管坯變形過程
發(fā)布者： 源晟鍵 時(shí)間：10/9/2019 4:58:35 PM
管坯在成型機(jī)中的變形過程是非常復(fù)雜的，它包括縱向變形、橫向變形和斷面變形三部分。
(1) 縱向變形縱向變形是指管坯由平板狀變?yōu)閳A筒狀過程中在軋制線方向上的變形。
縱向變形是不均勻的。在預(yù)成型段，帶鋼邊緣部分的延伸L 大于中心部分的延伸L，達(dá)到封閉孔型前的精成型機(jī)架，中心部分的延伸L又大于邊緣部分的延伸L ，如圖5-5所示。這種縱向不均勻變形是輥式連續(xù)成型過程中帶鋼變形的主要特點(diǎn)。
(2) 橫向變形橫向變形是指管坯在各成型機(jī)架中的橫斷面彎曲變形，即由成型孔型所產(chǎn)生的變形。管坯在各特定孔型機(jī)架中進(jìn)行橫向彎曲變形的問題是軋輥孔型設(shè)計(jì)的問題。
(3) 斷面變形 斷面變形是指成型以后（實(shí)際上還包括定徑矯直以后）鋼管的壁厚與板坯的厚度比較發(fā)生的變化。斷面壁厚的變化在成型較厚壁鋼管時(shí)不太明顯。薄壁管成型時(shí)，一方面管壁厚度比板坯厚度發(fā)生輕微的增厚，一方面同一斷面的管壁厚度呈有規(guī)律的、不均勻的分布。邊緣部分的壁厚小于管底部分的壁厚，這是由于邊緣延伸的結(jié)果。由于斷面變形量很小，對(duì)質(zhì)量沒有大的影響，所以可忽略不計(jì)。一般不做重點(diǎn)研究。
成型好的管坯，相對(duì)于平的帶鋼來說，僅在垂直于帶鋼和管子中心線的平面上產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)帶鋼成型為管子后伸長(zhǎng)的帶鋼邊緣，還應(yīng)當(dāng)恢復(fù)到與帶鋼中部同樣的長(zhǎng)度。這就涉及到邊緣延伸及回彈這兩個(gè)問題。
(4) 邊緣延伸及回彈實(shí)際成型中帶鋼的變形要比上述情況復(fù)雜得多，在一般的輥式連續(xù)成型過程中，帶鋼實(shí)際上是分段成型的，即所謂階梯成型。階梯成型中帶鋼邊部會(huì)產(chǎn)生波
形，如圖5-6所示。這種情況，必然引起帶鋼局部應(yīng)力的增高。
進(jìn)一步研究任意兩相鄰機(jī)架之間的帶鋼變形，可將其變形過程分為4段（見圖5-7）：帶鋼與成型輥表面的接觸段1；非接觸變形段2；不變形段3；彈性恢復(fù)段4。帶鋼邊緣在
非接觸變形段受到拉伸，此拉伸在帶鋼與成型輥表面的接觸段中得以降低。成型機(jī)架后面有一段帶鋼的彈性恢復(fù)區(qū)，在這里，已經(jīng)拉長(zhǎng)的帶鋼纖維有明顯的收縮。在彈性恢復(fù)段和非接觸段之間有一段帶鋼不發(fā)生變形的區(qū)段。在這段，帶鋼邊緣平行于成型機(jī)的軸線移動(dòng)。
帶鋼的上述變形過程在每一對(duì)相鄰礬架之間重復(fù)進(jìn)行，但是每個(gè)機(jī)架間的邊緣伸長(zhǎng)量并不相同。顯然在成型過程中帶鋼邊緣的任一點(diǎn)，相對(duì)于成型中心線在距離、高度上不斷地改變著位置，在成型過程中所產(chǎn)生的縱向應(yīng)力，其方向和大小也在經(jīng)常變化。從帶鋼單元體的應(yīng)力狀態(tài)來看，它不僅有縱向的拉應(yīng)力，而且存在切向應(yīng)力。一系列研究表明，在很多情況下，帶鋼的邊緣相對(duì)變形明顯地超過了相應(yīng)的彈性范圍。
經(jīng)過多年的研究及實(shí)踐，可以得到以下結(jié)論。
