国外穿孔机用复合顶头生产概述
穿孔机——bwxlxl
穿孔部分1.穿孔的发展过程是什么?今天在无缝钢管生产过程中,穿孔工艺被广泛应用而且是非常经济的。
1886年德国的曼内斯曼兄弟申请了用斜辊穿孔机生产管状断面产品的专利。
专利中描述了金属变形时内部力的作用和使用两个或多个呈锥形的轧辊进行穿孔，因此被称作曼内斯曼穿孔过程。
由R.C 斯蒂菲尔发明的导板使得穿孔后的毛管长度得到增加。
后来S.狄舍尔发明了导盘，使穿孔效率得到更大提高。
在1981年出现了双支撑的锥形辊穿孔机（单支撑的锥形辊穿孔机由R.C 斯蒂菲尔发明于1899年发明），它比以前的穿孔机在金属的变形上有明显的改进。
德国和美国在20世纪上半叶将穿孔进行了很大改进，后半叶德国、俄罗斯和日本又将穿孔机向前推进了一步，近一段时间中国也取得了很大成绩。
当今无缝钢管生产中穿孔工艺更加合理和穿孔过程实现了自动化。
常见的穿孔机有锥形辊穿孔机和桶形辊穿孔机。
2.穿孔工序在现代钢管生产中的作用?在无缝钢管生产中,穿孔工序的作用是将实心的管坯穿成空心的毛管。
整个生产过程一般包括穿孔、轧管和定减径工序。
穿孔作为金属变形的第一道工序，穿出的管子壁厚较厚、长度较短、内外表面质量较差，因此叫做毛管。
如果在毛管上存在一些缺陷，经过后面的工序也很难消除或减轻。
所以在现代钢管生产中穿孔工序的起着重要作用。
3.管坯穿孔的方式有几种?管坯的穿孔方式有压力穿孔，推轧穿孔和斜轧穿孔。
（1）压力穿孔压力穿孔是在压力机上穿孔，这种穿孔方式所用的原料是方坯和多边形钢锭。
工作原理是首先将加热好的方坯或钢锭装入圆形模中（此圆形模带有很小的锥度），然后压力机驱动带有冲头的冲杆将管坯中心冲出一个圆孔。
这种穿孔方式变形量很小，一般中心被冲挤开的金属正好填满方坯和圆形模的间隙,从而得到几乎无延伸的圆形毛管,延伸系数最大不超过1.1。
（2）推轧穿孔推轧穿孔是在推轧穿孔机上穿孔,这种穿孔方式是压力穿孔的改进。
把固定的圆锥形模改成带圆孔型的一对轧辊。
这对轧辊由电机带动方向旋转（两个轧辊的旋转方向相反），旋转着的轧辊将管坯咬入轧辊的孔型，而固定在孔型中的冲头便将管坯中心冲出一个圆孔。
穿孔机讲义1
七、穿孔机常见缺陷及预防
2.穿孔机带来的壁厚不均 斜轧穿孔过程中，由于管坯边旋转、边前进， 在穿孔后的毛管产生螺旋状的壁厚偏差，其原 因有以下三点
1）定心定偏造成的壁厚不均 定心机常用于穿孔前的中心位确定，但由于钢 坯表面不平整，端面切斜度过大、标高的调整 等原因都会导致定心孔偏离中心。而偏心度大
三、穿孔机的分类及特点
锥形辊穿孔机、盘式穿孔机和桶形辊穿孔机三 种穿孔机的不同点包括：
1）由于辊轴的配置方位和辊形的重大差异以 及辊径的变化规律不同，不同辊形的的圆周速 度变化对轧件产生的影响差异很大。例如桶形 辊，出口锥的辊径由大到小，所以轧辊周速的 轴向分量也是逐渐降低，而轧件的速度愈向出 口愈快，
到一定的尺寸及表面光洁度。 3）出口锥。出口锥的作用是：使穿孔时
毛管并行分布均匀，并获得一定的扩径 值，穿孔结束后，促使顶头和毛管脱离， 防止刮伤，顺利的抛出毛管。
五、穿孔机原理
1 .孔腔形成理论 在斜轧穿孔时，管坯在未接触顶头前，
其中心部分由于应力的集中，金属连续 性被破坏，形成放射性的破裂。这种现 象被称为孔腔的形成。
一般情况下，顶头有以下几部分组成 ①鼻尖：其作用是对准定心孔，减少毛
管壁厚不均，同时顶头鼻尖可防止管坯 中心由于孔腔暴露氧化而造成的内折。
五、穿孔机工模具简介
②减壁锥：其作用是进行管壁的压缩， 完成主要变形。
③均壁锥：其作用是碾平管壁，轧平毛 管内表面，并使毛管沿长度方向上有较 为均匀的壁厚。
1.在斜轧穿孔时，由于两轧辊同向旋转， 使管坯获得与轧辊回转方向相反的转动， 同时又由于轧辊中心线的倾斜，因而管 坯即转动、又前进。即完成螺旋向前的 运动。
四、穿孔过程中的运动特点
复合射孔(StimGun)简介
StimGun技术（增效复合射孔）介绍一、StimGun技术（增效复合射孔）概述StimGun技术（增效复合射孔）是指利用电缆或者油管等工具将射孔枪及其外套的推进剂筒输送到井下射孔层段，射孔枪起爆后，射流引燃外套的推进剂筒，推进剂高速燃烧产生高能气体，高能气体进入射孔孔道并在射孔孔眼周围形成多径向裂缝，从而沟通了地层的天然裂缝，改善了油气流动通道。
