20G高壓鍋爐管穿孔技術(shù)
20G高壓鍋爐管穿孔后，具有中空截面，大量用作輸送流體的管道，鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強度相同時，重量較輕，是一種經(jīng)濟截面鋼材。

    在20G高壓鍋爐管生產(chǎn)中,穿孔工序的作用是將實心的管坯穿成空心的毛管。

    穿孔作為金屬變形的第一道工序，穿出的管子壁厚較厚、長度較短、內(nèi)外表面質(zhì)量較差，因此叫做毛管。如果在毛管上存在一些缺陷， 經(jīng)過后面的工序也很難消除或減輕。 所以在鋼管生產(chǎn)中穿孔工序起著重要作用。

     當今20G高壓鍋爐管生產(chǎn)中穿孔工藝更加合理,穿孔過程實現(xiàn)了自動化。
 

           斜軋穿孔整個過程可以分為三個階段
 
           第一個不穩(wěn)定過程--管坯前端金屬逐漸充滿變形區(qū)階段，即管坯同軋輥開始接觸（一次 咬入）到前端金屬出變形區(qū)，這個階段存在一次咬入和二次咬入。 穩(wěn)定過程--這是穿孔過程主要階段，從管坯前端金屬充滿變形區(qū)到管坯尾端金屬開始離 開變形區(qū)為止。 第二個不穩(wěn)定過程—為管坯尾端金屬逐漸離開變形區(qū)到金屬全部離開軋輥為止。 穩(wěn)定過程和不穩(wěn)定過程有著明顯的差別， 這在生產(chǎn)中很容易觀察到的。 如一只毛管上頭 尾尺寸和中間尺寸就有差別，一般是毛管前端直徑大，尾端直徑小，而中間部分是一致的。 頭尾尺寸偏差大是不穩(wěn)定過程特征之一。 造成頭部直徑大的原因是： 前端金屬在逐漸充滿變 形區(qū)中，金屬同軋輥接觸面上的摩擦力是逐漸增加的，到完全充滿變形區(qū)才達到最大值，特 別是當管坯前端與頂頭相遇時，由于受到頂頭的軸向阻力，金屬向軸向延伸受到阻力，使得 軸向延伸變形減小，而橫向變形增加，加上沒有外端限制，從而導(dǎo)致前端直徑大。尾端直徑 小，是因為管坯尾端被頂頭開始穿透時，頂頭阻力明顯下降，易于延伸變形，同時橫向展軋 小，所以外徑小。 生產(chǎn)中出現(xiàn)的前卡、后卡也是不穩(wěn)定特征之一，雖然三個過程有所區(qū)別，但他們都在同 一個變形區(qū)內(nèi)實現(xiàn)的。變形區(qū)是由軋輥、頂頭、導(dǎo)盤（導(dǎo)板）構(gòu)成。整個變形區(qū)為一個較復(fù)雜的幾何形狀，大致可以認為，橫斷面是橢圓 形，到中間有頂頭階段為一環(huán)形變形區(qū)?？v截面上是小底相接的兩個錐體，中間插入一個弧 形頂頭。 變形區(qū)形狀決定著穿孔的變形過程，改變變形區(qū)形狀（決定與工具設(shè)計和軋機調(diào)整）將導(dǎo)致穿孔變形過程的變化。

