塞体上的插孔。收缩表面使管在模孔内收缩并迫使管的内表面或壁进入轧管塞体的外槽。当管被沿纵向拉过轧管塞体时，轧管塞体在模孔内旋转。这样就管的内表面形成了多个连续的螺旋或螺纹肋或槽线，除了在管材料与槽的轧管塞体内的槽的齿根表面之间确保一定的间隙外，它们与轧管塞的外槽非常一致。
本发明的特征还在于生产内肋管或加肋管的方法，包括如下步骤：沿纵向将管拉过可旋转地设置在拉模的模孔内的轧管塞体并拉过管的长度，轧管塞体具有多个绕其中心纵轴等间距的外槽，外槽以一定的螺旋角纵向延伸到中心纵轴，其中各槽都具有一个齿根表面和一对齿侧表面，该齿侧表面从齿根表面以相互相反的方向和不同的径向角延伸到相邻的轧管塞体的棱表面，并且使管在拉模内收缩，以迫使管的内表面或壁进入轧管塞的外槽，以形成多个沿管的内表面纵向延伸的连续的螺旋肋，并且这些肋与槽的形状非常一致。在进行抽拉步骤之前，最好将管拉过一个适当尺寸的光面轧管塞，然后进行退火。在退火步骤后和将管拉过带槽的轧管塞体的步骤之前，最好对管进行湿选。可在将管拉过带槽的轧管塞体的步骤之后对管进行热处理。
从下面参照附图描述的优选实施例中可明显看出本发明的其它特性和特征，在附图的每一幅图中，相同的部件采用相同的附图标记。

图1是本发明的轧管塞工具的部分剖开的分解侧视图；图2是沿图1的2-2线取的轧管塞工具的拉塞的外槽的放大的片断剖视图；图3是表示将管冷拉过轧管塞并拉到管的长度，以形成本发明的内螺旋或螺纹带肋或加肋管的部分剖开的侧剖视图；图4是沿纵向或轴向取的管的放大的片断剖视图，图中表示出形成在管内的内肋；图5是本发明的另一种拉塞的侧视图；图6是包括有连接器的本发明的另一种轧管塞工具的透视图；图7是图6的轧管塞工具的拉塞和连接器的分解透视图；图8是在冷拉工艺中用于形成内螺旋或螺纹带肋或加肋管的拉拔机的平面剖视图；图9是生产本发明的内螺旋或螺纹带肋或加肋管的方法的流程图。

按照本发明的轧管塞工具10显示在图1中，它包括通过连接器16装配到轴14上的拉塞12。拉塞12具有轧管塞体17，该轧管塞体具有一个前端18、一个后端20、一个中心纵轴22和一个与中心纵轴22同轴的延伸的孔24。拉塞12上形成多个沿拉塞纵向延伸的外槽26，外槽相对中心纵轴22形成一个螺旋角A。槽26绕中心纵轴22等间距排列，并与外棱28交替布置，各槽26都位于一对相邻的棱28之间。如图2中垂直于槽26的剖面所示，各槽都包括一个齿根表面30和一对齿侧表面32和34，该对齿侧表面分别从齿根表面30以一定角度向外延伸到相邻棱28的棱表面36。齿根表面30是弧形的并与相邻棱28的棱表面36平行和同心。各槽26的齿侧表面32和34从齿根表面30以不同的径向角并沿相互离开的方向向外延伸，从而使槽26在垂直剖面上是非对称的。齿侧表面32可认为是后向齿侧表面，因为它比齿侧表面34更接近后端20和轴14，并且齿侧表面34可认为是前向齿侧表面，它位于离轴14更远的地方并比齿侧表面32更接近前端18。各槽26的齿根表面30的宽度W处于半径R与半径RN之间。槽26在齿根表面30上的宽度W尽可能地等于或大致等于棱表面36的宽度。齿侧表面32与半径R限定了第一径向齿侧角B，而齿侧表面34与半径RN限定了第二径向齿侧角C，它小于第一径向齿侧角B。各槽都具有径向深度D，该深度在齿根表面30与相邻棱表面36的弧线之间。最好螺旋角A等于或约等于40E，角B等于或约等于37E，角C等于或约等于16E。将齿侧角设定37E和16E，它们与到拉过拉塞12的管的中心纵轴的40E和69E相对应，下面将进一步进行解释。