（a）射孔弹发射（图1）外套式复合射孔器（b）推进剂燃烧（c）射孔后孔眼和裂缝情况（图2）复合射孔器工作过程StimGun技术（增效复合射孔）是利用射孔弹炸药和推进剂的燃速差来实现先射孔后压裂的，聚能射孔弹装的炸药爆速是微秒级；外套推进剂由固体氧化剂炸药制成，其爆速是毫秒级，所以一次点火，就能瞬间完成射孔和高能气体压裂。
（图3）射孔、推进剂燃烧、复合射孔、水力压裂P-T图二、StimGun技术与目前国内复合射孔技术的差别我国于20世纪80年代初开始对复合射孔技术进行研究，到目前为止，已经在一些油田进行了运用，但由于对于该技术的机理缺乏研究，以及相应的研究手段和试验手段的限制，都没有解决复合射孔技术关键的技术难题，目前国内复合射孔技术与StimGun 技术的主要差别有以下几点：1、安全性。
影响高能气体压裂效果因素包括压力上升时间、峰值压力大小、压力持续时间三个主要因素。
在进行高能气体压裂施工时，要在保证套管不受伤害的前提下，尽量提高地质效果。
国内的复合射孔技术不能根据井的具体井况和地层参数对推进剂药量以及推进剂所放位置进行优化设计，这就不能保证高能气体压裂效果最好。
容易造成装药量过大，对套管和管柱造成损伤；或者装药量过小，不能充分激发裂缝。
StimGun 技术在施工作业前，通过输入地层和井况参数，由计算机模拟计算，对下井工具进行优化。
在保证安全的同时，使得高能气体的压裂效果最好。
2、可评估性。
国内的复合射孔技术不能对影响高能气体压裂效果的压力上升时间、峰值压力大小、压力持续时间等参数进行测量和记录。
穿孔机简介
穿孔机简介1.穿孔机的分类应用比较多的穿孔机有压力穿孔机、PPM推轧穿孔机、斜轧穿孔机；其中斜轧穿孔机包括曼内斯曼穿孔机、Stiefel穿孔机、Diescher穿孔机和锥辊式穿孔机。
压力穿孔机和PPM推轧穿孔机采用的原料为连铸方坯。
穿轧过程中坯料中心处于全向压应力，消除了二辊斜轧穿孔出现的有害的拉伸剪切和滑动现象，毛管表面质量好；但此类型轧机穿孔延伸系数小，穿孔后须配备延伸机，设备投资大，在新建机组中已经很少使用。
曼内斯曼穿孔机是比较典型的二辊斜轧穿孔，采用轧制、锻造圆坯和圆锭为主要原料。
穿孔时受拉伸应力、剪切应力和连续滑动的影响，应力状态条件差，毛管表面质量差，是较老的机型。
Diescher穿孔机和Stiefel穿孔机同属斜轧机，都使用连铸圆坯作为原料。
Diescher穿孔机比Stiefel穿孔机延伸系数大，生产率高，生产成本低。
Stiefel穿孔机最大延伸率为4，而Diescher穿孔机最大延伸率达到5。
因此，Stiefel穿孔机已逐步由Diescher穿孔机所取代。
目前，全世界有Diescher穿孔机10余台。
Diescher穿孔机能在世界上得到广泛的应用，得益于它先进的生产技术。
Diescher穿孔机尽管取得了良好的生产效果，但为了进一步提高延伸率，经过多年工艺技术的研究，产生了更先进的新型锥辊式穿孔机。
新型锥辊式穿孔机采用圆坯为原料，最大延伸系数可达到6；锥形轧辊的直径沿穿孔出口方向逐渐加大，与穿孔时金属流动速度逐渐增加相一致，从而减小了作用在管坯上的周向剪切应力，减少了毛管内外表面上的缺陷，工艺性能优于Diescher穿孔机[2]，是近年新建机组首选机型。
2.不同类型穿孔机应用分析连铸坯代替轧坯或者锻坯作为原料，是降低生产成本的有效手段。
根据无缝管变形分析研究，采用连铸圆坯比方坯更能减少不均匀变形和降低工具磨损，从而降低生产成本。
采用连铸圆坯作为原料已被普遍采纳。
曼内斯曼穿孔机、压力穿孔机和PPM穿孔机由于使用原料的限制和自身生产的局限性，已不能满足降低生产成本、提高生产率和产品质量的发展要求，已逐渐被淘汰。
穿孔顶头使用寿命浅析
穿孔顶头使用寿命浅析
江健
【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2002(031)001
【摘要】分析了顶头的各种失效形式及产生的原因,提出了提高顶头使用寿命的措施.即应根据顶头的具体工作条件,制定合理的热处理工艺;采用复合处理工艺,解决好顶头单纯氧化处理热强性不高的问题等.
