為什么帶壓開(kāi)孔作業(yè)發(fā)生鉆頭斷折？

在進(jìn)行管道帶壓開(kāi)孔作業(yè)施工中，經(jīng)常會(huì)遇到長(zhǎng)時(shí)間旋開(kāi)管道，開(kāi)孔刀卻未接觸管道表面，伴隨著進(jìn)刀鉆桿也在正常轉(zhuǎn)動(dòng)，并未出現(xiàn)卡刀，而進(jìn)刀長(zhǎng)度已達(dá)到或已超過(guò)管道壁厚的現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)當(dāng)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(kāi)孔作業(yè)施工中，帶壓開(kāi)孔刀具是重要的開(kāi)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(kāi)孔刀。組合主要的作用是定位鉆負(fù)責(zé)鉆透管道，并為開(kāi)孔刀提供旋削中心。出現(xiàn)以上情況時(shí)大多為定位鉆失效或折斷，致使無(wú)法鉆透管道形成空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，下面就這種現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：


         南水北調(diào)管道施工現(xiàn)場(chǎng)

1.鉆頭合金材料

帶壓開(kāi)孔機(jī)的硬質(zhì)合金刀具的消耗約占全部刀具消耗的55%以上，其中帶壓開(kāi)孔機(jī)中心定位鉆的硬質(zhì)合金焊接刀具因突出的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)和良好的成形工藝得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在小型或中等直徑管道規(guī)格范圍開(kāi)孔和非標(biāo)成形加工領(lǐng)域占有重要的地位。

1.1帶壓開(kāi)孔機(jī)中心定位鉆頭刀體材料主要有45鋼、T10A、9SiCr和W6Mo5Cr4V2。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(lái)代替45鋼或9SiCr，用來(lái)降低成本，但會(huì)造成帶壓開(kāi)孔中心定位鉆鉆體斷裂，刀齒掉落。

用作帶壓開(kāi)孔機(jī)中心定位鉆鉆體的鋼材中碳含量越高，氫擴(kuò)散系數(shù)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(huì)抑制氫擴(kuò)散，因此氫擴(kuò)散系數(shù)也較低。

碳含量的增大，鋼材內(nèi)部就會(huì)析出碳化物，在電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的作用下，氫脆可能性就會(huì)增大，為了確保中心定位鉆鉆體用鋼應(yīng)當(dāng)使用具備較強(qiáng)的耐腐蝕性和抗氫脆性。因此，對(duì)碳化物的析出和體積分?jǐn)?shù)的控制進(jìn)行是有效的控制方法。

此時(shí)刀齒掉落于帶壓開(kāi)孔所形成的渦心中，在鉆頭不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)下，硬質(zhì)合金殘片會(huì)鑲嵌于管道壁中，不斷地與中心定位鉆相互作用，會(huì)加速鉆頭的磨損。

鉆體雖然不直接參與管道帶壓開(kāi)孔時(shí)的切削作業(yè)，作為硬質(zhì)合金刀頭的鉆體應(yīng)當(dāng)具有較強(qiáng)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(kāi)孔機(jī)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(huì)出現(xiàn)新刀具或磨損量在正常范圍內(nèi)的刀具，焊口附近的刀體或刀齒折斷。因此，在管道進(jìn)行帶壓開(kāi)孔作業(yè)時(shí)，無(wú)論是自動(dòng)進(jìn)刀還是手動(dòng)進(jìn)刀，進(jìn)刀的速度一定要保持慢速且勻速，使用較小的進(jìn)刀量進(jìn)行多次刀削。待中心定鉆旋進(jìn)且狀態(tài)穩(wěn)定后，再依正常速度進(jìn)刀即可。


         帶壓開(kāi)孔現(xiàn)場(chǎng)

2.中心定位鉆的焊接

2.1在國(guó)內(nèi)參差不齊的刀具制造廠家在進(jìn)行刀具生產(chǎn)時(shí)，硬質(zhì)合金刀片的焊接質(zhì)量也存在較大問(wèn)題。在中心定位鉆鉆頭采用銅焊方式進(jìn)行焊接時(shí)，高頻焊接的焊接溫度通常在900-1000攝氏度之間，淬硬過(guò)的刀體在焊接過(guò)程中被二次加熱，溫度已經(jīng)達(dá)到鋼的正火溫度，因此焊縫附近的刀體或整個(gè)頭部刀體被正火，導(dǎo)致該部分刀體的硬度和強(qiáng)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(huì)出現(xiàn)焊接不牢和過(guò)熱現(xiàn)象。

同時(shí)，受熱傳導(dǎo)的影響，靠近焊縫或頭部的中心定位鉆的刀體部分也會(huì)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(qiáng)度下降。

這一點(diǎn)可以從帶壓開(kāi)孔機(jī)進(jìn)行管道開(kāi)孔后取出的刀具損壞的形式得到驗(yàn)證，焊接刀具的損壞經(jīng)常發(fā)生在焊縫附近的齒部或頭部。

2.2嚴(yán)格按照《先鋒管道帶壓開(kāi)孔鉆頭焊接流程》中7.6.1中所規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)的焊料和使用規(guī)定的焊接溫度。

在相同溫度下，硬質(zhì)合金的刀齒與鋼的線膨脹系數(shù)相差很大，比鋼低1/3-1/2，同時(shí)硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性也比鋼差，因此在焊接過(guò)程中，使用銅焊料進(jìn)行焊接后刀片和刀體凝固成一體，這時(shí)刀片和刀體之間的自由收縮受到限制，刀片和刀體都會(huì)受到拉、壓應(yīng)力作用。由于硬質(zhì)合金刀片脆性大，承受應(yīng)力的能力小于鋼，刀片出現(xiàn)崩裂。因此，焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)采用合理的生產(chǎn)工藝來(lái)減小冷縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，還要兼顧在帶壓開(kāi)孔作業(yè)中，刀片在切削管道時(shí)受熱后的?脹所產(chǎn)生的應(yīng)力。

總之，在帶壓開(kāi)孔作業(yè)施工中，在刀具生產(chǎn)良好的情況下，較大的切削力和較大的進(jìn)刀速度會(huì)對(duì)帶壓開(kāi)孔刀造成刀體或刀齒產(chǎn)生扭曲變形，甚至崩裂或報(bào)廢，也會(huì)造成刀具正常磨損范圍內(nèi)，刀具壽命下降。因此，選擇合理的進(jìn)刀方式和調(diào)整適當(dāng)?shù)墓艿佬魉俣仁茄娱L(zhǎng)刀具使用壽命的有效方法。