轧管塞体17包括一个位于前长段40和后长段42之间的中长段38。中长段38具有外圆柱结构，前长段40斜面的，后长段42是锥形的。前长段40以锐利的周缘44连接到中长段38，并从周缘44向限定前端18的平前端表面方向倾斜。后长段42从中长段38向限定后端20的平后端表面缩小。因此，后长段42的断面形状从中长段38向后端20减小，后长段42从中长段38以图1所示的圆锥角E收缩。位于胶长段40与后长段42之间的中长段38的断面均匀不变，并且中长段的外径以平行于轴22的方向纵向延伸。
在一个优选实施例中，拉塞12从前端18至后端20的总长度等于或约等于49.6mm；中长段38的长度等于或约等于25.0mm；中长段的外径等于或约等于33.3mm；前长段40从中长段38以等于或约等于45E的倾角倾斜；后长段42的锥角E等于或约等于7E；齿根表面宽度W等于或约等于4.3mm；槽26的深度D等于或约等于1.60mm。齿侧表面32和34在外缘处连接到棱表面36，在该优选实施例中，该外缘的曲率半径等于或约等于0.2mm。拉塞12具有8个外槽26和8个棱28，但可有4个或更多个外槽及同等数量的棱。当然，应认识到，按照设计公差，设定的尺寸是可以改变。孔24沿其长度具有均匀的直径断面，并且具有一定尺寸，以接收通过该孔的连接器16的轴。
连接器16可以被看作轧管塞工具10的一部分并包括一个位于轴杆52端部的头部50，该头部50的断面尺寸大于孔24的断面尺寸，从而当轴杆52通过前端18接收在孔24内时，使头保持在拉塞12的外部。轴杆52包括一个第一长段54，它从头部50延伸到第二长段56，第二长段56从第一长段54延伸到末端。第一长段54具有一个圆柱形部分，它从头部50延伸到一个锥形部分，该锥形部分从圆柱形部分延伸到第二长段56。当轴杆52插入孔24时，头部50邻接在拉塞12的前端18，并且圆柱形部分处于孔24内。圆柱形部分的外径尺寸接近于孔24的直径尺寸。从拉塞12向后延伸的锥形部分从圆柱形部分向第二长段56逐渐缩小。第二长段56的外径尺寸小于圆柱形部分的外径尺寸，并且锥形部分在接合处与第二长段56的外径相配合。第二长段56的外径部分形成位于第二长段56的外螺纹60的齿根。螺纹60起始于与接合部59向后隔开一定距离的位置，并延伸到邻近轴杆52的末端位置。连接器16最好是一个圆柱头内六角螺钉，它具有头部50内用于接收适当的紧固工具的座腔。对于拉塞12，连接器16可以是M161.5的圆柱头内六角螺钉，其螺纹长度为48.0mm。
轴14可以看作是轧管塞工具10的一部分并具有前端62，该轴14具有一个轴向段64，它带有与连接器16上的螺纹60螺接的螺纹。连接器16同轴地拧入段64中并利用紧固工具将其紧固地接合在头部50的底座内。当连接器16适当地紧固在轴14上时，轴的前端62形成一个拉塞12后端20的接合部。拉塞12接收在由头部50形成的前接合部与由轴14形成的后接合部之间，并限制它在前后接合部之间的纵向运动。轴14的前端62可包括一个后杆的前端或一个转换器的前端，该连接器用于将拉塞12连接到用在管的拉制工艺中的后杆的前端。后杆通常是相当长的，并且一般支承在拉拔机上，同时后杆的前端与拉塞12相连，后杆的后端可插入管段的内腔中，在管的拉制过程中(下面将解释)，管沿纵向并沿后杆向前运动。一般地，后杆是中空的，并且是外径约小于管段内径3mm的圆柱形。后杆的后端在图8中所示的推力轴承98中旋转。轴14的前端62是后杆的前端，后杆可通过在后杆前端处的段64内的连接器16的螺纹接合，直接与拉塞12相连。轴14的前端62是转换器的前端，后杆可利用在转换器的前端处的段64中的连接器16的螺纹连接的转换器，并通过将转换器的后端连接到后杆的前端间接地与拉塞12相连。当连接器16一旦紧固到轴14的前端时，它就可与后杆成一整体地共同旋转。
