1觀測(cè)

    在斜軋穿孔機(jī)的穿孔過程中，不銹鋼無縫鋼管容易產(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(cuò)位。偏心率的定義如圖1所示。

    圖1所示中的計(jì)算式在理論上是正確的，但在實(shí)際測(cè)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(píng)估計(jì)算。

    在穿孔以后的變形機(jī)組上產(chǎn)生的偏心率可能會(huì)有所降低，但是大多數(shù)都不能徹底消除，甚至還會(huì)出現(xiàn)偏心率增大的情況。其原因是:在縱向軋制機(jī)架里孔型不對(duì)稱和不圓;在張力減徑機(jī)上因拉伸應(yīng)力過低而產(chǎn)生的溫度影響：即在高溫拉伸應(yīng)力作用下張力減徑機(jī)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(huì)造成壁厚分布不均;但當(dāng)拉伸應(yīng)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(duì)壁厚產(chǎn)生明顯的影響，這時(shí)很有可能在張力減徑機(jī)上形成偏心率。

    壁厚偏差(當(dāng)然也包括偏心率)會(huì)降低不銹鋼無縫鋼管成材率和不銹鋼無縫鋼管質(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(dá)到2%-3%,但在實(shí)際生產(chǎn)中這個(gè)數(shù)值通常為5%-10%。例如，管坯加熱不均、軋管機(jī)和三輥導(dǎo)向裝置對(duì)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(cè)量不銹鋼軋管的偏心率來驗(yàn)證。通常是在空心坯的兩端采用手動(dòng)測(cè)童，在張力減徑機(jī)后采用在線熱壁厚測(cè)址，在冷床區(qū)采用手動(dòng)測(cè)量，最后在精整線采用超聲波冷測(cè)。

    圖2所示為某典型空心坯壁厚測(cè)量圖形結(jié)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(zhǎng)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(gòu)成的疊加和扭轉(zhuǎn)。

下面將分析復(fù)雜偏心率結(jié)構(gòu)的形成，找到偏心率構(gòu)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)過程中盡可能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(yīng)的空心坯壁厚測(cè)量數(shù)據(jù)視覺化。當(dāng)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生偏心率。對(duì)于不銹鋼軋管來講，這時(shí)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(xiàn)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(cè)。

    當(dāng)穿孔頂頭軸線隨著軋制時(shí)間在橫截面沿著空心坯縱軸方向改變時(shí)，頂頭的運(yùn)動(dòng)方式及相應(yīng)的偏心率就會(huì)變得更復(fù)雜,在實(shí)際生產(chǎn)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(chǎn)過程而改變。此種情況下應(yīng)該考慮:當(dāng)不銹鋼軋管在進(jìn)行變形時(shí)會(huì)出現(xiàn)扭絞，此時(shí)穿孔頂頭相對(duì)于空心坯的固定位置可以看作“扭轉(zhuǎn)”的偏心率。通常在穿孔過程中首先出現(xiàn)沿著旋轉(zhuǎn)方向的扭絞，隨后出現(xiàn)反方向扭絞。出現(xiàn)的扭絞大多很小，扭絞的旋轉(zhuǎn)方向與軋制參數(shù)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(jī)理。根據(jù)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的圓周運(yùn)動(dòng)疊加所致，利用該模型計(jì)算出來的壁厚測(cè)量數(shù)據(jù)視覺化如圖3(f)所示。

    與管坯相比，穿孔頂頭軸線圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相對(duì)較低，處于頂頭的回轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)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(gè)部分疊加后產(chǎn)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(duì)中不良或頂桿彎曲引起的。以此為基礎(chǔ)，根據(jù)分析可以推論出偏心率形成的原因，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和消除影響生產(chǎn)流程的誤差。偏心率分析可以根據(jù)壁厚測(cè)量數(shù)據(jù)和振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來進(jìn)行。

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

3根據(jù)壁厚測(cè)量數(shù)據(jù)求出頂頭運(yùn)動(dòng)