【总页数】4页(P35-38)
【作者】江健
【作者单位】攀钢集团成都无缝钢管有限责任公司,四川,成都,610069
【正文语种】中文
【中图分类】TG333.8
【相关文献】
1.无缝钢管穿孔顶头失效形式分析及提高使用寿命的研究进展 [J], 王斌;易丹青;吴伯涛;刘会群
2.无缝钢管穿孔机顶头使用寿命的研究现状 [J], 苑洪彬;吴立凡;王权
3.影响钼合金顶头使用寿命因素浅析 [J], 史振琦;黄晓玲;易永鹏
4.宝钢Ф140mm连轧管机组穿孔顶头提高使用寿命的研究 [J], 匡阿根;全小兵;刘楠;张玲
5.提高自动轧管机顶头使用寿命浅析 [J], 布新福;孙惠民
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二辊斜轧穿孔机及穿孔过程
二辊斜轧穿孔机及穿孔过程今天在无缝钢管生产过程中,穿孔工艺被广泛应用而且非常经济。
1886年德国的曼内斯曼兄弟申请了用斜辊穿孔机生产管状断面产品的专利。
专利中描述了金属变形时内部力的作用和使用两个或多个呈锥形的轧辊进行穿孔，因此被称作曼内斯曼穿孔过程。
由R.C 斯蒂菲尔发明的导板使得穿孔后的毛管长度得到增加。
后来狄舍尔发明了导盘，使穿孔效率得到更大提高。
在1970年出现了锥形辊的穿孔机，它比以前的穿孔机在金属的变形上有明显的改进。
在无缝钢管生产中,穿孔工序的作用是将实心的管坯穿成空心的毛管。
穿孔作为金属变形的第一道工序，穿出的管子壁厚较厚、长度较短、内外表面质量较差，因此叫做毛管。
如果在毛管上存在一些缺陷，经过后面的工序也很难消除或减轻。
所以在钢管生产中穿孔工序起着重要作用。
当今无缝钢管生产中穿孔工艺更加合理,穿孔过程实现了自动化。
斜轧穿孔整个过程可以分为三个阶段第一个不稳定过程--管坯前端金属逐渐充满变形区阶段，即管坯同轧辊开始接触（一次咬入）到前端金属出变形区，这个阶段存在一次咬入和二次咬入。
稳定过程--这是穿孔过程主要阶段，从管坯前端金属充满变形区到管坯尾端金属开始离开变形区为止。
第二个不稳定过程—为管坯尾端金属逐渐离开变形区到金属全部离开轧辊为止。
稳定过程和不稳定过程有着明显的差别，这在生产中很容易观察到的。
如一只毛管上头尾尺寸和中间尺寸就有差别，一般是毛管前端直径大，尾端直径小，而中间部分是一致的。
头尾尺寸偏差大是不稳定过程特征之一。
造成头部直径大的原因是：前端金属在逐渐充满变形区中，金属同轧辊接触面上的摩擦力是逐渐增加的，到完全充满变形区才达到最大值，特别是当管坯前端与顶头相遇时，由于受到顶头的轴向阻力，金属向轴向延伸受到阻力，使得轴向延伸变形减小，而横向变形增加，加上没有外端限制，从而导致前端直径大。
尾端直径小，是因为管坯尾端被顶头开始穿透时，顶头阻力明显下降，易于延伸变形，同时横向展轧小，所以外径小。
穿孔机顶头制造工艺探讨
４０ 中国设备工程 ２００８ 年０５ 月
穿孔机顶头是无缝钢管生产中的重要模具之 一。在穿孔过程中， 顶头表面因受到高温、高压的 作用而易发生磨损、熔损和粘钢等问题， 由此缩短 了使用寿命， 并使钢管的内表面质量恶化。借助先 进国家的经验， 研制出复合材质顶头来替代以往顶 头， 并在传统工艺上做了改进， 已取得了实际应用 的成果。
