不锈钢管道带压开孔你是否损失了几个刀？原因在这里

关于不锈钢管道材质的分类以及这些类型管道在带压开孔作业时的物理表象在以前的文章中已经明确阐述，这里就不再赘述。下面就不锈钢管道带压开孔时的特性及其原因进行分析并以此为根据找出相应的设备改制和改进的解决方案。

总体上讲，不锈钢管道材质的在带压开孔刀的切削加工的表现要比中碳钢相差很多。我们仅以普通的45号钢管道进行带压开孔作业时的切削加工性如果假设为100%，则奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的相对切削和钻孔的加工性为40%左右；而铁素体不锈钢的加工性1Cr28为48%左右；马氏体不锈钢2Cr13为55%。

从以上数据中可以分析得出，双相不锈钢的材料为奥氏体和奥氏体+铁素体，那么双相不锈钢的切削加工性是所有不锈钢中带压开孔性能最差的一种材料。而实际的测验结果也证明了这一观点。也就是说，双相不锈钢在带压开孔作业切削性能最差，也是最耗费带压开孔刀体和钻头的一种不锈钢材料。不锈钢材质的管道在带压开孔刀的切削过程中有如下几方面特点：

1.管壁切削加工后硬化严重

在不锈钢管道材料中，以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢为代表的双相不锈钢加工硬化现象最为突出。如奥氏体不锈钢硬化后的强度sb达1470～1960MPa，而且随sb的提高，屈服极限ss升高；退火状态的奥氏体不锈钢ss不超过的σb30%～45%，而加工硬化后达85%～95%。加工硬化层的深度可达切削深度的1/3或更大；硬化层的硬度比原来的提高1.4～2.2倍。因为不锈钢的塑性大，塑性变形时品格歪扭，强化系数很大；且奥氏体不够稳定，在切削应力的作用下，部分奥氏体会转变为马氏体；再加上化合物杂质在切削热的作用下，易于分解呈弥散分布，使切削加工时产生硬化层。前一次进给或前一道工序所产生的加工硬化现象严重影响后续工序的顺利进行。

1.1以上所示的sb是指在简单拉伸试验中，三个主应力有两个是零，最大主应力就是试件横截面上该点的应力，当这个应力达到材料的极限强度sb时，试件就断裂。因此，根据此强度理论，通过简单拉伸试验，可知材料的极限应力就是sb。于是在复杂应力状态下，材料的破坏条件是

s1=sb (a)

考虑安全系数以后的强度条件是

s1≤[s] (1-σ9)

需指出的是：上式中的s1必须为拉应力。在没有拉应力的三向压缩应力状态下，显然是不能采用第一强度理论来建立强度条件的。

1.2第四强度理论

首先介绍一下形状改变比能，然后再计算强度条件的推导。

物体在外力作用下会发生变形，这里所说的变形，既包括有体积改变也包括有形状改变。当物体因外力作用而产生弹性变形时，外力在相应的位移上就作了功，同时在物体内部也就积蓄了能量。例如钟表的发条（弹性体）被用力拧紧（发生变形），此外力所作的功就转变为发条所积蓄的能。在放松过程中，发条靠它所积蓄的能使齿轮系统和指针持续转动，这时发条又对外作了功。这种随着弹性体发生变形而积蓄在其内部的能量称为变形能。在单位变形体体积内所积蓄的变形能称为变形比能。

由于物体在外力作用下所发生的弹性变形既包括物体的体积改变，也包括物体的形状改变，所以可推断，弹性体内所积蓄的变形比能也应该分成两部分：一部分是形状改变比能md ，一部分是体积改变比能mq 。它们的值可分别按下面的公式计算

md = (1-σ2)

mq = (1-σ3)

从以上这两个公式表明，在复杂应力状态下，物体形状的改变及所积蓄的形状改变比能是和三个主应力的差值有关；而物体体积的改变及所积蓄的体积改变比能是和三个主应力的代数和有关。

2.切削力增大

不锈钢管道材质在带压开孔刀的切削过程中塑性变形大，尤其是奥氏体不锈钢（其伸长率超过45号钢的1.5倍以上），使切削力增加。主要表现为带压开孔机主机切削的功率降低和切削转速减缓。同时，不锈钢管道材料的加工硬化严重，热强度高，进一步增大了切削抗力，切屑的卷曲折断也变得越来越困难。

正是因为以上原因，造成带压开孔刀在切削不锈钢管道时，所需要的切削力应当适当增大，才能抵消由硬化和伸长率所带来的摩擦力增长和功率损失。一般来说，在与45号钢管道带压开孔作业中，不锈钢管道开孔的功率要高出25%左右。

3.切削温度增高

在不锈钢管道进行带压开孔作业施工中，带压开孔刀对管道壁切削其塑性变形及与刀具间的摩擦增大，其所产生的切削热多。而且不锈钢的导热系数要比约为45号钢的低一半以上，也就是达到钢材切削的1/2或1/4左右，大量切削热都集中在切削区域和带压开孔刀及切屑接触的界面上，散热条件相对较差，热量在局部区域聚集。在实验中测试，同样按照《先锋管道带压开孔流程》中规定的相同操作方法，且在相同的切削条件下，1Cr18Ni9Ti材质的管道切削温度比45号钢质管道高出70-100℃左右。

4.切屑不易折断、易粘结

不锈钢管道的塑性、韧性都很大，刀具在进行切削时切屑表现为连续且不易断折，这不仅影响带压开孔操作的顺利进行，切屑还会挤在加工表面。并且未断折的切屑在高温、高压的条件下，不锈钢材质与其他金属的亲和性增强，易与带压开孔刀的铁素及合金刀头表面产生粘附现象，并形成积屑瘤。既加剧了带压开孔刀具的磨损，又会出现撕和粘接现象而使刀具及管道壁表面加工环境进一步恶化。含碳量较低的马氏体不锈钢的这一特点表现的更为明显。

在不锈钢管道进行带压开孔作业时，还管材膨胀及刀具磨损等情况，将在以后的文章中再进行详细分析。

参考文献：

1. [1]彭聪. 核级不锈钢高速铣削加工的铣削力与表面创成影响研究[D]. 南华大学.

2. [1]索涛, 李玉龙, 石春森,等. Cr12Mn5Ni4Mo3A1不锈钢在高温,高应变率下的力学性能研究[C]// 第十届全国冲击动力学学术会议. 0.

3. 《先锋管道带压开孔流程》

4. [1]张国平. 不锈钢切削加工[J]. 现代机械, 2013(1):4.