1觀(guān)測

    在斜軋穿孔機的穿孔過(guò)程中，不銹鋼無(wú)縫鋼管容易產(chǎn)生壁厚偏心率，而壁厚偏心率是由穿孔頂頭的偏心位置引起的;因此，偏心率被定義為兩個(gè)圓心的偏移，穿孔頂頭的圓周和不銹鋼軋管的圓周相互錯位。偏心率的定義如圖1所示。

    圖1所示中的計算式在理論上是正確的，但在實(shí)際測量時(shí)會(huì )存在誤差;因此，一般采用傅立葉分析法進(jìn)行評估計算。

    在穿孔以后的變形機組上產(chǎn)生的偏心率可能會(huì )有所降低，但是大多數都不能徹底消除，甚至還會(huì )出現偏心率增大的情況。其原因是:在縱向軋制機架里孔型不對稱(chēng)和不圓;在張力減徑機上因拉伸應力過(guò)低而產(chǎn)生的溫度影響：即在高溫拉伸應力作用下張力減徑機上鋼管的壁厚分布都較平均，不銹鋼無(wú)縫鋼管橫截面上的溫度分布不均基本不會(huì )造成壁厚分布不均;但當拉伸應力較小時(shí)，如橫截面上溫度分布不均等干擾因素則會(huì )對壁厚產(chǎn)生明顯的影響，這時(shí)很有可能在張力減徑機上形成偏心率。

    壁厚偏差(當然也包括偏心率)會(huì )降低不銹鋼無(wú)縫鋼管成材率和不銹鋼無(wú)縫鋼管質(zhì)量，因此必須盡量在偏心率產(chǎn)生時(shí)就將其控制在最低值。

    理淪上講局部偏心率的最小值可達到2%-3%,但在實(shí)際生產(chǎn)中這個(gè)數值通常為5%-10%。例如，管坯加熱不均、軋管機和三輥導向裝置對中不良、軋制芯棒彎曲或穿孔頂頭磨損，都是主要的干擾因素。要降低偏心率就必須排除上述干擾因素，而是否成功排除這些干擾因素可通過(guò)測量不銹鋼軋管的偏心率來(lái)驗證。通常是在空心坯的兩端采用手動(dòng)測童，在張力減徑機后采用在線(xiàn)熱壁厚測址，在冷床區采用手動(dòng)測量，最后在精整線(xiàn)采用超聲波冷測。

    圖2所示為某典型空心坯壁厚測量圖形結果。為了更清楚地闡述，圖2中不考慮除偏心率之外的壁厚偏差因素，此種壁厚分布在下面的敘述中是通用的。從圖2可以看出:沿空心坯長(cháng)度方向的橫截面上不是一個(gè)固定不變的簡(jiǎn)單偏心率，而是由不同的“振動(dòng)”構成的疊加和扭轉。

下面將分析復雜偏心率結構的形成，找到偏心率構成和形成原因，最終找出降低偏心率的方法。首要目的是在生產(chǎn)過(guò)程中盡可能及時(shí)地發(fā)現當前正在形成的偏心率，找到偏心率增加的原因并采取有效解決措施。

2形成模型

    頂頭軸線(xiàn)的軌跡及相應的空心坯壁厚測量數據視覺(jué)化。當穿孔頂頭與不銹鋼軋管軸線(xiàn)保持不變的距離，并在不銹鋼軋管橫截面上沿著(zhù)固定方位角進(jìn)行旋轉時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生偏心率。對于不銹鋼軋管來(lái)講，這時(shí)頂頭軸線(xiàn)的位置是固定的，該偏心率沿著(zhù)不銹鋼軋管縱向軸大小不變且在不銹鋼軋管橫截面上位置相同。例如，某管坯的橫截面里出現沿縱向軸不變的溫度梯差時(shí)就會(huì )產(chǎn)生此種偏心率，此時(shí)穿孔頂頭更多地偏向管坯溫度較高的一側。