一、制造复合顶头的工艺 １． 直接粘接 用 粘 接 剂 直 接 将Ｎｉ粉＋氧 化 铁 粉 或Ｃｏ粉＋氧 化 铁 粉 涂 敷 在 顶 头 的Ｃｒ－ Ｎｉ系 低 合 金 钢 基 材 表 面 上 。 为了提高复合层与基材的结合强度， 基材表面粗糙 度要求在１０～１００μｍ的范围内； 涂敷方法为喷涂或 刷涂， 复合层干燥后就可以直接使用。工艺流程 为： 铸造—机加工—喷丸—涂敷—干燥。经这种工 艺处理的顶头， 其使用寿命略高于传统处理顶头或 与其相当。该工艺还可对顶头进行迅速的反复处 理， 以延长顶头的使用寿命。 ２． 激光熔敷 用 激 光 将 化 学 成 分 为Ｃ １％～３．５％、Ｃｏ ０．２％～ ３％ 、 Ｗ ０．１％～３％ 、 Ｖ ０．１％～５％ 、 Ｎｂ ０．１％～５％ 、 Ｔｉ ０．１％～５％， 与Ｆｅ的合金熔敷在Ｃｒ－ Ｎｉ系低合金钢 顶 头 的 基 材 表 面 。 熔 敷 层 厚 度 为０．１～１０ｍｍ。 该 复 合层的组织结构为超细晶粒的过饱和固溶体， 不仅 具有较高的高温强度和优良的耐磨性， 而且开裂倾 向小。为了获得这种组织结构的合金复合层， 在制 作过程中， 冷却速度必须大于３００℃／ｓ， 故一般要求 激 光 器 的 功 率 密 度 为 １３０ｋＷ／ｃｍ２， 照 射 时 间 为 ５ｓ。 经 该工艺处理的顶头， 比普通顶头使用寿命长一倍。
和机械钻机作为网电钻机改造先导， 在此基础上完 成油田在用各种类型网电钻机改造的设计制造方 案。
顶头——精选推荐
1概述穿孔顶头是无缝钢管生产中消耗量最大的关键工具之一．由于穿孔顶头的工作条件恶劣，顶头是在高温、高压和急冷急热的条件下工作，经受着机械疲劳和热疲劳的作用，故顶头常以塌鼻、粘钢、开裂等失效形式报废。
在GCr15钢无逢管穿管中，顶头的平均穿钢管寿命在～50根。
由于现用顶头材料的热强性能、热处理质量等原因所限，使得它的使用寿命不高，由此影响钢管生产效率和质量。
顶头是热轧无缝钢管生产主要模具，也是主要易损件。
穿管过程中，经加热温度约1060℃的高温下进入钢棒穿孔，每根管子的平均轧制时间约15s，顶头表面温度可能上升至1300 ～1600℃。
顶头推出后被喷淋水冷却到400℃以下，准备进入下一根管子的穿孔。
顶头不仅承受强烈的摩擦和挤压作用，而且还周而复始的承受着激热激冷作用，工况条件极其恶劣。
现在多数厂家使用H13钢、球墨铸铁材料制作的顶头，其主要失效形式是因热强性不足，而不能满足生产要求。
对GCr15钢一类高强度材料的无缝钢管的穿管顶头的寿命问题更为突出，仅在冶炼材料中添加铝元素来提高顶头的高温抗氧化性的技术途径方面见研究报道，对现有H13钢的合金成分的改进需要投入大量资金，有大量的研究和工程化难题需要解决。
因此开发新的顶头材料技术，研究优化现有顶头材料的热强性，低成本提高使用寿命的技术途径是投入资金少、研发周期短、经济效益突出的有效方法。
2国内外研究现状2.1 国内情况目前，国内生产普通碳素钢管应用较多的顶头材料为3Cr2W8V和20Cr2Ni4W钢。
在使用前，顶头进行挂高温氧化铁膜处理。
这类顶头在使用中常因出现塌鼻、粘钢和开裂等缺陷而报废。
生产不锈钢管常用钼基合金顶头，但其高温氧化严重，需要不断地进行高温润滑，生产效率低，而且钼材价格一再提高，造成顶头昂贵。
金州得胜钢管厂采用了一种新型复合顶头，即以3Cr2W8V钢为主体，制成空心顶头，然后在顶头鼻部堆焊钴基耐热合金，构成新型复合顶头。
钴基耐热合金的高温强度高，热疲劳性能好，满足了提高顶头高温性能的需要。
国外无缝钢管发展历史
国外无缝钢管发展历史
国外无缝钢管发展历史：
无缝钢管生产有近100年的历史.德国人曼尼斯曼兄弟于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机,1891年又发明周期轧管机,1903年瑞士人施蒂费尔(r.c.stiefel)发明自动轧管机(也称顶头式轧管机)。
无缝钢管的历史可以追溯到19世纪初叶,当时工业革命正在欧洲爆发。
由于当时钢质的质量较差,加之生产技术不成熟,所以焊接钢管缺陷较大,极易引起泄漏。
于是科学家开始研究无缝钢管生产技术。
1818年,法国工程师Lames和英国科学家Mannesmann 独立地提出了无缝钢管生产的想法。
