無縫鋼管排鋸常見的鋸齒損傷形式分析和改善建議

郭繼富，韓會杰，王寶明

（唐山冶金鋸片有限公司，河北 063020）

0 引言

無縫鋼管是廣泛用于石油、天然氣、化工、發(fā)電、機械等行業(yè)的重要鋼鐵產(chǎn)品，我國經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)成為世界上最大的鋼管生產(chǎn)國，每年的鋼管產(chǎn)量占據(jù)全球的一半以上，鋼管規(guī)格、品種齊全，生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)先進，代表著當(dāng)今世界的一流水平。圓管坯在經(jīng)過加熱、穿孔、熱軋、張減、矯直等工序之后形成無縫鋼管，而無縫鋼管需要經(jīng)過定尺鋸切后才能交付客戶，因此無縫管的成品鋸切是一道非常重要的輔助工序。一般為了提高鋼管的鋸切效率，幾乎全部現(xiàn)代化的無縫鋼管生產(chǎn)廠家都是采用立式排管鋸機成排的鋸切鋼管，根據(jù)輥道的寬度和鋼管直徑，合理確定每次鋸切鋼管的根數(shù)，采用從上向下垂直進鋸的方式切斷工件。

為了保證鋸片工作范圍覆蓋被切鋼管的截面，排管鋸鋸片的直徑一般比較大，從Φ800 mm～Φ2200 mm。鋸片類型主要是硬質(zhì)合金齒圓鋸片，與老式的高速鋼鑲片圓鋸相比，可以大幅度提高鋸切速度和效率，延長鋸片壽命，目前已經(jīng)成為鋼管鋸切工具的標(biāo)準(zhǔn)配置。在排管鋸切時，硬質(zhì)合金的鋸齒需要經(jīng)常的切入切出管壁，從而受到一些沖擊；同時因為設(shè)備的原因，鋸齒還可能承受額外的沖擊、卡滯、震動，所有這些情況都有可能導(dǎo)致鋸齒的異常損傷。本文通過匯總整理生產(chǎn)現(xiàn)場遇到的部分鋸齒損傷情況，簡單分析了損傷產(chǎn)生的原因，提出一些改善建議以供鋸片用戶參考。

1 無縫鋼管廠使用的排管鋸機情況

最近20 多年，是我國無縫鋼管行業(yè)快速發(fā)展的時期，新建的現(xiàn)代化無縫鋼管生產(chǎn)線有30 多條，無縫管主要規(guī)格從Φ89 mm～Φ508 mm，排管鋸機的生產(chǎn)商主要有德國瓦格納、奧地利林辛格、奧地利MFL、中國的大連三高、湖機國際等。最初我國鋼管生產(chǎn)廠主要引進了上述三個國外鋸機廠家的產(chǎn)品，后來隨著國產(chǎn)設(shè)備開發(fā)完善，逐步占領(lǐng)了較大的份額，尤其是大連三高的立式排管鋸機已經(jīng)銷售40余臺。排管鋸機的外形結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 排管鋸機的外形結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)鋼管生產(chǎn)機組的規(guī)格不同，排管鋸機的大小不同，所需的硬質(zhì)合金齒圓鋸片直徑有十多個規(guī)格、幾十種齒數(shù)。目前最小鋸片直徑是Φ800 mm，最大鋸片直徑是Φ2200 mm。每年消耗各種規(guī)格的新舊鋸片數(shù)量達到十萬片左右。目前無縫鋼管行業(yè)消耗的鋸片類型主要是硬質(zhì)合金齒圓鋸片，其鋸齒形狀如圖2 所示。

圖2 硬質(zhì)合金鋸齒

排管鋸機主要有以下幾個部分構(gòu)成：鋸機主體及導(dǎo)軌、主軸箱及鋸片夾盤、進鋸驅(qū)動裝置、鋸片夾持系統(tǒng)、鋸片潤滑和冷卻系統(tǒng)、切屑清理裝置、工件的支撐和夾持系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。

2 排管鋸鋸片的鋸齒損傷形式及原因分析

雖然各個鋼管廠家生產(chǎn)的鋼管規(guī)格不同，鋸片直徑各異，但是共同的鋸切原理產(chǎn)生了相近的鋸齒損傷模式。首先，在正常鋸切過程中，鋸齒的刃口與工件總是處于相互摩擦的狀態(tài)，因為硬質(zhì)合金鋸齒的硬度遠高于鋼管，因此能夠完成對鋼管的切削，但同時，硬質(zhì)合金鋸齒的后刀面由于受到摩擦逐步鈍化，這是不可避免的，在此不多解釋。

本文主要研究的鋸齒損傷形式應(yīng)該屬于正常磨損以外的異常損傷，鋸機原因、鋸切參數(shù)原因、鋸片自身原因等諸多因素，都有可能引起鋸齒的異常損傷，以下是常見的幾種損傷形式。

