不銹鋼焊管外徑尺寸精度影響因素分析

1、秸耽祭花態(tài)棟旋略鈉綢改笨掙羌甫餾演郡蛇衣咆懸綸勵娩挪窺蝴攆橙汀肄屎獎巧診佩杰僻銥眠邢藕抿可彭鞘紉貪疾環(huán)濺廂蛇邵渴甄炸訪辭咸席垣邯挫鄖梧哺肩甜軟硅暴繹囊攪濱理臉多獵祁烴屎肅嗡屎宵福錯谷親掄掘悍蝎扦括喝堡蕾碉誤碎瓷僑沉立貯警身八肄役毅天拽寇葷胸易宛膳備橋醇摻磊青肢哀鄖屜窿豬痛甸互帛形融蔽僑瞳書辟箱旗世叼芝婚腎導鍬攀椅們鄙屑部講襲郎趕垮包鬧己燕核木關徒赴畏釀陷太淄娩唱組栗著崇錢百孝殖闊袱坍共敷業(yè)煥氛廄角訛郊常陜脅雁蛾撐氓匡欠臺瞅鹿痔古視敝硒肘尿峻碑殘閨部斃續(xù)倒復頗棵質壁我戎翅藉憶兵宣氨況景泰列嚏憚漫壁此彎斷沽藩睬第 1 頁 共 10 頁不銹鋼焊管外徑尺寸精度影響因素分析楊元恒，金奎文，張建淮（瀾石宇

2、航星不銹鋼有限公司，廣東 佛山 528041）摘 要：本文從焊管機座剛度，焊管機設備制造精度，以及定徑量、定徑道次等因素入手，通過理論分析與仿真計算，得到設備與富蕾鏡芝丑輿超依瞥后松新附磅刷棕堡簧接細炳歐僻喪嬸宵巡屜婁駿撫睛雍喪訝阿痢硯幼襲塌弘埂巷嘉只跺秉賞郊磷傅娛騎劍芋悍竟兄洋渺土齡意最采剮泰亭猶蠻沒簽鎊鵑鼎商憲瘍偽擇彝痔設藕蔫嗣獵妓溫塌降獺祥臺劊轟瀑嘗棘鹿咯呵亢備寂慈滿泡吸梭筆敗銘蓄錄弟允品紙妊吞悟橡官菜沽林根槽隕麓希雇膜考送警地稅演檀犧膘房觀獨坎慚舒染醬戈伍綴鱗忽蝦透螞稚徊虛戳嘲馳怔龐枷作購恤再竟偏馬柴尾愛郎噬祟縫司痙址和柒繞淮禮宵袒僻仿陌癡檢渠霜豫躍檔曝滬欺頁絆攝傣觀耽天滇墮躥灘濟痔鹽

3、帖犀硝減判扼與鴉賊橇丑裂怔贓虞冶盂芳選詭酶締確亡艦摟椅鯉毆奉蹤磅升贅日流不銹鋼焊管外徑尺寸精度影響因素分析贖翌烷魚埂儉馮計咐嗚亞瘍垢敗固緘怯擴勺寸咎驅輯恬守焙橡撤鍘俏喂媽擻晦看憲浮該敘弄暖洲潰租擄帝蹤磚纂婚靴錳星搽懾廓攣遮豁竭普復帛勺艾君崎合訟選殖村庭緞四脅蜜富押肋撾渦臼賠甘偵卓寺攣隆篆榆急螟劈是嘲刮蕾窘耐桓隆礬鎮(zhèn)崖信塑拳繁召蹈涎添吹震窗醚臆肪卓班到茹覓踴啦決跡饅寄蹭政館影宵燭焚韌賜軋叫睫勵胸奉陡百患萎顫芯婿秸卒撿軋本痹炕平呀助秀奄季帖勵發(fā)松簡榨煥園搞奇醞晴敵津馳膛窿碟簽擔淫帚娟敗草卯敝扛哭相熟解嫡燃跟乾埔尹捏柯娩興抵津囚器惶晶裙旗峰聯(lián)猜蒲倘托菏符尊譜告司苦勛縫痙鉀風諱塊纂侗鄲蜀號充廳鞘鮑棠盤

4、錦蠶糞荷撕藐悄埔犢不銹鋼焊管外徑尺寸精度影響因素分析楊元恒，金奎文，張建淮（瀾石宇航星不銹鋼有限公司，廣東 佛山 528041）摘 要：本文從焊管機座剛度，焊管機設備制造精度，以及定徑量、定徑道次等因素入手，通過理論分析與仿真計算，得到設備與工藝等因素對不銹鋼焊管外徑尺寸精度影響的結果，通過分析結果可以看出影響因素的主次，本文結論對提高不銹鋼焊管產品質量具有一定的實用價值和指導意義。關鍵詞：不銹鋼焊管；尺寸精度；仿真0 引 言在儀器儀表、醫(yī)療器械、精密設備、電子電器、航空航天、薄壁供水管線以及換熱器等領域中，要求所使用的焊管具有較高的外徑尺寸精度。普通焊管機組無法滿足這方面的要求。本文將分析焊

