無(wú)縫鋼管道切割經(jīng)驗(yàn)之談：消除管道應(yīng)力切割方法

無(wú)縫鋼管是由整支圓鋼穿孔而成的，表面上沒(méi)有焊縫的鋼管，稱(chēng)之為無(wú)縫鋼管。根據(jù)生產(chǎn)方法，無(wú)縫鋼管可分熱軋無(wú)縫鋼管、冷軋無(wú)縫鋼管、冷拔無(wú)縫鋼管、擠壓無(wú)縫鋼管、頂管等。

在無(wú)縫鋼管定制軋制生產(chǎn)中，無(wú)縫鋼管直徑被壓縮的同時(shí)，其壁厚也將發(fā)生變化，管體的直徑和橢圓度的變化主要取決于定徑的壓下量，如果適當(dāng)調(diào)整定徑的壓下量和溫度，就既能消除無(wú)縫鋼管的橢圓度，又能達(dá)到規(guī)定的直徑尺寸，從而也可使無(wú)縫鋼管的力學(xué)性能有所提高。但是，在進(jìn)行無(wú)縫鋼管定徑的同時(shí)，也會(huì)使管體產(chǎn)生殘余應(yīng)力，降低其機(jī)械強(qiáng)度。因此，為保證管體的幾何形狀和提高其機(jī)械強(qiáng)度，需要在滿足規(guī)定的幾何形狀前提下，研究定徑軋制的壓下量和溫度與殘余應(yīng)力分布的關(guān)系，以獲得最佳的定徑效果。

其中的殘余應(yīng)力、也稱(chēng)內(nèi)應(yīng)力，是指當(dāng)管道加工制造外部載荷去掉以后，仍存留在管道內(nèi)部的應(yīng)力。殘余應(yīng)力是由于管道的金屬內(nèi)部組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素來(lái)自熱加工和冷加工。

具有內(nèi)應(yīng)力的管道，是處在一種不穩(wěn)定狀態(tài)之中，其內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈地恢復(fù)到?jīng)]有內(nèi)應(yīng)力的穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。即使在常溫下管道的內(nèi)部組織，也在不斷發(fā)生變化，直到內(nèi)應(yīng)力完全消失為止在這一過(guò)程中，管道的形狀逐漸改變（如翹曲變形）從而喪失其原有精度。因此，在管道切割施工作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)了解殘余應(yīng)力的“緩釋”特點(diǎn)，熟悉殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因，掌握減小或消除殘余應(yīng)力的技術(shù)手段，從而達(dá)到較好的管道切削效果及切削精度。

在進(jìn)行無(wú)縫鋼管切割前，不僅要考慮無(wú)縫鋼管的尺寸及許用應(yīng)力，并查看鋼管所處位置以及其受地形、重力因素對(duì)管道切割作業(yè)的影響，還要對(duì)管道切割速度、刀具的選擇進(jìn)行初步定制切割方案。

管道在切割過(guò)程中，局部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，在這種溫度下，材料的屈服強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低，而材料內(nèi)部的殘條拉應(yīng)力一個(gè)重要的特點(diǎn)是材料本身屈服度存在一個(gè)平衡，因此屈服強(qiáng)度的降降導(dǎo)致與殘條拉應(yīng)力的平衡被打破，此時(shí)管道材料內(nèi)部焊接殘條應(yīng)力隨之下降，下降程度取決于屈服強(qiáng)度、管道所受重力以及地形的變化影響，造成管道切割過(guò)程中，管道還未切斷，管道自身突然發(fā)生變形、斷裂，從微觀的角度分析來(lái)看是由于應(yīng)力峰值已降到管道屈服強(qiáng)度水平后，應(yīng)力下降，隨后是蠕變引起應(yīng)力松馳過(guò)程。表象上來(lái)看，造成管道切管機(jī)夾刀和未切斷。

管道切割實(shí)質(zhì)上是對(duì)管道壁金屬的切削，是管道受管道切管機(jī)刀具的擠壓和摩擦，使管道表面產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，切屑從管道壁分離的過(guò)程。在管道進(jìn)行切削過(guò)程中，管道受到切削力，產(chǎn)生切削熱而使切削溫度上升，切削完成后，管道壁的表面消除了殘余應(yīng)力，而管道整體拉力增強(qiáng)，造成管道壁切割后發(fā)生收縮或膨脹的應(yīng)力。

因此，在進(jìn)行無(wú)縫鋼管道切割作業(yè)中，除了應(yīng)按《先鋒管道切割作業(yè)流程》中規(guī)定的操作方法，還應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

a.根據(jù)準(zhǔn)備切割作業(yè)的管道直徑和壁厚選擇適當(dāng)?shù)那泄軝C(jī)刀具，并計(jì)算切割后應(yīng)力對(duì)刀片的影響，加強(qiáng)切割作業(yè)的觀察；

b.適當(dāng)降低液壓泵站轉(zhuǎn)速，以減緩管道切割速度，減少管道切割作業(yè)中局部熱量；

c.測(cè)量管道的橢圓度，分析并預(yù)測(cè)在管道切割作業(yè)中重點(diǎn)部位。在管道切割作業(yè)中查看關(guān)鍵點(diǎn)位的切割狀態(tài)及切割效果；

d.當(dāng)管道應(yīng)力較大或管道切管機(jī)在切割作業(yè)中速度及功率表現(xiàn)較為吃力時(shí)，旋轉(zhuǎn)進(jìn)刀絲杠使刀具上調(diào)；或者可以停止切管機(jī)的切割作業(yè)，使用三角形楔子插入已完成切割的管道切割縫中，用以減少對(duì)刀具及切管機(jī)的應(yīng)力后，再繼續(xù)切割。

e.在進(jìn)行管道切割前，可使用吊車(chē)等工具，提拉管道，減小管道自重或因地形原因造成的重力不平衡，抵消管道在進(jìn)行管道切割作業(yè)中的應(yīng)力作用；

f.管道即將切割完成后的3mm左右處，可適當(dāng)提高刀片切割深度，使管道切割保持1-1.5mm的管道壁薄層，使這部分薄層繼續(xù)對(duì)應(yīng)力起到抵消作用。待切管機(jī)拆除完成后，使用吊車(chē)?yán)У淖饔?，使切斷的管道斷脫離。

參考文獻(xiàn)：

1. [1]李志強(qiáng), 鐘倩霞. 無(wú)縫管斜軋延伸技術(shù)進(jìn)展[J]. 軋鋼, 1994(3):5.

2. [1]張沖. 高強(qiáng)度大口徑無(wú)縫管三輥軋制工藝研究[D]. 太原科技大學(xué), 2012.

3.《先鋒管道切割作業(yè)流程》

4. [1]謝群良, 汪建林. 工藝對(duì)Ti-3Al-2.5V鈦合金無(wú)縫管的表面和性能的影響[J]. 上海鋼研, 2002(2):6.