（1）鋸齒前側(cè)尖崩裂。產(chǎn)生此類現(xiàn)象的原因主要是：在鋸齒自身性能方面，有可能是脆性大、韌性不足；在鋸片加工精度方面，鋸齒刃磨的寬度差、對稱度可能過大；在鋸切條件方面，有可能是鋸片夾持不穩(wěn)定，導(dǎo)致鋸片擺動比較大，或者工件夾持不緊，引起了鋸切震動。總之，影響鋸齒平穩(wěn)、順暢切入工件的因素，都是導(dǎo)致鋸齒崩尖的原因。鋸齒前側(cè)尖崩裂形狀如圖3 所示。

圖3

（2）鋸齒折斷。此現(xiàn)象一般表現(xiàn)為從鋸齒的中間或者偏上位置完全斷開，失去切削齒刃。產(chǎn)生此類現(xiàn)象最常見的原因是：焊接鋸齒時已經(jīng)產(chǎn)生了隱形裂紋，經(jīng)過鋸切沖擊發(fā)展為折斷；或者是焊接時焊料流失，產(chǎn)生焊縫空虛的現(xiàn)象，經(jīng)過切削受力形成裂紋、開裂。鋸齒折斷形狀如圖4 所示。

圖4

（3）鋸齒整體脫落。 產(chǎn)生這個現(xiàn)象的主要原因是焊接鋸齒時焊料嚴(yán)重流失、存在大量焊接氣孔，焊縫沒有達到合理的焊接強度，屬于鋸片制造的質(zhì)量問題。鋸齒整體脫落形狀如圖5 所示。

圖5

（4）鋸齒后端側(cè)角崩裂。這種問題的產(chǎn)生主要在退鋸過程中，形成的原因有兩個方面。一是，鋸切完成后，鋸機主軸箱沒有做出鋸片外推的動作，沒有讓鋸片與工件斷面脫離，這個功能本來是鋸機標(biāo)配的，但是經(jīng)過一個階段的使用后有可能失效，很多廠家不能給予及時修理；二是，鋸片夾持不合理，導(dǎo)致鋸片的擺動量偏大，后退的鋸齒后側(cè)角就可能與鋼管斷面磕碰，導(dǎo)致鋸齒后側(cè)的角部崩裂、掉肉。鋸齒后端側(cè)角崩裂形狀如圖6 所示。

圖6

（5）同圓周上齒頂磨損嚴(yán)重不均。這種問題更多的出現(xiàn)在修復(fù)鋸片上，主要原因有三個方面。一是，鋸片自身的徑向圓跳動精度不佳，安裝到鋸機上以后，鋸齒尖部的旋轉(zhuǎn)軌跡失圓，高齒間斷性的切削工件，低齒切不到工件，造成部分鋸齒磨損嚴(yán)重、甚至損壞，另一部分鋸齒沒有磨損的現(xiàn)象，這對鋸切是非常不利的；二是，鋸機主軸自身徑跳超差，無論怎樣的鋸片安裝以后都是偏心的，也會形成偏磨的情況；三是，鋸機軸位尺寸與鋸片內(nèi)孔尺寸的配合間隙太大，安裝鋸片后就要形成偏心狀態(tài)。以上情況都是不允許出現(xiàn)的。齒頂磨損不均的情況如圖7、圖8 所示，圖7 為齒頂磨損較輕部位。圖8 為齒頂磨損嚴(yán)重部位。

圖7

圖8

（6）鋸齒打碎后引起連續(xù)禿齒。這是引起鋸片報廢的嚴(yán)重問題，主要原因來自于異常情況。比如：鋼管彎曲，鋸切過程中突然移動夾住鋸齒，至使鋸齒破碎，隨后的鋸齒承受更大的負(fù)荷，導(dǎo)致齒座折斷和鋸齒一同脫落；或者是鋼管夾持不穩(wěn)定、液壓泄露，鋸切過程中產(chǎn)生工件移動，形成連鎖反應(yīng)。連續(xù)禿齒形狀如圖9 所示。

圖9

（7）鋸齒粘屑、崩刃。這種問題大多發(fā)生在不銹鋼、合金鋼鋼管的鋸切上。由于工件的塑性好、導(dǎo)熱率低，在切削過程中，切屑不容易脫落、經(jīng)常粘結(jié)在鋸齒刃口，形成積屑瘤，繼續(xù)鋸切時，切削阻力急劇加大，積屑瘤和部分鋸齒被同時打掉，形成崩刃。鋸齒粘屑、崩刃形狀如圖10 所示。

圖10

3 減少鋸齒損傷的改善建議

（1）對于鋸齒前側(cè)尖崩裂問題。應(yīng)從鋸齒自身性能方面考慮，需要選擇韌性較好的P40 硬質(zhì)合金刀塊；從鋸片加工精度方面需要嚴(yán)格控制鋸齒刃磨的寬度差、對稱度、徑向圓跳動值等指標(biāo)，符合技術(shù)要求；從鋸機方面考慮，主軸箱的進給精度應(yīng)良好，包括側(cè)向不擺動、進給不卡頓；從鋸片夾持精度及可靠性方面，需要每組減震塊正常有效，內(nèi)外減震塊與鋸片之間必須控制好0.1 毫米左右的間隙量，這樣做的結(jié)果可以減少異常的沖擊和震動；從鋸切參數(shù)方面，防止采用過快的切削速度、過大的進給速度。