1869年,Mannesmann 把无缝钢管生产工艺推向巅峰,采用了一种新型的冷加工工艺,从而生产出了无缝钢管。
不锈钢无缝钢管穿孔专用顶头的设计开发
不锈钢无缝钢管穿孔专用顶头的设计开发
廖德勇;王善宝;袁琴;陈志刚;赵波;解德刚
【期刊名称】《鞍钢技术》
【年(卷),期】2022()2
【摘要】针对不锈钢无缝钢管生产中穿孔用顶头经常出现鼻部塌陷失效的问题,通过对顶头硬度、金相组织检测和能谱成分分析发现,失效的主要原因为顶头表面氧化膜脱落,导致升温变形。
通过优化顶头成分设计和形状结构改进,设计开发出一种新顶头,能够提升顶头基体强度和氧化覆层的附着效果,顶头寿命显著提升,由原来的2支提升到12支。
【总页数】4页(P28-31)
【作者】廖德勇;王善宝;袁琴;陈志刚;赵波;解德刚
【作者单位】鞍钢集团钢铁研究院;鞍钢股份有限公司大型总厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG335.71
【相关文献】
1.177 mmPQF无缝钢管穿孔机顶头冷却环系统改进
2.无缝钢管穿孔机顶头使用寿命的研究现状
3.无缝钢管穿孔顶头的研究进展
4.无缝钢管穿孔顶头表面氧化现象研究进展
5.无缝钢管穿孔机的顶头冷却结构
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《穿孔方法》课件
一、斜轧法
5.三辊穿孔机（阿塞尔穿孔机）
➢ 1948轧、桶（鼓）形辊、120°布置 +顶头，无导板（盘）
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三辊斜轧穿孔机示意图
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一、斜轧法
5.三辊穿孔机
优点： ①三向压应力→提高塑性→提高可穿性→可穿
连铸坯、合金钢、可穿低塑性，扩大可穿钢种 范围； ②改善了轧件内外表面质量； ③提高了穿孔效率； ④毛管尺寸稳定。
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二、纵轧法
2.推轧穿孔
➢缺点:
①与斜轧比延伸系数较小，=1.1～1.25，后设有一台斜轧延伸机， 减壁并纠正壁厚不均； ②壁厚不均严重±4%～±8%(斜轧±3%～±6%)； ③与压挤比，设备庞大投资高(多一台延伸机)，生产工序多。
PPM穿孔机用小断面方坯穿孔困难,min=2002mm应用于大中型, 不再新建。
送进角大，大直径、大导盘、双支撑辊。
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菌氏穿孔机示意图
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一、斜轧法
4.锥辊式穿孔机（菌式穿孔机）
优点： ①锥形辊的直径沿穿孔变形区是逐渐增加的，轧件前进
和轧辊配合好，减少滑动，促进纵向延伸，减轻扭转 变形和横锻效应，可穿塑性较差的高合金管坯； ②主动大导盘,穿孔效率高，1.5m/s； ③延伸系数大=6； ④咬入条件好； ⑤大送进角,提高生产能力。 缺点：更换规格不便。
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一、斜轧法
1、曼乃斯曼穿孔机
优点： ①对心性好,毛管壁厚均匀； ②一次延伸系数较大μ=1.25～4.5；
缺点： ①变形复杂；旋转横锻效应大，附加变形严重，内外表面易产生和 扩大缺陷； ②管坯质量要求高，不能直接穿连铸坯。
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一、斜轧法
2.斯蒂费尔穿孔机（菌式，盘式）