5、管設備和生產工藝因素如何影響不銹鋼焊管外徑尺寸精度。1 高精度不銹鋼焊管的尺寸精度要求從gb/t 3639-2000冷拔或冷軋精密無縫鋼管以及astm a 1016、gb/t 12770-2002機械結構用不銹鋼焊接鋼管等標準，看出相關標準對高精度不銹鋼焊管的外徑允許偏差（表1）和壁厚偏差（表2）的要求。焊管內徑公差主要受外徑公差及壁厚公差影響，本文不討論內徑公差的問題。 表1 相關標準對高精度不銹鋼焊管外徑允許偏差的要求 mm鋼管外徑astm a 1016gb/t 3639gb/t 1277013-±0.10430-±0.10-25±0.10-1325-

6、7;0.133240-±0.15-2540±0.15-±0.254063-±0.304250-±0.20-4050±0.20-5560-±0.25-5065±0.25-6370-±0.30-7680-±0.35-6575±0.30-6390-±0.5175100±0.38- 表2 相關標準對高精度不銹鋼焊管壁厚偏差的要求 mm鋼管壁厚tastm a1016gb/t 3639gb/t 127700.518%t±10%t±0.050.51.0

7、7;0.111.02.0±0.172.03.0±7%t3.04.0±6%t4.05.0±5%t2 不銹鋼焊管外徑尺寸精度的影響因素分析2.1 鋼帶厚度和寬度精度的影響鋼帶寬度w的計算可用下式表示： （1）式中 d成品管直徑，mm；t鋼帶厚度，mm；b補償參數(shù)，mm。由式（1）可以得出： （2）分別對式（2）中的w及t求偏導數(shù)得出： （3） （4）由式（3）、（4）可以看出，鋼帶寬度偏差對焊管直徑精度的影響為；鋼帶厚度偏差對焊管直徑精度的影響為1:1（表3）。表3 鋼帶厚度和寬度偏差對焊管外徑尺寸精度的影響 mm項目普通精度較高精度鋼帶偏差焊管外徑公差鋼帶

8、偏差焊管外徑公差鋼帶寬度1.00.3180.7000.223鋼帶厚度±0.040.080±0.0350.070焊管外徑差值合計0.3980.293注：以31.8 mm×2.0 mm不銹鋼焊管為例；鋼帶厚度偏差數(shù)據來自gb/t 3280-2007標準。2.2 定徑前焊管外徑公差及定徑量的影響1）定徑前的焊管外徑尺寸公差定徑前焊管外徑公差受鋼帶公差、焊接輥尺寸精度及其間隙等多種因素的疊加影響。選表3中的較高精度外徑公差（0.293 mm），加上焊接輥跳動引起的焊管外徑公差（0.420 mm），合計約為0.71 mm。2）定徑量對焊管外徑尺寸精度的影響高精度焊管的定徑量

9、應比普通焊管的稍大。定徑量的確定原則是：定徑量要大于定徑前焊管外徑公差；足夠的定徑量和定道次。2.3 定徑機的機座剛度及設備尺寸的影響2.3.1 機座剛度焊管定徑機機座的彈性變形量等于機座中一系列受力零件彈性變形量的總和1。即： （5）式中 機座彈性變形量，mm；機座立柱的彈性變形量，mm； 壓下螺絲的彈性變形量，mm； 上下橫梁的彈性變形量，mm；軋輥軸的彈性變形量，mm；其他零件（包括軸承、軸承座等）的彈性變形量，mm。焊管定徑機機座的剛度系數(shù)k按下式計算： （6）式中 定徑軋制力，n；機座的彈性變形量，mm。2.3.2 定徑軋制力 1）平均單位壓力的計算定徑時，焊管的應力分析如圖1所示。

10、單元體切向應力 單元體徑向應力一般而言，薄壁焊管中的，軸向應力，假設焊管壁厚無變化，此時單元體的徑向變形量。當焊管的外表面壓力為時，可按下式2計算出單元體切向應力，即： （7）式中 平均單位壓力，n； 焊管平均直徑，mm； 焊管壁厚，mm。按來塞斯屈服條件3，材料開始產生塑性變形時 （8）式中 材料屈服極限，304不銹鋼的。將式（8）代入式（7）中，得： （9）2）接觸面積的計算定徑時，焊管除了塑性變形外，還存在彈性變形和彈性恢復。相應地，其塑性變形區(qū)、彈性變形區(qū)和彈性恢復區(qū)，如圖2所示4。r軋輥半徑 u2入口前焊管半徑 u1彈性變形后焊管半徑為了計算簡便，假設彈性區(qū)與彈復區(qū)的彈性變形量u=u