    當穿孔頂頭軸線(xiàn)隨著(zhù)軋制時(shí)間在橫截面沿著(zhù)空心坯縱軸方向改變時(shí)，頂頭的運動(dòng)方式及相應的偏心率就會(huì )變得更復雜,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中穿孔頂頭軸線(xiàn)到不銹鋼軋管軸線(xiàn)的距離也可能隨著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程而改變。此種情況下應該考慮:當不銹鋼軋管在進(jìn)行變形時(shí)會(huì )出現扭絞，此時(shí)穿孔頂頭相對于空心坯的固定位置可以看作“扭轉”的偏心率。通常在穿孔過(guò)程中首先出現沿著(zhù)旋轉方向的扭絞，隨后出現反方向扭絞。出現的扭絞大多很小，扭絞的旋轉方向與軋制參數有關(guān)。

    圖2所示的壁厚分布可能具有各種不同的產(chǎn)生機理。根據一種簡(jiǎn)單的模型可推算出偏心率由穿孔頂頭的偏心位置與頂頭軸線(xiàn)的圓周運動(dòng)疊加所致，利用該模型計算出來(lái)的壁厚測量數據視覺(jué)化如圖3(f)所示。

    與管坯相比，穿孔頂頭軸線(xiàn)圓周運動(dòng)的頻率相對較低，處于頂頭的回轉速度范圍內。由于軋輥直徑較大而不銹鋼軋管直徑較小，頂頭在高點(diǎn)附近回轉的速度比管坯要快一些。于是正在變形的不銹鋼軋管隨著(zhù)管坯轉動(dòng)方向扭絞。

    圖3所示模型可用于較大偏心率的分析和形成原因解釋。該模型明確將偏心率的構成分為兩部分:來(lái)自管坯的偏心率和來(lái)自穿孔頂頭的偏心率，兩個(gè)部分疊加后產(chǎn)生局部最大值。

    來(lái)自管坯的偏心率可能是由于管坯非均勻加熱引起的，而來(lái)自穿孔頂頭的部分可能是由于對中不良或頂桿彎曲引起的。以此為基礎，根據分析可以推論出偏心率形成的原因，準確發(fā)現和消除影響生產(chǎn)流程的誤差。偏心率分析可以根據壁厚測量數據和振動(dòng)測量數據來(lái)進(jìn)行。

還要指出的是，有時(shí)候還會(huì )測m到第3種偏心率，但是這種偏心率都很小，所以對實(shí)際生產(chǎn)沒(méi)有意義。

3根據壁厚測量數據求出頂頭運動(dòng)

    穿孔頂頭的運動(dòng)與空心坯的壁厚分布之間有著(zhù)直接聯(lián)系，因此各種壁厚測量數據能夠應用于辨識上述提及的不同偏心率部分。這可以用圖形進(jìn)行，其中不同頻率的“波型”被分離.再根據大小和分布進(jìn)行估算，如圖4所示。

   除此之外.也可以使用傅立葉分析法將不同的頻率聲用數學(xué)方法分離。通常情況下。使用在線(xiàn)壁厚測量?jì)x沿著(zhù)不銹鋼軋管的縱向和周向測量壁厚，并詳細地將其數據記錄下來(lái)。此類(lèi)測量?jì)x一般是安裝在延伸裝置的后面，因此測最數據到達得較晚，偏心率數值可能會(huì )因張力減徑機的孔型誤差而變得不準確。若想手動(dòng)詳細地測量壁厚數據則只能采用抽樣檢測，其費用非常高。因此?？紤]直接在斜軋穿孔機上檢測偏心率是有意義的。

4根據振動(dòng)測量求出頂頭運動(dòng)

    當頂頭固定連接在頂桿上時(shí)，頂頭的運動(dòng)方式由頂桿的離心轉動(dòng)所決定。該運動(dòng)方式還可能進(jìn)一步與頂桿的彎曲和自身振動(dòng)疊加。但是通過(guò)測量頂桿運動(dòng)和比較壁厚的測量數據可發(fā)現，偏心率的大小及其沿空心坯縱軸的分布可根據距離壁厚測量?jì)x的測最值清楚地推算出來(lái)。例如.頂桿的偏心運動(dòng)(橫截面方向)就能夠用距離側量?jì)x記錄;而使用激光三角式測量?jì)x可很好地完成測量任務(wù)，且儀器價(jià)格合理。筆者建議在兩個(gè)相互垂直對立的平面上進(jìn)行測量，這樣可以準確地記錄頂桿的運動(dòng)。

