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、發電、機械等行業的重要鋼鐵產品，我國經過幾十年的發展已經成為世界上最大的鋼管生產國，每年的鋼管產量占據全球的一半以上，鋼管規格、品種齊全，生產設備、技術先進，代表著當今世界的一流水平。圓管坯在經過加熱、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，幾乎全部現代化的無縫鋼管生產廠家都是采用立式排管鋸機成排的鋸切鋼管，根據輥道的寬度和鋼管直徑，合理確定每次鋸切鋼管的根數，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，目前已經成為鋼管鋸切工具的標準配置。在排管鋸切時，硬質合金的鋸齒需要經常的切入切出管壁，從而受到一些沖擊；同時因為設備的原因，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致鋸齒的異常損傷。本文通過匯總整理生產現場遇到的部分鋸齒損傷情況，簡單分析了損傷產生的原因，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快速發展的時期，新建的現代化無縫鋼管生產線有30 多條，無縫管主要規格從Φ89 mm～Φ508 mm，排管鋸機的生產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。最初我國鋼管生產廠主要引進了上述三個國外鋸機廠家的產品，后來隨著國產設備開發完善，逐步占領了較大的份額，尤其是大連三高的立式排管鋸機已經銷售40余臺。排管鋸機的外形結構如圖1 所示。

圖1 排管鋸機的外形結構圖

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

圖2 硬質合金鋸齒

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

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的鋼管規格不同，鋸片直徑各異，但是共同的鋸切原理產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，因為硬質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該屬于正常磨損以外的異常損傷，鋸機原因、鋸切參數原因、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）鋸齒前側尖崩裂。產生此類現象的原因主要是：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定，導致鋸片擺動比較大，或者工件夾持不緊，引起了鋸切震動?？傊?，影響鋸齒平穩、順暢切入工件的因素，都是導致鋸齒崩尖的原因。鋸齒前側尖崩裂形狀如圖3 所示。

圖3

（2）鋸齒折斷。此現象一般表現為從鋸齒的中間或者偏上位置完全斷開，失去切削齒刃。產生此類現象最常見的原因是：焊接鋸齒時已經產生了隱形裂紋，經過鋸切沖擊發展為折斷；或者是焊接時焊料流失，產生焊縫空虛的現象，經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。 產生這個現象的主要原因是焊接鋸齒時焊料嚴重流失、存在大量焊接氣孔，焊縫沒有達到合理的焊接強度，屬于鋸片制造的質量問題。鋸齒整體脫落形狀如圖5 所示。

圖5

（4）鋸齒后端側角崩裂。這種問題的產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配的，但是經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，導致鋸片的擺動量偏大，后退的鋸齒后側角就可能與鋼管斷面磕碰，導致鋸齒后側的角部崩裂、掉肉。鋸齒后端側角崩裂形狀如圖6 所示。

圖6

（5）同圓周上齒頂磨損嚴重不均。這種問題更多的出現在修復鋸片上，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重、甚至損壞，另一部分鋸齒沒有磨損的現象，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孔尺寸的配合間隙太大，安裝鋸片后就要形成偏心狀態。以上情況都是不允許出現的。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 為齒頂磨損嚴重部位。

圖7

圖8

（6）鋸齒打碎后引起連續禿齒。這是引起鋸片報廢的嚴重問題，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荷，導致齒座折斷和鋸齒一同脫落；或者是鋼管夾持不穩定、液壓泄露，鋸切過程中產生工件移動，形成連鎖反應。連續禿齒形狀如圖9 所示。

圖9

（7）鋸齒粘屑、崩刃。這種問題大多發生在不銹鋼、合金鋼鋼管的鋸切上。由于工件的塑性好、導熱率低，在切削過程中，切屑不容易脫落、經常粘結在鋸齒刃口，形成積屑瘤，繼續鋸切時，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）對于鋸齒前側尖崩裂問題。應從鋸齒自身性能方面考慮，需要選擇韌性較好的P40 硬質合金刀塊；從鋸片加工精度方面需要嚴格控制鋸齒刃磨的寬度差、對稱度、徑向圓跳動值等指標，符合技術要求；從鋸機方面考慮，主軸箱的進給精度應良好，包括側向不擺動、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，這樣做的結果可以減少異常的沖擊和震動；從鋸切參數方面，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，必須嚴格執行焊接工藝規程，加強工序質量檢驗，從源頭上控制好鋸齒的焊接質量。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，焊接強度符合技術標準；另外，焊接時需要防止在刀塊上產生隱形裂紋，可在刃磨后做抽樣的放大檢驗。

（3）對于鋸齒整體脫落問題。由于產生這種問題的原因主要在焊接工序，因此，嚴格執行焊接工藝是非常重要的。一是避免焊接溫度過高導致焊料嚴重流失，也需要防止焊接溫度過低導致焊料熔化不足；二是要保持相關位置干燥干凈，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生磕碰的有效措施；其次，鋸片本身應該具有良好的端面圓跳動精度、合理的應力指標、夾持穩定，控制鋸片的擺動量符合技術要求，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重不均問題。 首先，在生產鋸片時，需要嚴格控制鋸齒的徑向圓跳動精度，這是鋸片自身的基本質量要求；第二，鋸機主軸自身徑跳精度需要經常檢測、維修，保持在鋸機精度規范之內；第三，鋸機主軸軸位尺寸與鋸片內孔尺寸的配合間隙一定要合理，兩者都需要按照規范要求控制自己的尺寸公差，主軸軸位磨損嚴重時，一定要給予更換。

（6）對于鋸齒打碎后引起連續禿齒問題。首先，應該保證鋼管不存在超標的彎曲，減少鋸切過程中產生的突然串動以及卡鋸；另外，鋸機方面需要經常檢查，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，在選擇硬質合金鋸齒材料時需要增加其耐熱性、紅硬性，減小摩擦系數；第二，在齒型設計方面，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，降低切削熱的集聚、延緩積屑瘤的形成。

4 結語

本文針對無縫鋼管生產廠家排管鋸機的使用情況，以及生產現場鋸齒損傷情況，分析了鋸齒損傷產生的原因，通過分析總結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用廣泛，鋸片消耗量很大，國內的年用量達到10 萬片左右，每年因為鋸齒的異常損傷造成很大的經濟損失，同時也影響鋼管生產的連續、順暢進行。

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

（3）培養鋸切操作者良好的操作習慣、認真貫徹現場操作規程，是做好鋸切工作的重要基礎，為此需要鋼管生產廠家進行更加嚴格、細致的現場管理。