钢管成型理论及工艺

第三章 钢管成形理论及工艺

1.管材穿孔为什么一般采用斜轧？试述斜轧穿孔过程中穿孔机调整参数对“孔腔”形成的

影响。

穿孔的变形过程主要取决于工具的形状及位置，因此调整穿孔机工具的相对位置对实现

顺利穿孔，提高穿孔质量是至关重要的。二辊斜轧穿孔机调整的主要参数有：

1)轧制中心线：即穿孔机顶杆的中心线。它也是管坯到毛管的中心线的运动轨迹。

2） 轧机中心线：即穿孔机本身的中心线。一般说来为了使穿孔过程比较稳定，安装

设备时使轧制线比轧机中心线低3∼6mm。

3） 前－后台中心线：常以管坯受料槽与轧制线的相对高度衡量，原则上以受料槽中

的管坯中心线略低于轧制线为宜。

调整三条线的目的就是使三条线处于一个合适的位置或三线对中，使轧辊、导板（导盘）、

顶头在轧制中处于正确的空间关系，以获得合理的变形区。

4） 辊间距 B：指两轧辊辗轧带之间的间距。间距的大小必须保证管坯有足够的顶前

压下量；同时应保证轧辊相对于轧制线对称。

5）导板距 L：指两导板过渡带之间的距离。调整导板距主要依据椭圆度的大小ξ＝L /

B，一般ξ≈1.01～1.15。同时还要调整导板在轧制线方向上的位置，原则上要保证管坯接

触轧辊经约两个螺距后再接触导板；同时要保证毛管最后离开轧辊。

6） 顶前压下率：它指坯料在碰到顶头之前其径向的压下程度。顶前压下量过大则坯料

穿孔前容易出现孔腔，影响穿孔质量；过小则坯料中心不能形成有利于穿孔的“疏松”状态，

造成顶头阻力过大而“轧卡”。

7） 顶头位置 C：因为实测顶头位置较困难，常用顶杆位置Y表示。C指顶头鼻部伸

出辗轧带的距离，其大小直接影响穿孔能否进行及穿后毛管的质量。C过大则不利于咬入，

顶头阻力大，易轧卡；C过小则坯料中心容易出现“孔腔”，影响毛管的质量。

8) 轧辊倾角α和轧辊转速：轧辊倾角是斜轧穿孔中最积极的工艺参数。适当增加α弊

少利多，α增加可提高穿孔效率和改善毛管质量，不利是穿孔负荷增加。轧辊转速会影响穿

孔速度。

穿孔机调整的目的就是保证能在穿孔时轧机顺利地咬入管坯和抛出毛管，并获得一定尺

寸精度和内外表面质量，为此需要对三条线、四个主要参数（顶前压下率除外）进行调整，

原则上应使管坯能按时顺利通过变形区内各点各段，完成变形的全过程。

2.穿孔过程中钢管是如何运动的，为什么？

斜轧穿孔过程中存在着两种变形：基本变形和附加变形。

基本变形也称有用变形，是几何尺寸的变形关系，与轧件本身的性质无关，仅仅取决于

变形区的几何形状。穿孔过程中基本变形就是延伸变形、切向变形和径向变形（壁厚压缩）。

根据体积不变定律可知，壁厚压缩的金属流向纵向（延伸）和切向，由于切向变形受到孔型

的限制，因此，纵向（延伸）变形是主要的。

附加变形指的是轧件内部的变形，也称无用变形，是由于轧件变形不均匀引起的，它对

基本变形没有益处，只能增大轧件的变形应力，引起毛管中产生缺陷的几率增大。

3.钢管纵轧变形过程中包括哪几部分变形，容易出现的缺陷及解决办法是什么？

在轧辊、导板、顶头构成的变形区中有八个特征点，分别是：

①管坯与轧辊接触点； ⑤管坯进入顶头辗轧带；

