无缝钢管道切割经验之谈：消除管道应力切割方法

无缝钢管是由整支圆钢穿孔而成的，表面上没有焊缝的钢管，称之为无缝钢管。根据生产方法，无缝钢管可分热轧无缝钢管、冷轧无缝钢管、冷拔无缝钢管、挤压无缝钢管、顶管等。

在无缝钢管定制轧制生产中，无缝钢管直径被压缩的同时，其壁厚也将发生变化，管体的直径和椭圆度的变化主要取决于定径的压下量，如果适当调整定径的压下量和温度，就既能消除无缝钢管的椭圆度，又能达到规定的直径尺寸，从而也可使无缝钢管的力学性能有所提高。但是，在进行无缝钢管定径的同时，也会使管体产生残余应力，降低其机械强度。因此，为保证管体的几何形状和提高其机械强度，需要在满足规定的几何形状前提下，研究定径轧制的压下量和温度与残余应力分布的关系，以获得最佳的定径效果。

其中的残余应力、也称内应力，是指当管道加工制造外部载荷去掉以后，仍存留在管道内部的应力。残余应力是由于管道的金属内部组织发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自热加工和冷加工。

具有内应力的管道，是处在一种不稳定状态之中，其内部的组织有强烈地恢复到没有内应力的稳定状态的倾向。即使在常温下管道的内部组织，也在不断发生变化，直到内应力完全消失为止在这一过程中，管道的形状逐渐改变（如翘曲变形）从而丧失其原有精度。因此，在管道切割施工作业过程中，应当了解残余应力的“缓释”特点，熟悉残余应力产生原因，掌握减小或消除残余应力的技术手段，从而达到较好的管道切削效果及切削精度。

在进行无缝钢管切割前，不仅要考虑无缝钢管的尺寸及许用应力，并查看钢管所处位置以及其受地形、重力因素对管道切割作业的影响，还要对管道切割速度、刀具的选择进行初步定制切割方案。

管道在切割过程中，局部会产生较高的温度，在这种温度下，材料的屈服强度随着温度的升高而降低，而材料内部的残条拉应力一个重要的特点是材料本身屈服度存在一个平衡，因此屈服强度的降降导致与残条拉应力的平衡被打破，此时管道材料内部焊接残条应力随之下降，下降程度取决于屈服强度、管道所受重力以及地形的变化影响，造成管道切割过程中，管道还未切断，管道自身突然发生变形、断裂，从微观的角度分析来看是由于应力峰值已降到管道屈服强度水平后，应力下降，随后是蠕变引起应力松驰过程。表象上来看，造成管道切管机夹刀和未切断。

管道切割实质上是对管道壁金属的切削，是管道受管道切管机刀具的挤压和摩擦，使管道表面产生弹性变形和塑性变形，切屑从管道壁分离的过程。在管道进行切削过程中，管道受到切削力，产生切削热而使切削温度上升，切削完成后，管道壁的表面消除了残余应力，而管道整体拉力增强，造成管道壁切割后发生收缩或膨胀的应力。

因此，在进行无缝钢管道切割作业中，除了应按《先锋管道切割作业流程》中规定的操作方法，还应做好以下几点：

a.根据准备切割作业的管道直径和壁厚选择适当的切管机刀具，并计算切割后应力对刀片的影响，加强切割作业的观察；

b.适当降低液压泵站转速，以减缓管道切割速度，减少管道切割作业中局部热量；

c.测量管道的椭圆度，分析并预测在管道切割作业中重点部位。在管道切割作业中查看关键点位的切割状态及切割效果；

d.当管道应力较大或管道切管机在切割作业中速度及功率表现较为吃力时，旋转进刀丝杠使刀具上调；或者可以停止切管机的切割作业，使用三角形楔子插入已完成切割的管道切割缝中，用以减少对刀具及切管机的应力后，再继续切割。

e.在进行管道切割前，可使用吊车等工具，提拉管道，减小管道自重或因地形原因造成的重力不平衡，抵消管道在进行管道切割作业中的应力作用；

f.管道即将切割完成后的3mm左右处，可适当提高刀片切割深度，使管道切割保持1-1.5mm的管道壁薄层，使这部分薄层继续对应力起到抵消作用。待切管机拆除完成后，使用吊车拉拽的作用，使切断的管道断脱离。

参考文献：

1. [1]李志强, 钟倩霞. 无缝管斜轧延伸技术进展[J]. 轧钢, 1994(3):5.

2. [1]张冲. 高强度大口径无缝管三辊轧制工艺研究[D]. 太原科技大学, 2012.

3.《先锋管道切割作业流程》

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