在图3所示的冷拉工艺中，拉塞12用于形成管内的内螺旋或螺纹肋，包括有后杆或连接器和后杆的轴14与拉塞的2相连，以使其从拉塞12纵向地与中心纵轴22同轴地、尽可能长地延伸。拉塞12位于拉模67的模孔66内，该拉模通过刚性地固定在拉拔机上。模孔66通常为圆柱形，它具有成角度或向外扩张的入口68，当管沿向前的方向纵向地通过轴14运动时(如图3中的箭头所示)，有利于钢管段70插入模孔66并通过拉塞12。轧管塞体17定位于模孔66的中心，以使轧管塞体17和模67的收缩表面71之间形成一个环形间隙或空间，以接收具有内部带肋或加肋的管70的引入长度的圆周壁72。管70可从初加工的中空管中选择，其中圆周壁72限定一个外圆周表面、一个内圆周表面和一个由内圆周表面包围的内腔。该圆周壁72具有一个内外圆周表面之间的原始壁厚，并且该原始壁厚充分大于轧管塞体17和模67的收缩表面71之间的环形间隙的径向尺寸，以使在管70以向前方向被拉过模孔66时，管70的圆周壁72被收缩表面收缩，并被迫使进入轧管塞体17的槽26内。管70在拉过模孔时被强迫旋转。
当管70在经模孔66被拉过拉塞12时，模67使圆周壁72受到收缩和挤压，迫使管70的内表面或内壁进入拉塞12的槽26内。管70沿纵向和以箭头所指的方向顺着拉塞12被拉过模孔66，并且一般利用拉拔机构拉管。拉拔机构可包括一个设置在模67前部的拉拔机上并具有夹持管70的夹持组件的机架，该机架可沿向前方向的轨迹运动，以便向前方拉拔管。机架夹持管70的某部位并利用旋转使管收缩。当力向前的分力使管70通过模孔66运动时，拉塞12上的螺旋槽26与管70的壁72相互作用，以使拉塞12绕中心纵轴22旋转。该旋转的方向使连接器16紧固在轴14上，并确保拉塞12的旋转传递到后杆，安装在推力轴承上的后杆可以与拉塞相同的转速旋转。管70在模孔66内的拉拔长度上具有形成在内表面上的螺旋或螺纹肋78，肋78与拉塞12非常一致。形成在与拉塞12的外棱28非常一致的内表面上的内槽80将肋78相互隔开。管70具有多个围绕管的中心纵轴81等间距隔开的内肋78，内肋78以相对于管的中心纵轴81的螺旋角A纵向地沿管延伸。
如图3和4中的纵向或轴向剖面所示，各肋78都具有一个棱表面82和一对齿侧表面84和86，该对齿侧表面从棱表面向外成角度地以相互离开的方向延伸到其间设有肋的一对相邻槽80的齿根表面88。各肋78的齿侧表面84和86从其棱表面82以不同的角向外延伸，从而使各肋在断面上是非对称的。各肋78的棱表面82具有位于齿侧表面84和86之间的宽度，该宽度尽可能相近地等于槽80的宽度。肋78的棱表面82平行于相邻槽80的齿根表面88。各肋78具有处于其棱表面82和相邻棱表面88之间的深度。内肋管70具有最佳的肋形状，其中肋的齿侧表面84和86尽可能地相近，当从图4所示的轴向或纵向剖面上看时，相对于中心纵轴81分别具有较大的导程角F(等于或约等于69E)和较窄的后缘角G(等于或约等于40E)。