    穿孔頂頭的運(yùn)動(dòng)與空心坯的壁厚分布之間有著直接聯(lián)系，因此各種壁厚測(cè)量數(shù)據(jù)能夠應(yīng)用于辨識(shí)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(jù)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(shù)學(xué)方法分離。通常情況下。使用在線壁厚測(cè)量?jī)x沿著不銹鋼軋管的縱向和周向測(cè)量壁厚，并詳細(xì)地將其數(shù)據(jù)記錄下來。此類測(cè)量?jī)x一般是安裝在延伸裝置的后面，因此測(cè)最數(shù)據(jù)到達(dá)得較晚，偏心率數(shù)值可能會(huì)因張力減徑機(jī)的孔型誤差而變得不準(zhǔn)確。若想手動(dòng)詳細(xì)地測(cè)量壁厚數(shù)據(jù)則只能采用抽樣檢測(cè)，其費(fèi)用非常高。因此。考慮直接在斜軋穿孔機(jī)上檢測(cè)偏心率是有意義的。

4根據(jù)振動(dòng)測(cè)量求出頂頭運(yùn)動(dòng)

    當(dāng)頂頭固定連接在頂桿上時(shí)，頂頭的運(yùn)動(dòng)方式由頂桿的離心轉(zhuǎn)動(dòng)所決定。該運(yùn)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。但是通過測(cè)量頂桿運(yùn)動(dòng)和比較壁厚的測(cè)量數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，偏心率的大小及其沿空心坯縱軸的分布可根據(jù)距離壁厚測(cè)量?jī)x的測(cè)最值清楚地推算出來。例如.頂桿的偏心運(yùn)動(dòng)(橫截面方向)就能夠用距離側(cè)量?jī)x記錄;而使用激光三角式測(cè)量?jī)x可很好地完成測(cè)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(duì)立的平面上進(jìn)行測(cè)量，這樣可以準(zhǔn)確地記錄頂桿的運(yùn)動(dòng)。

    在測(cè)量頂頭運(yùn)動(dòng)(即頂桿的運(yùn)動(dòng))時(shí)當(dāng)然要考慮到第2節(jié)(圖3)所描述的情況，即頂頭相對(duì)于不銹鋼軋管的運(yùn)動(dòng)與一個(gè)絕對(duì)坐標(biāo)系里的旋轉(zhuǎn)疊加。但該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在原則上對(duì)偏心率的形成沒有意義。對(duì)偏心率有著重要意義的頂頭運(yùn)動(dòng)，其實(shí)在一個(gè)隨著空心坯旋轉(zhuǎn)的相對(duì)坐標(biāo)系里。根據(jù)記錄下來的距離測(cè)量數(shù)據(jù)可以將不同的偏心率部分通過頻率分析分離開來。簡(jiǎn)單的偏心率隨著空心坯旋轉(zhuǎn)的頻率旋轉(zhuǎn)，而疊加的偏心率就旋轉(zhuǎn)得更快。當(dāng)然，也可以通過比較振動(dòng)測(cè)量結(jié)果和偏心率值之間的相關(guān)性，以此來評(píng)估生產(chǎn)操作時(shí)的當(dāng)前狀況。

5影響頂頭運(yùn)動(dòng)

    在穿孔過程中就測(cè)量偏心率對(duì)于生產(chǎn)具有明顯的優(yōu)越性。因?yàn)榇藭r(shí)能夠立刻對(duì)偏心率的增大作出反應(yīng)。這個(gè)評(píng)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:說明偏心率更可能來自穿孔前的加熱爐還是來自穿孔機(jī)，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(xiàn)介紹一種已試驗(yàn)成功的方法-偏心高頻率旋轉(zhuǎn)技術(shù)。本文前面所述的頂頭軸線的自我回轉(zhuǎn)可由一個(gè)外界施加的高頻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來代替.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)，通過一個(gè)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器操縱頂桿的轉(zhuǎn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器屬于常規(guī)技術(shù)產(chǎn)品，用于在開孔前將頂頭送人旋轉(zhuǎn)的管坯中，以減少頂頭磨損。

    穿孔時(shí)采用常規(guī)技術(shù)和采用偏心高頻率旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)技術(shù)可取得兩種效果:①低頻的偏心率，即頂頭軸線的自轉(zhuǎn)被一種有益的高頻旋轉(zhuǎn)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通過頂頭軸線的高頻回轉(zhuǎn)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，通過上述方法可消減頂桿和穿孔機(jī)對(duì)中對(duì)偏心率的影響，該方法可以持久和穩(wěn)定使用，從而達(dá)到減小偏心率的目的。

6結(jié)語

    不銹鋼無縫鋼管的壁厚偏心率占據(jù)了壁厚偏差的70%，由此導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不良，降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但至今那些常規(guī)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(jīng)在試驗(yàn)中得到證實(shí).接下來只需要投入到生產(chǎn)實(shí)踐中即可。