穿孔變形區(qū)中四個區(qū)段
Ⅱ區(qū)稱為穿孔區(qū)，該區(qū)的作用是穿孔，即由實心坯變成空心的毛管，該區(qū)的長度為從金 屬與頂頭相遇開始到頂頭圓錐帶為止。這個區(qū)段變形特點主要是壁厚壓下,由于軋輥表面與 頂頭表面之間距離是逐漸減小的,因此毛管壁厚是一邊旋轉(zhuǎn),一邊壓下，因此是連軋過程,這個 區(qū)段的變形參數(shù)以直徑相對壓下量來表示,直徑上被壓下的金屬,同樣可向橫向流動(擴徑)和 縱向流動(延伸)但橫向變形受到導(dǎo)盤的阻止作用,縱向延伸變形是主要的。 導(dǎo)盤的作用不僅可以限制橫向變形而且還可以拉動金屬向軸向延伸,由于橫向變形的結(jié)果,橫截面呈橢圓形。 Ⅲ區(qū)稱為碾軋區(qū),該區(qū)的作用是碾軋均整、改善管壁尺寸精度和內(nèi)外表面質(zhì)量，由于頂 頭母線與軋輥母線近似平行，所以壓下量是很小的，主要起均整作用。軋件橫截面在此區(qū)段 也是橢圓形，并逐漸減小。 Ⅳ區(qū)稱為歸圓區(qū)。 該區(qū)的作用是把橢圓形的毛管， 靠旋轉(zhuǎn)的軋輥逐漸減小直徑上的壓下 量到零，而把毛管轉(zhuǎn)圓，該區(qū)長度很短，在這個區(qū)變形實際上是無頂頭空心毛管塑性彎曲變 形，變形力也很小。 變形過程中四個區(qū)段是相互聯(lián)系的， 而且是同時進行的， 金屬橫截面變形過程是由圓變 橢圓再歸圓的過程，

斜軋穿孔運動學
兩輥穿孔機運動學
 螺旋軋制的速度分析 穿孔機軋輥是同一方向旋轉(zhuǎn),且軋輥軸相對軋制軸線傾斜,相交一個角度稱作前進角。當 圓管坯送入軋輥中,靠軋輥和金屬之間的摩擦力作用,軋輥帶動圓管坯—毛管反向旋轉(zhuǎn),由于 前進角的存在,管坯—毛管在旋轉(zhuǎn)的同時向軸向移動,在變形區(qū)中管坯—毛管表面上每一點都 是螺旋運動,即一邊旋轉(zhuǎn),一邊前進。 表現(xiàn)螺旋運動的基本參數(shù)是： 切向運動速度、 軸向運動速度、 和軋輥每半轉(zhuǎn)的位移值 （螺 距）。 首先來討論軋輥上任意一點的速度，如果軋輥圓周速度為 VR，則可以分解為兩個分量 （切向分量和軸向分量）。

VaR=VRCOSβ=πD Nb/60×COSβ切向旋轉(zhuǎn)速度 （1） VtR＝VR sinβ=πD Nb/60×Sinβ軸向速度 （2） D所討論截面的軋輥直徑，mm; Nb軋輥轉(zhuǎn)速， rpm;v β咬入角。 在軋制過程中由于坯料靠軋輥帶動，軋輥將相應(yīng)的速度傳遞給管坯，則管坯速度為： VB=πD Nb/60×COSβ （3） 但實際上軋輥速度和金屬速度并非完全相等。 一般金屬運動速度小于軋輥速度， 即兩者 之間產(chǎn)生滑移，可用滑移系數(shù)來表示兩者速度，這樣 VaR =πD Nb/60×COSβ×ητ (4) VtR＝πD Nb/60×sinβ×η0 (5) ητ 切向滑移系數(shù), η0 軸向滑移系數(shù),兩者小于 1。 不同的材料有不同的滑移系數(shù)，參考如下： 碳鋼 η0 = 0.8~1.0 低合金鋼 η0 = 0.7 ~ 0.8 高合金鋼 η0 = 0.5 ~ 0.7 在生產(chǎn)中最有實際意義的是毛管離開軋輥時的那一點速度，眾所周知，出口速度愈大， 即生產(chǎn)率也愈高。為了簡化計算，一般假設(shè)軋輥出口速度等于 VtR，實際誤差包含在滑移系 數(shù)中。 毛管離開軋輥一點的軸向滑移系數(shù)可用公式(2)求出軸向速度,除以毛管長度得出理論的 穿孔時間,再和實測時間相比,即η0=T 理/T 實.這樣確定η0 后,則可計算出毛管離開軋輥的軸 向速度。 螺距在變形中是個可變值，并且隨著管坯進入變形區(qū)程度增加而增加，這是由于管坯-毛管斷面積不斷減小而軸向流動速度不斷增加所致。 毛管離開軋輥一點的螺距值計算公式為: T=π/2×η0/ητ×d×tgβ