肋78和槽80具有相同或近可能相同的宽度。对引入管的壁72的厚度进行选择，以获取所需的肋78的高度。槽26的深度D大于所需的肋高，从而使肋78的棱表面82不与槽26的齿根表面30接触。拉拔的管70由于模67的圆柱形外形而也基本上保持它的圆柱形外形，但壁厚减小了。当继续拉拔管，使其进入并通过模孔66时，沿轴14推进引入管70，同时由于拉塞12在模孔66继续旋转，各肋78和槽80延续地从开始进行到结束。管的引入段和/或管70在拉模67中的拉拔段可由沿拉拔机上设置的支承结构支承。
肋78的几何形状由槽26、拉塞12相对于模67的位置、模入口68的角度、模孔66的直径和管70的厚度和硬度来确定。优化的肋形状通过在低质量流量和高的容量流体焓的情况下与管接触更长时间来保持较高密度/较低焓的膜，从而进一步提高导热率。当用于具有垂直管结构的直流式锅炉时，优化的肋外形形成低质流速，这又减小了压力损失，减小了锅炉供水泵的动力需求，改善了适合于变化热流的有效流动特性，通过滑动压力操作而降低的加热速率导致能源的节省，提高了锅炉的连续输出，减小了炉温，减小了管与管间的温差，由于自支承炉壁而简化了结构，降低了结构成本，取消了炉膛与过热器之间的阀，取消了流动平衡阀，并缩短了安装时间。
优化的肋外形在较高程度上强化了管的水侧的传热效率。优化的肋外形保持与管接触更长时间来保持较高密度/较低焓的膜，并从而在低质量流量和高容量流体焓的情况下使高的导热率持续更长时间。测试表明，光管有稍大于0.6的蒸汽部分呈核态分离，而由本发明的轧管塞工具制成的优化的肋外形，由于较低质量流量的重量，有0.93的蒸汽部分分离。由于水侧的热吸收好，所以减小了管温并提高了导热率。测试证实，压力损失急剧减小，从而又减小了锅炉输送泵的动力需求。由本发明的轧管塞工具制成的内部螺旋或螺纹带肋或加肋管特别适合应用于具有垂直管的炉膛结构的直流式锅炉炉膛。
对于所有炉膛，向管输入热的提高就减小了压力损失的静态部分。在较低质量流量下，静态压力的减小被较大的静态压力损失所抵消，从而导致热输入的压力降净增大。由于较低的质量流量，动态压力较小，这就导致压力损失的净减小，同时造成热输入的提高。由于在高和低质量流量的炉膛内的管连接到公共的集管，所以高于平均热量的管内的流量将发生改变，直到下降到平均值为止。在高质量流量的炉膛内，管的流量必须减小，即负响应，而在低质量流量炉膛内，管的流量必须增大，即正响应。利用本发明的轧管塞工具获得的优化的肋外形的管可减小炉膛内的管温，降低管与管间的温差，取消了炉膛与过热器之间的阀，取消了流动平衡阀，由于壁的自支承而简化了结构，并缩短了安装时间。
图5示出本发明的另一种拉塞112，其中连接器116与轧管塞体117成一整体或一体并且不包括分离的部件，这种拉塞对于拉拔小孔径的管是必要的。轧管塞体117与轧管塞体17类似，并包括前端118、后端120和中心纵轴122。如同对拉塞12的描述，拉塞112在轧管塞体117上具有外槽126和外棱128。与轧管塞体17类似，轧管塞体具有位于前长段140和后长段142之间的中长段138。中长段138和前长段140类似于中长段38和前长段40。后长段142除了后长段142与轧管塞体117的后端120上的延长段146相连外，与后长段42相同。后长段142从中长段138向延长段146方向以圆锥角E收缩。
