無縫鋼管道切割經驗之談：消除管道應力切割方法

無縫鋼管是由整支圓鋼穿孔而成的，表面上沒有焊縫的鋼管，稱之為無縫鋼管。根據生產方法，無縫鋼管可分熱軋無縫鋼管、冷軋無縫鋼管、冷拔無縫鋼管、擠壓無縫鋼管、頂管等。

在無縫鋼管定制軋制生產中，無縫鋼管直徑被壓縮的同時，其壁厚也將發生變化，管體的直徑和橢圓度的變化主要取決于定徑的壓下量，如果適當調整定徑的壓下量和溫度，就既能消除無縫鋼管的橢圓度，又能達到規定的直徑尺寸，從而也可使無縫鋼管的力學性能有所提高。但是，在進行無縫鋼管定徑的同時，也會使管體產生殘余應力，降低其機械強度。因此，為保證管體的幾何形狀和提高其機械強度，需要在滿足規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力分布的關系，以獲得最佳的定徑效果。

其中的殘余應力、也稱內應力，是指當管道加工制造外部載荷去掉以后，仍存留在管道內部的應力。殘余應力是由于管道的金屬內部組織發生了不均勻的體積變化而產生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。

具有內應力的管道，是處在一種不穩定狀態之中，其內部的組織有強烈地恢復到沒有內應力的穩定狀態的傾向。即使在常溫下管道的內部組織，也在不斷發生變化，直到內應力完全消失為止在這一過程中，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過程中，應當了解殘余應力的“緩釋”特點，熟悉殘余應力產生原因，掌握減小或消除殘余應力的技術手段，從而達到較好的管道切削效果及切削精度。

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

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

管道切割實質上是對管道壁金屬的切削，是管道受管道切管機刀具的擠壓和摩擦，使管道表面產生彈性變形和塑性變形，切屑從管道壁分離的過程。在管道進行切削過程中，管道受到切削力，產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力，而管道整體拉力增強，造成管道壁切割后發生收縮或膨脹的應力。

因此，在進行無縫鋼管道切割作業中，除了應按《先鋒管道切割作業流程》中規定的操作方法，還應做好以下幾點：

a.根據準備切割作業的管道直徑和壁厚選擇適當的切管機刀具，并計算切割后應力對刀片的影響，加強切割作業的觀察；

b.適當降低液壓泵站轉速，以減緩管道切割速度，減少管道切割作業中局部熱量；

c.測量管道的橢圓度，分析并預測在管道切割作業中重點部位。在管道切割作業中查看關鍵點位的切割狀態及切割效果；

d.當管道應力較大或管道切管機在切割作業中速度及功率表現較為吃力時，旋轉進刀絲杠使刀具上調；或者可以停止切管機的切割作業，使用三角形楔子插入已完成切割的管道切割縫中，用以減少對刀具及切管機的應力后，再繼續切割。

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

f.管道即將切割完成后的3mm左右處，可適當提高刀片切割深度，使管道切割保持1-1.5mm的管道壁薄層，使這部分薄層繼續對應力起到抵消作用。待切管機拆除完成后，使用吊車拉拽的作用，使切斷的管道斷脫離。

參考文獻：

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