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      為什么帶壓開孔作業發生鉆頭斷折?

      欄目:帶壓開孔工程 發布時間:2022-03-27 作者: 先鋒管道 來源: 原創 瀏覽量: 83
      帶壓開孔作業施工中,在刀具生產良好的情況下,較大的切削力和較大的進刀速度會對帶壓開孔刀造成刀體或刀齒產生扭曲變形,甚至崩裂或報廢,也會造成刀具正常磨損范圍內,刀具壽命下降。

      在進行管道帶壓開孔作業施工中,經常會遇到長時間旋開管道,開孔刀卻未接觸管道表面,伴隨著進刀鉆桿也在正常轉動,并未出現卡刀,而進刀長度已達到或已超過管道壁厚的現象。此時應當判定中心定位刀具折斷或刀具失效,采取立即退刀并查看刀具磨損情況。

      帶壓開孔作業施工中,帶壓開孔刀具是重要的開孔部位,并且為易損件。組成刀具的分為兩部分:中心定位鉆頭和開孔刀。組合主要的作用是定位鉆負責鉆透管道,并為開孔刀提供旋削中心。出現以上情況時大多為定位鉆失效或折斷,致使無法鉆透管道形成空轉現象,下面就這種現象進行簡要分析:


               南水北調管道施工現場


      1.鉆頭合金材料

      帶壓開孔機的硬質合金刀具的消耗約占全部刀具消耗的55%以上,其中帶壓開孔機中心定位鉆的硬質合金焊接刀具因突出的性價比優勢和良好的成形工藝得到了廣泛的應用,尤其在小型或中等直徑管道規格范圍開孔和非標成形加工領域占有重要的地位。

      1.1帶壓開孔機中心定位鉆頭刀體材料主要有45鋼、T10A、9SiCrW6Mo5Cr4V2。由于刀體不直接參與切削,理論上性能要求較低,但如使用鑄造用高碳鋼來代替45鋼或9SiCr,用來降低成本,但會造成帶壓開孔中心定位鉆鉆體斷裂,刀齒掉落。

      用作帶壓開孔機中心定位鉆鉆體的鋼材中碳含量越高,氫擴散系數減小,氫溶解度增大。析出物(作為氫原子的陷阱位置)、電位、空孔等各種晶格缺陷與碳含量成正比,碳含量增大,就會抑制氫擴散,因此氫擴散系數也較低。

      碳含量的增大,鋼材內部就會析出碳化物,在電化學腐蝕反應的作用下,氫脆可能性就會增大,為了確保中心定位鉆鉆體用鋼應當使用具備較強的耐腐蝕性和抗氫脆性。因此,對碳化物的析出和體積分數的控制進行是有效的控制方法。

      此時刀齒掉落于帶壓開孔所形成的渦心中,在鉆頭不斷的轉動下,硬質合金殘片會鑲嵌于管道壁中,不斷地與中心定位鉆相互作用,會加速鉆頭的磨損。

      鉆體雖然不直接參與管道帶壓開孔時的切削作業,作為硬質合金刀頭的鉆體應當具有較強的韌性和耐壓力性,而并非取決于其自身的紅硬性。

      1.2在高速、大切削力的帶壓開孔機鉆孔的條件下,中心定位鉆刀體、刀齒截面積較小的焊接刀具會出現新刀具或磨損量在正常范圍內的刀具,焊口附近的刀體或刀齒折斷。因此,在管道進行帶壓開孔作業時,無論是自動進刀還是手動進刀,進刀的速度一定要保持慢速且勻速,使用較小的進刀量進行多次刀削。待中心定鉆旋進且狀態穩定后,再依正常速度進刀即可。


               帶壓開孔現場

      2.中心定位鉆的焊接

      2.1在國內參差不齊的刀具制造廠家在進行刀具生產時,硬質合金刀片的焊接質量也存在較大問題。在中心定位鉆鉆頭采用銅焊方式進行焊接時,高頻焊接的焊接溫度通常在900-1000攝氏度之間,淬硬過的刀體在焊接過程中被二次加熱,溫度已經達到鋼的正火溫度,因此焊縫附近的刀體或整個頭部刀體被正火,導致該部分刀體的硬度和強度大幅下降。尤其是鉆體邊緣的空氣接觸面積更大,因此受所氧化程度更高,會出現焊接不牢和過熱現象。

      同時,受熱傳導的影響,靠近焊縫或頭部的中心定位鉆的刀體部分也會被加熱,雖然被加熱的溫度低于正火溫度,但足以引起該部分刀體的中、高溫回火,使該部分刀體的硬度和強度下降。

      這一點可以從帶壓開孔機進行管道開孔后取出的刀具損壞的形式得到驗證,焊接刀具的損壞經常發生在焊縫附近的齒部或頭部。

      2.2嚴格按照《先鋒管道帶壓開孔鉆頭焊接流程》中7.6.1中所規定的使用標準的焊料和使用規定的焊接溫度。

      在相同溫度下,硬質合金的刀齒與鋼的線膨脹系數相差很大,比鋼低1/3-1/2,同時硬質合金的導熱性也比鋼差,因此在焊接過程中,使用銅焊料進行焊接后刀片和刀體凝固成一體,這時刀片和刀體之間的自由收縮受到限制,刀片和刀體都會受到拉、壓應力作用。由于硬質合金刀片脆性大,承受應力的能力小于鋼,刀片出現崩裂。因此,焊接時應當采用合理的生產工藝來減小冷縮時產生的應力,還要兼顧在帶壓開孔作業中,刀片在切削管道時受熱后的?脹所產生的應力。

      總之,在帶壓開孔作業施工中,在刀具生產良好的情況下,較大的切削力和較大的進刀速度會對帶壓開孔刀造成刀體或刀齒產生扭曲變形,甚至崩裂或報廢,也會造成刀具正常磨損范圍內,刀具壽命下降。因此,選擇合理的進刀方式和調整適當的管道旋削速度是延長刀具使用壽命的有效方法。