连接器116包括延长段146，它从轧管塞体117纵向地并与之同轴地向后延伸到延长段的末端。后长段142在由后端120形成的连接处过度到延长段146的外径。延长段146上具有外螺纹160，它起始于与后端120向后间隔开的位置，并延续到邻近延长段的末端的位置。螺纹160与螺纹段，如轴前端的段64螺接，并且轴的前部可包括后杆的前端或转换器的前端，如上面对轴14的解释。一般情况下，连接器116连接到一个连接器上，下面将进一步描述。
拉塞112是一种典型的具有四个槽126和四个棱128的拉塞。螺旋角A、齿侧角和槽126的宽度可与槽26的相同。在拉塞112的一个实施例中，拉塞112的总长度等于或约等于99.9mm；中长段138的长度等于或约等于25.0mm，外径等于或约等于17.9mm；前长段140以等于或约等于45E的倾斜角从中长段138倾斜；圆锥角E等于或约等于7E；槽126的深度等于或约等于1.3mm。外缘的曲率半径和内角可与拉塞12的相同。槽126的宽度等于或尽可能地近似等于棱表面128的宽度。延长段146可包括一个整体的M141.25的螺纹延长段，其螺纹长度为42.0mm。
在拉塞112的另一个典型实施例中，拉塞112具有四个槽126和四个棱128；螺旋角、齿侧角和槽126的宽度与槽26的相同；拉塞112的总长度等于或约等于104.0mm；中长段138的长度等于或约等于25.0mm，外径等于或约等于18.9mm；前长段140以等于或约等于45E的倾斜角从中长段138倾斜；圆锥角E等于或约等于7E；槽126的深度等于或约等于1.3mm。外缘的曲率半径和内角可与拉塞12的相同。延长段146可包括一个整体的M141.25的螺纹延长段，其螺纹长度为42.0mm。
在拉塞112的另一个典型实施例中，拉塞112具有六个槽126和六个棱128；螺旋角、齿侧角和槽126的宽度与槽26的相同；槽126的宽度等于或约等于3.9m；拉塞112的总长度等于或约等于118.9mm；中长段138的长度等于或约等于25.0mm，外径等于或约等于22.5mm；前长段140以等于或约等于45E的倾斜角从中长段138倾斜；圆锥角E等于或约等于7E；槽126的深度等于或约等于1.4mm；外缘的曲率半径和内角可与拉塞12的相同。延长段146可包括一个整体的M161.5的螺纹延长段，其螺纹长度为48.0mm。
在拉塞112的再一个典型实施例中，拉塞112具有六个槽126和六个棱128；螺旋角、齿侧角和槽126的宽度与槽26的相同；拉塞112的总长度等于或约等于141.8mm；中长段138的长度等于或约等于25.0mm，外径等于或约等于28.4mm；前长段140以等于或约等于45E的倾斜角从中长段138倾斜；圆锥角E等于或约等于7E；槽126的深度等于或约等于1.6mm；外缘的曲率半径和内角可与拉塞12的相同。延长段146可包括一个整体的M181.5的螺纹延长段，其螺纹长度为54.0mm。
拉塞12，112最好用工具钢(ASP 23)制造，在外径和锥体上全留有0.25的磨削余量，在内孔上留有0.15的磨削余量。拉塞最好被硬化并具有三倍的韧度(达到63RC)，对外径，锥体和孔进行精加工抛光。在槽、外径和锥形表面上沉积13Φm厚的钛镍(TicN)沉积层，并且可对拉塞进行抛光，并达到镜面精加工。拉塞可涂覆单分子金刚石或钛镍的碳化物。