    在測量頂頭運動(dòng)(即頂桿的運動(dòng))時(shí)當然要考慮到第2節(圖3)所描述的情況，即頂頭相對于不銹鋼軋管的運動(dòng)與一個(gè)絕對坐標系里的旋轉疊加。但該旋轉運動(dòng)在原則上對偏心率的形成沒(méi)有意義。對偏心率有著(zhù)重要意義的頂頭運動(dòng)，其實(shí)在一個(gè)隨著(zhù)空心坯旋轉的相對坐標系里。根據記錄下來(lái)的距離測量數據可以將不同的偏心率部分通過(guò)頻率分析分離開(kāi)來(lái)。簡(jiǎn)單的偏心率隨著(zhù)空心坯旋轉的頻率旋轉，而疊加的偏心率就旋轉得更快。當然，也可以通過(guò)比較振動(dòng)測量結果和偏心率值之間的相關(guān)性，以此來(lái)評估生產(chǎn)操作時(shí)的當前狀況。

5影響頂頭運動(dòng)

    在穿孔過(guò)程中就測量偏心率對于生產(chǎn)具有明顯的優(yōu)越性。因為此時(shí)能夠立刻對偏心率的增大作出反應。這個(gè)評估不僅給出偏心率大小的信息，而且還提示偏心率產(chǎn)生的可能原因:說(shuō)明偏心率更可能來(lái)自穿孔前的加熱爐還是來(lái)自穿孔機，然而更有意義的是如何從根本上不讓更大的偏心率產(chǎn)生。

    現介紹一種已試驗成功的方法-偏心高頻率旋轉技術(shù)。本文前面所述的頂頭軸線(xiàn)的自我回轉可由一個(gè)外界施加的高頻旋轉運動(dòng)來(lái)代替.實(shí)踐中則是在頂桿和頂頭之間安裝一個(gè)偏心軸承(滑動(dòng)軸承)，通過(guò)一個(gè)回轉驅動(dòng)器操縱頂桿的轉動(dòng)?；剞D驅動(dòng)器屬于常規技術(shù)產(chǎn)品，用于在開(kāi)孔前將頂頭送人旋轉的管坯中，以減少頂頭磨損。

    穿孔時(shí)采用常規技術(shù)和采用偏心高頻率旋轉技術(shù)時(shí)的偏心率比較如圖5所示。從圖5可以看出:采用偏心高頻率旋轉技術(shù)時(shí)，偏心率的特征發(fā)生改變，局部最大值與局部最小值之差變小;局部偏心率明顯減小。

    采用偏心高頻率旋轉技術(shù)可取得兩種效果:①低頻的偏心率，即頂頭軸線(xiàn)的自轉被一種有益的高頻旋轉替代，減小了偏心率的產(chǎn)生振幅，使之可以在隨后的變形步驟里更好地被抵消;②通過(guò)頂頭軸線(xiàn)的高頻回轉使不銹鋼軋管沿周向產(chǎn)生金屬流動(dòng)，從而使已經(jīng)產(chǎn)生的壁厚偏差得到一定的平衡抵消。

   由此可見(jiàn)，通過(guò)上述方法可消減頂桿和穿孔機對中對偏心率的影響，該方法可以持久和穩定使用，從而達到減小偏心率的目的。

6結語(yǔ)

    不銹鋼無(wú)縫鋼管的壁厚偏心率占據了壁厚偏差的70%，由此導致產(chǎn)品質(zhì)量不良，降低了市場(chǎng)競爭力，但至今那些常規方法仍然不能有效解決該問(wèn)題。本文介紹的解決不銹鋼無(wú)縫鋼管壁厚偏心率的方法，其效果已經(jīng)在試驗中得到證實(shí).接下來(lái)只需要投入到生產(chǎn)實(shí)踐中即可。