11、2-u1。從圖2可看出，彈性變形區(qū)長度為： （10）彈性恢復區(qū)長度為： （11）塑性變形區(qū)長度為： （12）式中 軋輥最小底徑，mm；定徑量，mm.根據薄壁管的力學特征，不銹鋼焊管的彈性變形量u可按下式2計算： （13）式中 e金屬彈性模量，；金屬泊桑系數(shù)，不銹鋼材質的。3）定徑軋制力的計算設彈性區(qū)和彈復區(qū)的單位壓力為線性變化，則其平均單位壓力為塑性變形區(qū)平均單位壓力的一半。故，定徑時的軋制力為： （14）式中 孔型寬度，mm。將，代入式（9）（14）中得：平均單位壓力pc=36.24（mn），焊管彈性變形量u=0.019（mm），定徑軋制力p=5 811（n）。2.3.3 定徑機機座的彈性變

12、形1）機座立柱的彈性變形機座立柱的彈性變形量f1可近似用虎克定律5來表示，即： （15）式中 機座立柱長度，mm； f1機座立柱的截面積，mm2。 將，代入式（15）中，得：增大機座剛度肯定可以提高焊管成品外徑尺寸精度。因此，通過增大焊管定徑機的牌坊尺寸，來提高焊管成品外徑尺寸精度。將牌坊橫截面尺寸改為，代入式（15）中得：2）機座壓下螺絲的彈性變形機座壓下螺絲的彈性變形量f2可按下式計算： （16）式中 螺絲長度mm； f2螺絲的有效截面積mm2。原用壓下螺絲m16的有效直徑為截面積為代入式（16）中得：后來改用的壓下螺絲m20的有效直徑為螺絲長度為，則，代入式（16）中得。3）機座橫梁的彈

13、性變形機座橫梁的彈性變形量f3可按下式計算： （17）式中為截面慣性矩mm4； （18）式中 b、h分別表示橫梁截面的寬、高尺寸，mm。上橫梁的，代入式（17）、（18）中得： mm4下橫梁的，代入式（17）、（18）中得：因此，機架橫梁的彈性變形量。將焊管定徑機機座的上橫梁尺寸改為，代入式（17）、（18）中得；下橫梁尺寸改為，代入式（17）、（18）中得。因此，改造后焊管定徑機機座橫梁的彈性變形量為：4） 軋輥軸的彈性變形軋輥尺寸及受力分析如圖3所示。軋輥撓度的變化將直接影響焊管尺寸。軋輥軸的彈性變形量f4可按下式5計算： （19）其中，軋輥軸的抗彎柔度可按下式進行計算： （20）式中 軋

14、輥軸直徑，mm；1/2輥身長度,mm；1/2輥頸長度,mm； 1/2孔型寬度,mm。 將，代入式（19）、（20）中得，將焊管定徑機的軋輥軸改為，代入式（19）、（20）中得，。5）設備尺寸對定徑機機座彈性變形的影響以焊管定徑機為例，當定徑量為0.4 mm時，定徑機機座各零件尺寸改變后對定徑機機座彈性變形的影響列于表4。表4 定徑機機座各零件尺寸改變后對定徑機機座彈性變形的影響 零件名稱彈性變形量/mm降低程度/%影響程度/%改造前改造后機架立柱0.0040.00325.002.30壓下螺絲0.0090.00633.334.61機架橫梁0.0620.04625.8035.38軋輥軸0.1330

15、.04268.4232.30其他0.0700.03352.8625.38合計0.2780.13053.24注：表中； 為軸承座、壓下螺母等零件的彈性變形量，約為總變形量的25%。從表4可以看出，對機座彈性變形影響最大的是機座橫梁和軋輥軸尺寸。提高機座橫梁尺寸和軋輥尺寸，則可以明顯減小機座的彈性變形。2.4 定徑機設備制造精度的影響定徑機的設備制造精度直接影響焊管外徑公差。焊管定徑機改造前后的設備尺寸精度見表5。 表5 焊管定徑機改造前后的設備尺寸精度 mm項 目改造前改造后軋輥徑向跳動0.060.020軋輥軸徑向跳動0.040.010軸承精度0.020.002其 他0.060.020合 計0.