图6示出了另一种轧管塞工具110，它包括拉塞112和轴114，其中轴114的前端包括一个接合器115。如图6和7所示，接合器115包括一个套筒119和一个连接件121。套管119是圆筒形结构，具有前后端和一个穿过该套管的轴向段164，轴向段通过螺纹接收拉塞112的延长段146，拉塞112通过套管119的前端162插在段164内。套管119在其前端162处最好具有一个倾斜或斜角的表面，它从外径向通向段164内的开口方向倾斜。连接件121具有用于固定在套管119的段164内的外螺纹连接部分。连接件121可具有直边断面形状，如四边形的第一和第二端，它们分别从外螺纹连接部分的相对端延伸。当接合器115按图6所示地装配到拉塞112上时，套管119延伸过后端120和轧管塞117的后长段142的一部分，同时套管119的前表面邻近或靠近套管126的后端。套管119的后端向后延伸或伸出并越过延长段146的末端，连接件121的第二端向后延伸或伸出并越过套管119的后端，用于与后杆123的前端相连。连接件121的第二端可以适当的方式连接到后杆123上，并可拧入后杆前端的轴向孔内和/或焊接到后杆上。此外，可采用各种连接方式将连接件121的第一端连接到套管119和/或延长段146上。选择的套管119的外径可配合在管70的内腔中，而且该配合比在管内腔与后杆123的外径之间的配合更紧密。接合器115使拉塞更牢固地连接在后杆上，并提供更有力的支承，以减小拉塞上的旋转弯曲负荷。当轧管塞体110用于拉拔工艺时，后杆123承受通过推力轴承的轴向负荷，并且由于拉塞112与通过接合器115设置的后杆123之间的刚性连接，使后杆123相应地随拉塞112一起旋转。在连接件121不过紧的情况下，接合器115内侧和在拉塞的外侧的圆锥面有助于转矩的传递。
管70的内腔直径较小，后杆123的外径也必须较小，以便配合在管的内腔中。由于后杆受到压缩和拉伸负荷，所以通过图6中所示的引导管125的引导，小直径的后杆适用于更好地承受该负荷。引导管125一般支承在拉拔机上，并具有大到足以容纳管70的外径的内径，管70在引导管内被拉过后杆123。
图8示出了用在冷拉工艺中的典型的拉拔机90，其中本发明的轧管塞工具用于形成管70内的螺旋或螺纹肋。拉拔机90可包括纵向延伸的平行轨道92，其长度足以容纳管70的引入和拉拔长度，该长度等于沿拉拔机安装的拉模67的长度。后杆123安装在轨道92之间，并且后杆的后端与由电机96驱动的后杆致动器94相连。后杆致动器94可从控制台上去除。一个旋转推力轴承98沿后杆123的长度设置，用于在允许后杆旋转时承受轴向负荷。连接到后杆123前端的拉塞12，112通过致动器94轴向推动后杆123而定位在拉模67的模孔内。如上所述，拉塞可直接连接或通过连接器，如接合器115间接地连接到后杆123的前端。如下面将进一步解释的那样，连接到后杆123前端的拉塞可以是光面拉塞，类似于拉塞12，112，但是没有外槽和棱，在按照下面将进一步解释的本发明的方法中，在拉塞70被拉过有槽的拉塞12，112之前，先被拉过该光面拉塞。
拉塞12，112在拉模67的模孔中的轴向位置必须向后不太远或拉塞不与拉过模孔的管70接合，而后杆处于管的内腔中。拉塞12，112在模孔内的轴向位置必须向前不太远，或管材达到拉塞的后部，在拉塞和后杆上产生不必要的高负荷，这种高负荷可引起拉塞和/或后杆的剧烈振动和/或破裂。在拉塞12，112被拉拔之前的设定位置中，致动器94运动到后杆，因而拉塞向后占据必要的空间。当拉塞12，112适当地处于模孔内时，后杆123上的负荷将是最适度的，并且形成在管上的肋的轴向间距或螺旋角将在公差范围内。