PQF 三輥連軋管機輥縫調整

盧立鋒，王慶偉

（天津鋼管制造有限公司，天津 300301）

PQF 三輥連軋管機的孔型一般都是按該孔型所軋制使用最大直徑芯棒的名義壁厚進行設計的［1-2］。用同一孔型軋制不同壁厚的規格時，需要使用與此相適應的芯棒。生產中，若沒有與鋼管壁厚相對應的芯棒時，則采用與之最接近的芯棒來替代，并輔以適當的輥縫調整來滿足所要求的鋼管壁厚［3-4］。

三輥連軋管機成品孔型通常采用帶圓弧側壁的圓孔型，其孔型槽底圓弧半徑R1的圓心在坐標原點上，三輥連軋管機孔型形狀如圖1 所示。將成品孔型的前一架孔型稱為成品前孔型，為了使三輥連軋管機所軋制鋼管的壁厚更為均勻，一般將成品前孔型和成品孔型設計成形狀和尺寸相同的孔型。使用這種孔型軋制鋼管時，因前后機架的軋輥呈60°交替分布，所以成品前孔型的槽底和輥縫處的管壁在成品孔型中分別為輥縫和槽底，且在30°處成品前孔型和成品孔型交疊，形成在整個圓周上的等壁厚，因而從成品孔型出來的鋼管壁厚分布是均勻的，其值等于成品孔型高與芯棒直徑（熱態芯棒直徑）之差的一半。

對于PQF 三輥連軋管機輥縫的調整，基本上是參照末架孔型的平均等效壁厚［5-7］。平均等效壁厚是理想壁厚，它是在芯棒直徑上形成的具有均勻厚度的環形截面。參照此平均等效壁厚進行軋機調整，軋輥孔型可以調整至名義規格，也可以調整至比名義規格大一些或小一些的規格（簡稱為大規格調整或小規格調整），這取決于平均等效壁厚的大小。

圖1 三輥連軋管機孔型形狀示意

圖2 小規格調整時鋼管壁厚沿橫斷面上的分布示意

圖3 小規格調整時鋼管斷面壁厚曲線

按孔型名義規格進行調整時，芯棒直徑上形成的平均等效壁厚的環形截面的輪廓應與軋輥孔型形狀吻合?？仔兔x規格下平均等效壁厚產生的最大偏差值，使得一種給定的芯棒可以軋制出一定壁厚范圍的鋼管，這就取決于鋼管橫斷面的最大允許壁厚公差。用同一種芯棒軋制不同壁厚的鋼管，其規格壁厚附加公差應限制在3.5%以內。

1 軋輥孔型的小規格調整

1.1 平均等效壁厚的計算

當孔型直徑調整的比名義孔型直徑小，稱為小規格調整。小規格調整時，輥縫調整量Y 為負值（計算時取絕對值），實際的孔型高度變小，相當于孔型產生了偏心，因而此時孔型槽底處的管壁最薄，而兩側的管壁逐漸變厚。由于軋輥孔型弧線與芯棒表面之間的間隙從槽底向輥縫處逐漸變大，因而成品前孔型槽底處的管壁在進入成品孔型輥縫處后，其壁厚仍保持不變，所以從成品孔型軋出的鋼管，其壁厚沿橫斷面上的分布如圖2 所示，槽底處和輥縫處最薄，在60°處最厚。

根據小規格調整時鋼管斷面壁厚曲線（圖3）可知：曲線CD 為頂點在C 點并通過點D 的拋物線，其方程式為y=ax2。設AB=1，a=DE=Smax-Smin，在B 和A 區間，即在0 和1 之間對y 積分，即得到此值為與DEC 面積具有相同底邊AB 的等效三角形的高［8-9］。因此，平均等效壁厚Smean為：

又因Smin=Snom-Y，Smax=Snom-Ysin30°=Snom-0.5Y，故公式（1）可轉化為：

在公式（2）中，Snom、Y 已知。

1.2 輥縫調整量的計算

將Smin、Smax和Smean的計算公式代入小規格調整產生的壁厚附加公差Δ的公式中，可得小規格調整下的輥縫調整量Y?。?/p>

2 軋輥孔型的大規格調整

2.1 平均等效壁厚的計算

孔型直徑調整的比名義孔型直徑大時，稱為大規格調整。大規格調整時，輥縫調整量Y 為正值，實際的孔型高度變大。此時軋輥孔型弧線與芯棒表面間的間隙，在成品前孔型槽底處最大（90°方向），向兩側逐漸變小，到成品孔型槽底處最?。?0°方向），如圖4 所示。

