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螺旋鋼管生產(chǎn)形成孔腔的原因是什么？

  螺旋鋼管斜軋時(shí)軋件由于做螺旋運(yùn)動(dòng)，軋件在變形區(qū)內(nèi)被反復(fù)碾壓。由于應(yīng)力-變形狀態(tài)的影響，因此，軋件的中心產(chǎn)生縱向內(nèi)撕裂，這種撕裂稱(chēng)為孔腔。一定成分的金屬在一定工藝變形條件下（加工溫度、變形速度、工具設(shè)計(jì)等），管坯徑縮率達(dá)到一定臨界值E，后，便沿軸心出現(xiàn)縱向微裂紋，進(jìn)而形成孔腔。在頂頭前過(guò)早形成空腔，會(huì)造成大量?jī)?nèi)折疊缺陷，惡化螺旋鋼管表面質(zhì)量，甚至成為廢品。因此在穿孔工藝中力求避免過(guò)早形成孔腔。孔腔形成原因歸根結(jié)底是由金屬的應(yīng)力狀態(tài)決定的。

螺旋鋼管生產(chǎn)形成孔腔的原因是什么？

實(shí)際形成孔腔的原因有二：

  （1）“外端”的影響。大量試驗(yàn)研究表明圓坯橫鍛的一次徑向壓縮率在6％以下時(shí)，最大塑性變形區(qū)僅發(fā)生在與工具接觸的表面附近，軸心區(qū)變形很小，特點(diǎn)類(lèi)似雙鼓變形，一次徑縮率達(dá)到10％以上才出現(xiàn)類(lèi)似單鼓變形的特點(diǎn)，但這里的雙鼓變形是發(fā)生在一個(gè)橫截面的內(nèi)部，于劇烈變形區(qū)I、III兩側(cè)還存在著變形很小的“外端”，這樣I、II區(qū)內(nèi)金屬的橫向流動(dòng)，對(duì)兩側(cè)外端起了一種“楔入”作用，使軸心區(qū)II承受很強(qiáng)的橫向附加張應(yīng)力。

a-壓縮率在6％以下；b-壓縮率在10％以上

  （2）表層變形。螺旋鋼管斜軋條件下表層金屬的塑性變形劇烈，金屬連續(xù)不斷地沿著軸向和切向流動(dòng)，作為一個(gè)整體必然牽引著軸心區(qū)金屬不斷地流向表層，于軸心形成三向附加張應(yīng)力。這樣，螺旋鋼管斜軋實(shí)心體軸心區(qū)的工作應(yīng)力狀態(tài)，是在外力作用方向?yàn)閴簯?yīng)力，其他兩向?yàn)閺垜?yīng)力。因?yàn)閮蓚€(gè)因素在橫向引起的附加應(yīng)力同向，所以橫向張應(yīng)力的數(shù)值最高，增長(zhǎng)速度最快。螺旋鋼管斜軋條件下金屬每被軋輥加工一次后完全恢復(fù)再結(jié)晶是不可能的，故上述的附加應(yīng)力都將部分地以殘余應(yīng)力形式保留下來(lái)，并隨反復(fù)加工次數(shù)的增加而積累增大。不管軋件如何轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)應(yīng)力場(chǎng)在軸心區(qū)的基本相位是不變的。于是當(dāng)工作應(yīng)力狀態(tài)發(fā)展到一定極限值后，相對(duì)主應(yīng)力約45°的最大切應(yīng)力方向上便開(kāi)始產(chǎn)生切變形。經(jīng)多次反復(fù)，由于加工硬化和晶體內(nèi)部缺陷的存在，這些部分便在最大橫向張應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋，逐漸發(fā)展成軸心疏松區(qū)，形成孔腔。

  關(guān)于螺旋鋼管斜軋時(shí)孔腔的形成機(jī)理解釋很多。一般認(rèn)為孔腔的形成是由于軋件受到了交變的剪切應(yīng)力和橫向拉應(yīng)力所致。螺旋鋼管斜軋時(shí)軋件做螺旋運(yùn)動(dòng)，軋件在旋轉(zhuǎn)加工時(shí)，中心部分受到交變的切應(yīng)力和橫向拉應(yīng)力。切應(yīng)力使金屬產(chǎn)生滑移而形成微裂，拉應(yīng)力使微裂擴(kuò)展而形成宏觀(guān)的裂紋，這些裂紋擴(kuò)大和連接而成孔腔。