肋的轴向间距可从管70的外侧用眼观察到。在没有测量局部表面作用的情况下，可从管的外侧看到肋。轨道92提供一个用于可活动支架100的路线，该可活动支架具有一个夹持组件，如相对的夹持爪，用于夹持管70的拉拔管段并迫使它不旋转。支架100可沿轨道92运动，以将管70拉过拉模67。在沿拉拔机90的间隔位置上可设置适当的支承件102，用以支承管70的引入长度和/或管70的拉拔长度。图8还示出了引导管125的剖面长度段，在拉拔过程中，管70的引入长度可在该段内。
按照本发明的带槽的拉塞12，112可固定在一根轴上，该轴包括后杆，或一个转换器和一个后杆。带槽拉塞可直接与后杆的前端相连，在带槽拉塞与后杆之间没有转换器，或带槽拉塞也可通过拉塞与上述的后杆之间的连接器间接地与后杆的前端相连。可利用与拉塞整体或一体形成的连接器或作为分离部件的连接器，将带槽拉塞以不同的方式连接到轴的前端。轴的长度足以容纳管的引入长度。当管被拉过模孔时，拉塞在模孔内旋转。轴与拉塞成一体地旋转，并且轴由旋转推力轴承可旋转地支承。
较小直径的轴可设置在引导管125内，引导管的内径可容纳其内设置轴的管的外径。当开始拉拔前，拉塞被后杆推向正确的位置，从而在拉塞上维持要达到正确位置所需的力时，引导管125可防止后杆弯曲并超过引导管孔的极限。另外，在拉拔进行过程中并且拉塞和后杆旋转时，引导管125可防止后杆旋转并超过引导管的孔的极限。旋转会在连接器116、接合器115、套管119和连接件121上产生脉动负荷和弯矩，这就又会造成这些部件中的一个或多个部件损坏。
利用由可在拉拔机的轨道上运动的支架100施加的拉力将管拉过模孔。支架可包括任何适用的夹持机构，该夹持机构用于可释放地夹持管并迫使它不旋转。拉拔机可足够长，以容纳管的引入和拉拔长度。电动后杆致动器94用于影响后杆的轴向运动，以使拉塞在模孔内适当定位。后杆致动器可从控制台上拆卸。
图9中示出了一种可以连续地以商业量生产螺旋或螺纹肋管的快速和经济的方法。按照该方法，在进行上述的拉拔前，按照所需的精加工的直径、壁厚和其它在选择管时所需的因素，选择直径加大的冷拔管坯的长度。当选择要拉拔的冷拔管坯的长度时要考虑的因素包括：由于在拉拔时要保持体积不变，所以要增加管的长度，以减小管的断面面积；容纳管的引入和拉拔长度并施加所需的拉力的拉拔机的能力；肋和管壁断面面积的结合；在形成需要拉拔的各点处的管材料损失；和由于在管的尾端不容易形成的壁造成的管材料损失。开始时毛管通过用钢丝刷清理，进行湿清洗或湿制剂处理、润滑和干燥来制备。通常，支承在长轴端部的钢丝刷插在毛管的内腔中，以从管的内表面或内壁上去除附着物。湿洗法可利用化学手段进一步去除附着物。用肥皂进行润滑。
将要制备的管沿例如拉拔机90进行拉拔，使它通过与拉模67类似的拉模的模孔，然后通过与拉塞12，112类似但没有槽和棱宽并设置在拉模的模孔内的光面拉塞。光面拉塞与后杆，如后杆123相连，并连接到电动后杆致动器上，致动器用于按上述方式使拉塞定位在模孔内。管沿后杆向前运动并通过拉模，越过光面拉塞，后杆位于管的内腔中。可将一对光面拉塞分别连接到一对后杆的前端上，后杆可以并排的关系支承在拉拔机上并用于交替地加速生产。使要制备的毛管70向前通过拉模运动来完成拉拔，可利用支架，例如支架100将管拉过拉模。将管70拉过光面拉塞可获得所需的管径和精确的、用于拉出肋的管尺寸。利用卡规检查光管70的壁厚，以测量在管一端周围多个位置上的壁厚。如果必要的话，可在将管拉过光面拉塞之前进行退火，使管足够软，以利于光面拉拔。