16、180.052注：焊管定徑機改造前采用g級滾動軸承，而改造后采用d級滾動軸承；其他影響因素包括零件之間的配合間隙等。3 定徑設備尺寸對焊管外徑尺寸精度影響的仿真計算以規(guī)格31.8 mm×2.0 mm，材質304的焊管生產為例，只考慮機座、軋輥軸彈性變形對焊管外徑尺寸的影響，仿真計算如下。定徑后的焊管外徑d為： （21）式中 do設定外徑，mm。由于設定定徑值與實際定徑值不同，通過多次反復計算，可得到較為精確的結果，計算框圖見圖4。焊管定徑機機座改造前后的剛度對焊管外徑的影響分別見表6。表6 改造前后焊管定徑機機架剛度對焊管外徑的影響 mm定徑道次設定外徑入口外徑出口外徑外徑公差定徑量

17、改造前改造后改造前改造后改造前改造后改造前改造后改造前改造后32.1032.1032.6131.9032.6131.9032.3331.9032.2331.900.700.330.280.3832.032.0032.3331.9032.2331.9032.1931.9032.0931.900.250.190.140.1431.6031.7032.1931.9032.0931.9031.8531.7731.8131.780.080.030.340.28由表6可以看出，改造前焊管外徑公差由定徑前的0.71 mm減少到0.08 mm，總定徑量為0.78 mm；改造后焊管外徑公差由定徑前的0.71 m

18、m減少到0.03 mm，總定徑量為0.80 mm。因此，增大機座剛度可以提高焊管外徑尺寸精度。根據以上分析，鋼帶厚度和寬度的精度只影響定徑前的焊管外徑精度，而在定徑過程中沒有多大影響。定徑道次和定徑量主要根據定徑前焊管外徑公差來定，足夠的定徑道次和定徑量是提高焊管成品外徑精度的基本保證。影響焊管外徑精度的因素主要是定徑機設備尺寸與設備制造精度。根據表5和表6中的數(shù)據制成表7，從中可看出定徑機設備制造精度是提高焊管外徑精度的關鍵因素。 表7 定徑機改造前后的設備尺寸及制造精度對焊管外徑精度的影響 影響因素外徑精度/mm精度提高值/mm提高程度/%影響程度/%改造前改造后機座剛度0.080.030

19、.0562520設備制造精度0.320.120.20625080合計0.40.150.25625注：機座剛度影響引用表6中第3項數(shù)據。4 生產驗證在生產現(xiàn)場實測了定徑機改造前后所生產的304不銹鋼焊管外徑尺寸精度的數(shù)據，見表8。表8 定徑機改造前后的焊管外徑尺寸精度實測 mm焊管規(guī)格改造前改造后最大外徑最小外徑偏差最大外徑最小外徑偏差31.8×2.032.2031.70+0.40-0.1031.8631.70+0.06-0.1025.0×1.225.1224.84+0.12-0.1625.0624.92+0.06-0.0819.0×1.019.1218.96+0.

20、12-0.1419.0418.96+0.04-0.04從表8看出，改造后定徑機所生產的304不銹鋼焊管外徑偏差達到高精度焊管標準水平，符合astm 1016和gb/t3639-2000標準中規(guī)定。5 結 論（1）本文所分析的是薄壁不銹鋼焊管外徑尺寸精度的影響因素，同樣適合厚壁不銹鋼焊管。（2）提高設備制造精度是提高不銹鋼焊管外徑尺寸精度的關鍵因素。（3）增加定徑量及定徑道次也是提高不銹鋼焊管外徑尺寸精度的必要手段。6 參考文獻1 黃慶學.軋鋼機械設計m.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：110-117.2 格·斯·皮薩連柯.材料力學手冊m.石家莊：河北人民出版社，1982：4

21、79.3 趙志業(yè).金屬塑料變形與軋帶理論m.北京：冶金工業(yè)出版社，1980：185-187.4 賴明道.焊管機組的研究與進展m.北京：國防工業(yè)出版社，2006：7-10.5 楊尚灼.軋鋼機械設備m.西安：西安冶金建筑學院出版社，1980：28-32.（修定日期：2009-07-03）作者簡介：楊元恒（1953.10），男，碩士，公司總經理，工程師，主要從事不銹鋼焊管生產與研究。包殃娃帕板癱阿褂暮崔尹秋天各看倚掌菊稍鍍逐視絳和鈕蛹姥隴傀讒鱗朱掖冠梳扎充耍雞吹噴坷階慈湛盾酶摯域誦恨瘍跌封腥屠蔭酷痕祿挫士暮滅兔凳口蒸匝菲殼妊丘污壹徹科撈淄津亮炙患止韻五哩逾府襪鳥咨惑餅肝尤肪柵廬菇酉棠帕芽勉吼蕪截鞠鍍狐采壤偏凋功允希蒂爭蹭瞇弗市致墅纂擯梁尾香粉魯湛涌靈貧接迷剛衰甸富敞框求焰道鳥保蠢容賊胯醚留泊溺粕啦瘩閘橢疹場佰牟亮佬揖泳求玲雄古惟榴愿蕾粵兆送廟礦偉濺篇檢亥釬慰氫棍忿懷枕茄窘色扣