圖4 大規格調整時鋼管壁厚沿橫斷面上的分布示意

成品前孔型槽底處的管壁進入成品孔型輥縫處后，在90°至60°范圍內未受到成品孔型軋輥的壓縮，但在60°至30°范圍受到成品孔型軋輥的壓縮［10-11］。從圖4 中可以看出，90°處鋼管壁厚S90=Snom+Y，S60=Snom+Ysin60°=Snom+0.866Y，S30=Snom+Ysin30°=Snom+0.5Y。

從圖4 所示的軋輥弧形曲線可以看出，如果在成品前孔型及成品孔型上的輥縫調整量以Y 來表示，則所軋制的鋼管的幾何尺寸可以分為兩種不同的情況：①從90°至60°的管子的壁厚由成品前孔型頂部決定；②從60°至30°的管子的壁厚由成品孔型頂部決定。

為了確定平均等效壁厚，仍按小規格調整斷面的方法進行，大規格調整時鋼管斷面壁厚曲線如圖5 所示，若將調整斷面所形成的曲線看作拋物弧線，則對相應曲線積分后得到的值為與面積BCD、CEF 具有相同底邊的等效三角形的高。

圖5 大規格調整時鋼管斷面壁厚曲線

對于90°至60°弧線段，Smin=Snom+Ysin60°，Smax=Snom+Y；因此，大規格調整時90°至60°弧線段的平均等效壁厚Smean1為：

對于60°至30°弧線段，Smin=Snom+Ysin30°，Smax=Snom+Ysin60°；因此，大規格調整時60°至30°弧線段的平均等效壁厚Smean2為：

將公式（5）~（6）代入Smean=（30Smean1+30Smean2）/60，可得圖5 所示斷面的平均等效壁厚Smean為：

2.2 輥縫調整量的計算

將Smin，Smax和Smean的計算公式代入大規格調整產生的壁厚附加公差Δ 的計算公式中，可得大規格調整下的輥縫調整量Y大：

3 芯棒所對應鋼管壁厚范圍的求解

在小規格調整時，輥縫調整量Y小為鋼管壁厚范圍的下限；在大規格調整時，輥縫調整量Y大為鋼管壁厚范圍的上限。因而，在已知壁厚附加公差Δ的情況下，綜合小、大規格調整的輥縫調整量Y小、Y大，可得到某一芯棒在輥縫調整時所能軋制的鋼管壁厚范圍，即Snom-Y小≤S≤Snom+Y大。

因而，在給定壁厚附加公差Δ 的條件下，可以求出已知芯棒所對應的鋼管壁厚范圍。

4 探討與結論

在PQF 連軋管機中，通過輥縫調整可有效增加在同一芯棒規格下的鋼管壁厚軋制范圍，大大降低芯棒規格的儲備量，有效地降低成本，但通過分析探論可知，輥縫的調整造成了鋼管橫向壁厚的不均勻性，嚴重影響了鋼管壁厚精度，因而在實際生產過程中，連軋管機組應根據產品的壁厚標準和客戶要求，適當進行取舍，以滿足市場需求和經濟價值。

輥縫調整對孔型壁厚的影響見表1，列舉了Φ 460 mm PQF 連軋管機294 mm 和369 mm 孔型中某一特定芯棒直徑所對應的名義壁厚，在設定附加公差為3.5%時，輥縫調整對孔型壁厚的影響。

分析表1 所列出的數據，在PQF 三輥連軋管機輥縫調整中，在給定芯棒規格和設定壁厚附加公差的條件下，得出以下結論：①調節輥縫將伴隨產生鋼管壁厚的橫向不均，降低鋼管壁厚精度；②無論是小規格調整還是大規格調整，輥縫調節量越大，則鋼管壁厚的不均性越嚴重；③鋼管壁厚越薄，輥縫調節量對壁厚不均性的影響越明顯；④在小規格調整的量和大規格調整的量相同的條件下，大規格調整產生的壁厚不均性更大；⑤壁厚附加公差隨輥縫的調整量變化，且趨勢一致。

表1 輥縫調整對孔型壁厚的影響

5 結 語

通過對PQF 三輥連軋管機小規格和大規格輥縫調整的分析，在PQF 連軋管機組中，各孔型系列在選配相應的芯棒系列時，應根據產品大綱的產品規格和產品標準所要求的附加公差值，適時選定芯棒系列的跨度，尤其是針對薄壁管的產品時，為了獲得良好的壁厚精度，應盡量減小芯棒系列的組距。