在光面拉拔之后，管被退火，然后去除退火管的附着物，以去除松散的鳞片和碎片。在去除附着物之前，可使退火管冷却。在去除附着物之后，通过测量管样品的硬度来检查管的硬度。对从一组经过退火和湿处理的管中的样品进行检查，用于检查硬度的样品的数量取决于拉拔机的性能。可将光面拉拔产生的尖端和尾状物去除，以使内腔中的湿处理试剂通过并完全排出，并释放全部空气。在去除尖端和尾状物后，对管进行湿处理，这可采用与光面拉拔前对管进行的湿清洗相同的步骤。湿处理或湿清洗包括从管上去除氧化物，使管表面钝化，并对管进行皂洗和干燥。去除氧化物包括在溶液，如硫酸内浸透和浸渍管，以去除氧化物，从管中排除溶液，并在水中冲洗管，然后为管进行皂洗，再在水中冲洗管，然后对管进行干燥。浸透/浸渍、排水和冲洗步骤可按照需要重复进行，直到酸处理中的排出物离开管的两端为止。钝化包括在钝化溶液，如磷酸盐中浸透或浸渍管，并且必要时，在钝化溶液中浸透/浸渍步骤可重复进行。皂洗包括将管浸透或浸渍在肥皂液中并从管中排出肥皂液。必要时，在肥皂液中浸透/浸渍和排出肥皂液的步骤可重复进行。干燥包括用热风干燥排液后的管。
如上所述，将干燥后的管拉过拉模67的模孔66，并越过处于模孔中的带槽或键的拉塞12，112。进行拉肋的能力，即拉过带槽(键)拉塞12，112的能力取决于制备管的条件、适当的管硬度、除去在管孔表面上的氧化物和附着物、管长度上的尺寸精确性、在管的内外直径表面上充分形成的点和一直形成的润滑层、包括其上的沉积物或涂层的带槽拉塞的设计和状态、带槽拉塞和后杆的连接强度、后杆的对正、包括槽螺旋角、边缘半径、前后齿侧角、槽的深度和宽度及拉拔速度。
在将管拉过拉模孔并越过带槽拉塞12，112，以形成肋78和槽80之后，从管上去除尖端和尾状物。然后利用钢带50个以上肋间距。由于从管的外部可看见肋，所以这一过程可从管的外部进行。然后，取管的一端为样品对肋78的壁厚和高度进行检查，通常采用销式千分尺(pinmicrometer)进行检查。在检查管的适当壁厚和肋高后，需要对管进行热处理，以获得理想的机械特性。然后将热处理后的管按需要拉直，外部打上标记并切割成所需的长度，以获得具有内螺旋或螺纹肋的一根或多根管。在拉直后和切割前，可检查管的瑕疵，并用相同的编码数作标记。吹掉切割管的金属屑，在管上应用抗腐蚀物质。蒸汽释放小球可用于抗腐蚀。将管的端部封堵并按所需的单管数量捆成组。将管备上证明文件并贴上标签，有证明文件和贴标签的管在运输到指定地点之前可进行存放。可采用多根吊索来安全地提升精加工的管束。精加工管主要具有一个确定壁厚的主孔和一个确定肋高的次孔。通过选择适当壁厚的冷拔管坯可获得所需的肋高，不同壁厚的冷拔管坯的使用范围是由试验来确定的。
本发明的方法提供较短的生产时间，减小在制造过程中施加到轧管塞工具上的力，减小了工具破损和工具更换的频率，从而形成精加工的螺旋或螺纹内肋管，它具有理想的机械特性和导热、压力损失特性。该方法的特点在于带键或槽的轧管塞工具经三次退火和涂覆，该轧管塞工具可自由旋转，以在拉模内生产内肋。具有控制台的制造或拉拔机使致动器定位在占据空间的适当位置，使拉塞处在在模孔中心并控制拉拔操作。在精加工内肋时，预拉或后拉的制备方式可形成一致的质量。
由于本发明在细节上可具有各种变型、变换或变化，所以上面讨论和附图中示出的所有主题都是举例说明，而不是一种限制。