① 邊緣伸長(zhǎng)率與成型機(jī)架的變形量成正比，即變形量越大則邊緣伸長(zhǎng)也越大。在變形量相同的情況下，隨著機(jī)架數(shù)的增多和下成型輥底徑的增大，邊緣伸長(zhǎng)量減小。
② 當(dāng)成型機(jī)孔型相同時(shí)，采用帶鋼中心線下傾的所謂下山成型法與帶鋼中心線保持水平不變的成型方法相比較，其邊緣延伸要小得多。
③ 成型方式的不同對(duì)帶鋼邊緣伸長(zhǎng)有不同的影響，如采用單半徑孔型系統(tǒng)，帶鋼邊緣最大伸長(zhǎng)量為2.1%；如采用邊緣彎曲成型法，帶鋼邊緣最大伸長(zhǎng)量為1.9%。這是因?yàn)椴?br />
同成型法帶鋼邊緣所經(jīng)過的軌跡不同。
帶鋼的邊緣伸長(zhǎng)在初成型段表現(xiàn)得特別顯著，而到閉孔型精成型段由于受到帶鋼自身幾何形狀的約束，不但屬于彈性范圍的伸長(zhǎng)要完全恢復(fù)，而且在壓應(yīng)力的作用下已經(jīng)產(chǎn)生的塑性伸長(zhǎng)會(huì)使邊緣產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。輕微的邊緣受壓彎曲可以通過帶導(dǎo)向環(huán)的封閉孔型成型輥進(jìn)行矯正，使對(duì)接的兩邊緣平直而不會(huì)影響管坯的焊接。但是，當(dāng)這種塑性變形達(dá)到相當(dāng)數(shù)值后，封閉孔型的成型輥將不能完全消除彎曲，從而在帶鋼的邊緣形成鼓包。這種鼓包進(jìn)入到焊頭時(shí)，既會(huì)造成焊接電極損傷，又會(huì)影響焊接質(zhì)量。同時(shí)，鼓包也使焊縫產(chǎn)生折疊缺陷。
為了不使帶鋼邊緣伸長(zhǎng)過大，影響成型、焊接質(zhì)量，主要采取以下三個(gè)方面的措施。
① 采用下山成型法。下山成型法是一種盡量減小帶鋼邊緣相對(duì)中部延伸差的成型方法。通過依次降低初成型段各下輥高度的辦法，使帶鋼的遞送高度傾斜，從而達(dá)到帶鋼邊緣的軌跡長(zhǎng)度縮短、減小邊緣伸長(zhǎng)的目的。
② 采用邊緣成型法。邊緣成型法的帶鋼邊緣運(yùn)動(dòng)軌跡較短，因此相應(yīng)的邊緣伸長(zhǎng)也小。
③ 采用自然成型法。采用排輥成型的自然成型過程，相對(duì)一般成型機(jī)的階梯式成型過程而言，也可以限制邊緣伸長(zhǎng)。
(5) 回彈當(dāng)帶鋼離開成型輥軋制以后，在彈復(fù)力的作用下要產(chǎn)生彈性恢復(fù)，這種恢復(fù)趨勢(shì)叫做回彈或回跳?；貜棔?huì)使剛成型的曲率發(fā)生一定的變化。
回彈是有害的，最主要的危害是使帶鋼邊緣成型不好；其次，當(dāng)其處于焊接位置時(shí)，形狀不好的邊緣與電極的相對(duì)位置（焊接參數(shù)）發(fā)生變化，使焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定；此外，回彈還會(huì)加快成型輥和焊腳的磨損，使焊管表面易于產(chǎn)生劃傷。為了防止上述情況的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)正確估計(jì)彈復(fù)量并在成型過程中按此量給帶鋼一個(gè)附加變形量，以補(bǔ)償變形后帶鋼的回彈；生產(chǎn)當(dāng)中可采用多種辦法來解決由于回彈引起的問題，如采用邊緣成型法、增大成型機(jī)架的剛度、增大封閉孔壓下量等。另外排輥成型不但能限制邊緣延伸，而且還可防止水平成型輥后的帶鋼回彈。
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