②管坯与导板接触点； ⑥毛管离开导板或顶头；

③管坯与顶头接触点； ⑦毛管离开顶头或导板；

④管坯进入轧辊压缩带； ⑧毛管离开轧辊。

同时，我们可以将整个变形区分为四个区，也叫做变形的四个阶段。Ⅰ（1－－3）为穿

孔准备区：该区的作用是实现管坯的一次咬入，并为管坯的二次咬入做好准备，积累足够的

轧辊与轧件接触面上的摩擦曳入力；同时通过该区金属的应力状态，造成有利于实现穿孔的

金属组织状态。Ⅱ（3－－5）为穿孔区：该区的作用是对管坯穿孔并进行毛管减壁，毛管的

壁厚是一边旋转一边压下的，是一个螺旋的连轧过程。该区承担着穿孔过程中的主要变形量。

Ⅲ（5－－7）为辗轧区也叫平整区：它的主要作用是通过顶头辗轧带与轧辊的作用，起到平

整毛管内外表面、均匀壁厚的目的。Ⅳ（7－－8）为归圆区：该区的主要作用是通过轧辊将

毛管的外径形状由椭变圆，实际上是一个无顶头的空心毛管的塑性弯曲过程。

纵轧过程中的变形有：

1） 压扁：由于毛管的横断面与孔型的形状不相适应，毛管轧制时首先产生的是压扁

变形，此时的变形只是断面形状的变化，尺寸并无改变。

2） 减径：减径是纵轧的主要目的之一，也是主要变形，此时毛管出现延伸，壁厚略

有增减。纵轧减径时由于孔型开口处金属径向流动阻力较小，壁厚也比孔型底部的大，出现

了壁厚不均的现象。

3） 减壁：减壁也是纵轧的一个主要目的。当碰到短芯头或长芯棒，或对变形金属施

加了一定张力后，毛管的壁厚很快减薄，毛管迅速延伸；由于孔型开口处金属流动阻力与孔

型底部之间的差别存在，使开口处管壁相对更厚，壁厚不均更为严重。

4.管材的冷加工中如何搭配冷轧、冷轧工序，并发挥各自的特长？

钢管的冷加工就是以热轧无缝管及焊管为原料，通过冷轧、冷拔、旋压等加工方式制成

产品，冷加工具有独特的变形方式和工艺流程，是钢管深加工的主要方法之一。冷轧一般都

采用周期式轧管法，即通过轧辊组成的孔型断面的周期性变化和管料的送进旋转动作，实现

钢管在芯棒上的轧制。

冷拔法就是使金属在模孔与芯棒之间进行拔制加工（也可以是无芯棒拔制）。冷拔方式

的主要优点是生产率高，灵活性大，成品管质量好，工具费用少，设备比较简单；但其变形

量较小（一般每道次变形量＜40％）、生产的循环次数多、辅助工序多金属消耗大。冷拔法

在生产如毛细管、厚壁小直径管和异型管方面具有优势。根据所使用的芯棒及模具的不同，

又可将冷拔法分为常用的四种：即空拔、短芯棒拉拔、游动芯棒拉拔、长芯棒拉拔。

5.怎样才能保证焊管生产的成型质量？

将管坯弯曲成管筒状，当前端形成圆形时，后端仍为平面，因而带钢前端形成的圆断面

将与垂直于带钢纵长的平面倾斜一个角度α。为了使带钢由平面连续成型为圆管状，带钢管 坯的边缘在成型过程中就受到了拉伸作用。成型变形区Ｌ越长，则α就越小，边缘的拉伸变

形也就越小。反之带钢边缘的拉伸变形就越大。当拉伸应力很大或拉伸变形很大时，在外力

消除后变形不能全部消除，以致于产生较大的残余变形，成型后的管筒就会在边缘处产生波

浪弯，从而影响到焊缝质量。因此我们在制订成型工艺时，首先应考虑带钢边缘在成型过程

中产生最小的拉伸，不致于产生残余变形。