穿孔的咬入條件
斜軋穿孔過程存在著兩次咬入， 第一次咬入是管坯和軋輥開始接觸瞬間， 由軋輥帶動管 坯運動而把管坯曳入變形區(qū)中，稱為一次咬入。當金屬進入變形區(qū)到和頂頭相遇，克服頂頭 的軸向阻力繼續(xù)進入變形區(qū)為二次咬入。 一般滿足了一次咬入的條件并不見得就能滿足二次咬入條件。在生產(chǎn)中我們常常看到， 二次咬入時由于軸向阻力作用，前進運動停止而旋轉(zhuǎn)繼續(xù)著即打滑。

一次咬入條件

一次咬入既要滿足管坯旋轉(zhuǎn)條件又要滿足軸向前進條件。 管坯咬入的力能條件由下式確定： Mt ≥ Mp + Mq + Mi 式中：Mt - 使管坯旋轉(zhuǎn)的總力矩; Mp—由于壓力產(chǎn)生的阻止坯料旋轉(zhuǎn)力矩 Mq—由于推料機推力而在管坯后端產(chǎn)生的摩擦力矩 Mi—管坯旋轉(zhuǎn)的慣性矩 如果忽略 Mq、 Mi（值很?。﹦t一般的表達式為： n (Mt + Mp) ≥ 0 (n—軋輥數(shù))前進咬入條件是指管坯軸向力平衡條件，也就是，曳入管坯的軸向力應(yīng)大于或等于軸向 阻力，其表達式為： n (Tx-Px) + P′ ≥ 0 (7) Tx—每個軋輥作用在管坯上的軸向摩擦力 Px--每個軋輥作用在管坯上正壓力軸向分量 P′—后推力 (一般為零) 一次咬入所需旋轉(zhuǎn)條件 下面的公式表明在管坯咬入時力的平衡， 兩個重要參數(shù)， 摩擦系數(shù)和角速度可以通過下 面公式計算。式中： ——軋輥入口錐角 ——咬入角 ——輥喉處的直徑減徑值若想管坯咬入順利些，可以將咬入角變大些、軋輥的入口錐角小些，或者通過施加管坯 的推入力和加大軋輥表面的輥花深度。

二次咬入條件

二次咬入的力能條件 二次咬入中旋轉(zhuǎn)條件比一次咬入增加了一項頂頭／頂桿系統(tǒng)的慣性阻力矩,其值很小。 因此二次咬入旋轉(zhuǎn)條件,基本和一次咬入相同。二次咬入的關(guān)鍵是前進條件。 二次咬入時軸向力的平衡條件： n (Tx-Px) -Q′ ≥ Q′—頂頭鼻部的軸向阻力 二次咬入所需旋轉(zhuǎn)條件 二次咬入的條件在軸向管坯的推入力要大于頂頭和管坯與軋輥之間的摩擦力， 能實現(xiàn) 次咬入的前提是在管坯接觸頂頭前（x=自由長度） 管坯至少要旋轉(zhuǎn)一周。

孔腔形成機理

斜軋實心管坯時， 在頂頭接觸管坯前常易出現(xiàn)金屬中心破裂現(xiàn)象， 當大量裂口發(fā)展成相 互連接，擴大成片以后，金屬連續(xù)性破壞，形成中心空洞即孔腔。。在頂頭前過早 形成孔腔，會造成大量的內(nèi)折缺陷，惡化鋼管內(nèi)表面質(zhì)量，甚至形成廢品，因此在穿孔工藝 中力求避免過早形成孔腔。