1觀測

    在斜軋穿孔機的穿孔過程中，不銹鋼無縫鋼管容易產生壁厚偏心率，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，但在實際測量時會存在誤差;因此，一般采用傅立葉分析法進行評估計算。

    在穿孔以后的變形機組上產生的偏心率可能會有所降低，但是大多數都不能徹底消除，甚至還會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和不圓;在張力減徑機上因拉伸應力過低而產生的溫度影響：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，不銹鋼無縫鋼管橫截面上的溫度分布不均基本不會造成壁厚分布不均;但當拉伸應力較小時，如橫截面上溫度分布不均等干擾因素則會對壁厚產生明顯的影響，這時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)會降低不銹鋼無縫鋼管成材率和不銹鋼無縫鋼管質量，因此必須盡量在偏心率產生時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%,但在實際生產中這個數值通常為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測量不銹鋼軋管的偏心率來驗證。通常是在空心坯的兩端采用手動測童，在張力減徑機后采用在線熱壁厚測址，在冷床區采用手動測量，最后在精整線采用超聲波冷測。

    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:沿空心坯長度方向的橫截面上不是一個固定不變的簡單偏心率，而是由不同的“振動”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。首要目的是在生產過程中盡可能及時地發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

    頂頭軸線的軌跡及相應的空心坯壁厚測量數據視覺化。當穿孔頂頭與不銹鋼軋管軸線保持不變的距離，并在不銹鋼軋管橫截面上沿著固定方位角進行旋轉時，就會產生偏心率。對于不銹鋼軋管來講，這時頂頭軸線的位置是固定的，該偏心率沿著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就會產生此種偏心率，此時穿孔頂頭更多地偏向管坯溫度較高的一側。

    當穿孔頂頭軸線隨著軋制時間在橫截面沿著空心坯縱軸方向改變時，頂頭的運動方式及相應的偏心率就會變得更復雜,在實際生產過程中穿孔頂頭軸線到不銹鋼軋管軸線的距離也可能隨著生產過程而改變。此種情況下應該考慮:當不銹鋼軋管在進行變形時會出現扭絞，此時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。通常在穿孔過程中首先出現沿著旋轉方向的扭絞，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。

    圖2所示的壁厚分布可能具有各種不同的產生機理。根據一種簡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的圓周運動疊加所致，利用該模型計算出來的壁厚測量數據視覺化如圖3(f)所示。

    與管坯相比，穿孔頂頭軸線圓周運動的頻率相對較低，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管坯轉動方向扭絞。

    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:來自管坯的偏心率和來自穿孔頂頭的偏心率，兩個部分疊加后產生局部最大值。

    來自管坯的偏心率可能是由于管坯非均勻加熱引起的，而來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，準確發現和消除影響生產流程的誤差。偏心率分析可以根據壁厚測量數據和振動測量數據來進行。

還要指出的是，有時候還會測m到第3種偏心率，但是這種偏心率都很小，所以對實際生產沒有意義。

3根據壁厚測量數據求出頂頭運動

    穿孔頂頭的運動與空心坯的壁厚分布之間有著直接聯系，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。這可以用圖形進行，其中不同頻率的“波型”被分離.再根據大小和分布進行估算，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方法分離。通常情況下。使用在線壁厚測量儀沿著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。此類測量儀一般是安裝在延伸裝置的后面，因此測最數據到達得較晚，偏心率數值可能會因張力減徑機的孔型誤差而變得不準確。若想手動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。考慮直接在斜軋穿孔機上檢測偏心率是有意義的。

4根據振動測量求出頂頭運動

    當頂頭固定連接在頂桿上時，頂頭的運動方式由頂桿的離心轉動所決定。該運動方式還可能進一步與頂桿的彎曲和自身振動疊加。但是通過測量頂桿運動和比較壁厚的測量數據可發現，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儀的測最值清楚地推算出來。例如.頂桿的偏心運動(橫截面方向)就能夠用距離側量儀記錄;而使用激光三角式測量儀可很好地完成測量任務，且儀器價格合理。筆者建議在兩個相互垂直對立的平面上進行測量，這樣可以準確地記錄頂桿的運動。

    在測量頂頭運動(即頂桿的運動)時當然要考慮到第2節(圖3)所描述的情況，即頂頭相對于不銹鋼軋管的運動與一個絕對坐標系里的旋轉疊加。但該旋轉運動在原則上對偏心率的形成沒有意義。對偏心率有著重要意義的頂頭運動，其實在一個隨著空心坯旋轉的相對坐標系里。根據記錄下來的距離測量數據可以將不同的偏心率部分通過頻率分析分離開來。簡單的偏心率隨著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，也可以通過比較振動測量結果和偏心率值之間的相關性，以此來評估生產操作時的當前狀況。

5影響頂頭運動

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

    現介紹一種已試驗成功的方法-偏心高頻率旋轉技術。本文前面所述的頂頭軸線的自我回轉可由一個外界施加的高頻旋轉運動來代替.實踐中則是在頂桿和頂頭之間安裝一個偏心軸承(滑動軸承)，通過一個回轉驅動器操縱頂桿的轉動。回轉驅動器屬于常規技術產品，用于在開孔前將頂頭送人旋轉的管坯中，以減少頂頭磨損。

    穿孔時采用常規技術和采用偏心高頻率旋轉技術時的偏心率比較如圖5所示。從圖5可以看出:采用偏心高頻率旋轉技術時，偏心率的特征發生改變，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可取得兩種效果:①低頻的偏心率，即頂頭軸線的自轉被一種有益的高頻旋轉替代，減小了偏心率的產生振幅，使之可以在隨后的變形步驟里更好地被抵消;②通過頂頭軸線的高頻回轉使不銹鋼軋管沿周向產生金屬流動，從而使已經產生的壁厚偏差得到一定的平衡抵消。

   由此可見，通過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

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