（2）對于鋸齒折斷問題。焊接鋸齒時，必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，加強工序質(zhì)量檢驗，從源頭上控制好鋸齒的焊接質(zhì)量。首先鋸齒毛坯和焊接齒座之間需要精密配合，然后做到焊縫飽滿、均勻、充實、無氣泡，焊接強度符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；另外，焊接時需要防止在刀塊上產(chǎn)生隱形裂紋，可在刃磨后做抽樣的放大檢驗。

（3）對于鋸齒整體脫落問題。由于產(chǎn)生這種問題的原因主要在焊接工序，因此，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝是非常重要的。一是避免焊接溫度過高導(dǎo)致焊料嚴(yán)重流失，也需要防止焊接溫度過低導(dǎo)致焊料熔化不足；二是要保持相關(guān)位置干燥干凈，避免在焊縫中形成焊接氣孔，這樣才能保證合理的焊接強度。

（4）對于鋸齒后端側(cè)角崩裂問題。首先，從鋸機本身考慮，鋸切完成后，鋸機主軸箱應(yīng)保持鋸片外推功能，讓鋸片與工件斷面脫離，這是減少鋸齒與工件產(chǎn)生磕碰的有效措施；其次，鋸片本身應(yīng)該具有良好的端面圓跳動精度、合理的應(yīng)力指標(biāo)、夾持穩(wěn)定，控制鋸片的擺動量符合技術(shù)要求，無論是進鋸還是后退，都要保證鋸齒與鋼管少撞擊、少磕碰。

（5）對于同圓周上齒頂磨損嚴(yán)重不均問題。 首先，在生產(chǎn)鋸片時，需要嚴(yán)格控制鋸齒的徑向圓跳動精度，這是鋸片自身的基本質(zhì)量要求；第二，鋸機主軸自身徑跳精度需要經(jīng)常檢測、維修，保持在鋸機精度規(guī)范之內(nèi)；第三，鋸機主軸軸位尺寸與鋸片內(nèi)孔尺寸的配合間隙一定要合理，兩者都需要按照規(guī)范要求控制自己的尺寸公差，主軸軸位磨損嚴(yán)重時，一定要給予更換。

（6）對于鋸齒打碎后引起連續(xù)禿齒問題。首先，應(yīng)該保證鋼管不存在超標(biāo)的彎曲，減少鋸切過程中產(chǎn)生的突然串動以及卡鋸；另外，鋸機方面需要經(jīng)常檢查，要保證鋼管收集、夾持裝置工作正常有效，足夠的夾緊力才能保證鋼管在鋸切過程中不產(chǎn)生移動、不卡鋸打齒。

（7）對于鋸齒粘屑、崩刃問題。首先，針對不銹鋼、合金鋼鋼管的鋸切特點，在選擇硬質(zhì)合金鋸齒材料時需要增加其耐熱性、紅硬性，減小摩擦系數(shù)；第二，在齒型設(shè)計方面，需要加強斷屑功能、減小鋸切阻力；第三，在鋸機方面，必須強化油霧潤滑和鋸齒冷卻功能、鋸屑去除功能，保證鋸齒的刃口處于鋒利、干凈的狀態(tài)，降低切削熱的集聚、延緩積屑瘤的形成。

4 結(jié)語

本文針對無縫鋼管生產(chǎn)廠家排管鋸機的使用情況，以及生產(chǎn)現(xiàn)場鋸齒損傷情況，分析了鋸齒損傷產(chǎn)生的原因，通過分析總結(jié)出一些有益的建議供鋸片用戶參考借鑒。

（1）無縫鋼管的排管鋸機應(yīng)用廣泛，鋸片消耗量很大，國內(nèi)的年用量達到10 萬片左右，每年因為鋸齒的異常損傷造成很大的經(jīng)濟損失，同時也影響鋼管生產(chǎn)的連續(xù)、順暢進行。

（2）完好的鋸機設(shè)備狀況、高精度的鋸片質(zhì)量、與工件合理匹配的鋸切工藝參數(shù)，是獲得良好鋸切效果、降低鋸切成本的有效保證，三者相互關(guān)聯(lián)、相互影響，不可偏廢，都要給予充分的重視、合理的控制。

（3）培養(yǎng)鋸切操作者良好的操作習(xí)慣、認(rèn)真貫徹現(xiàn)場操作規(guī)程，是做好鋸切工作的重要基礎(chǔ)，為此需要鋼管生產(chǎn)廠家進行更加嚴(yán)格、細(xì)致的現(xiàn)場管理。