Зварні сталеві труби є незамінними матеріалами в сучасній промисловій інфраструктурі, широко використовуються в транспортуванні нафти та газу, муніципальних водопровідних проектах, інженерії мостів, морських проектах та будівництві вітрових електростанцій тощо.
Відповідно до різних методів зварювання та формування зварні сталеві труби в основному поділяються на сталеві труби з прямим швом і спіральнозварні сталеві труби. Серед них прямошовні зварні сталеві труби включають контактне зварювання(ERW) сталеві трубиі поздовжнє дугове зварювання під флюсом(LSAW) сталеві труби. Зварні шви цього типу сталевих труб є поздовжніми зварними швами, які є прямими вздовж тіла труби. На відміну від цього, спіральнозварні сталеві труби (SSAW) використовують технологію безперервного формування спіралі та дугового зварювання під флюсом, утворюючи спіралеподібні -зварні шви, які розташовані під нахилом на поверхні тіла труби.
Хоча обидва типи сталевих труб виготовляються за допомогою процесів формування листів і зварювання та можуть відповідати вимогам щодо транспортування рідини й несіння-конструкційного навантаження, вони мають принципові відмінності в принципах формування, розподілі зварних швів, виробничих процесах, характеристиках механічної напруги, характеристиках розмірів і відповідних робочих умовах. У реальному проектуванні та закупівлі матеріалів дуже важливо розрізняти суттєві відмінності між прямим зварюванням і спіральним зварюванням, що допомагає уникнути неправильного вибору та пов’язаних із цим операційних ризиків.
Базове визначення та відмінності принципів формування
1. Принцип поздовжнього шовного зварювання
Зварювання прямим швом відноситься до процесу зварювання, коли безперервний прямий зварний шов формується вздовж поздовжнього напрямку сталевої труби. Сировиною для прямошовних сталевих труб є-сталева пластина або сталева стрічка фіксованої ширини. Під час виробництва сталевих труб плоска сталь згинається та прокатується в циліндричні трубні заготовки за допомогою кількох формувальних роликів. Два паралельних краю сталевої смуги вирівнюють уздовж поздовжнього напрямку тіла труби, а потім зазор заварюють і сплавляють, утворюючи акуратний поздовжній прямий шов. Для прямошовних труб середнього та малого діаметру використовується високо{5}}зварювання опором (ERW), коли краї сталевої смуги нагріваються струмом високої-частоти для досягнення миттєвої екструзії та плавлення без потреби в присадковому металі. Для товстостінних прямошовних труб великого діаметру використовується поздовжнє дугове зварювання під флюсом (LSAW) з використанням зварювального дроту та флюсу для зварювання проплавленням. Незалежно від того, який процес використовується, зварний шов проходить по всій довжині тіла труби.
2. Спіральне зварюванняПринцип
Спіральне зварювання - це спеціальний процес виробництва труб, який поєднує в собі безперервне формування під нахилом і зварювання під флюсом. На відміну від прямого згинання сталевих труб з прямим швом, сталева стрічка подається в формувальний пристрій під фіксованим кутом і безперервно згортається в циліндричну трубну заготовку за допомогою спіральної прокатки, створюючи рівномірні спіральні зазори. Згодом система зварювання під флюсом виконує безперервне зварювання вздовж спіральної траєкторії, утворюючи в кінцевому підсумку гладкий і щільний спіральний шов. Спіральні шви нахилені під певним кутом, а довжина шва перевищує довжину труби. Основним принципом спірального зварювання є переробка сталевої смуги-фіксованої ширини в сталеві труби різного діаметру шляхом регулювання кута, що забезпечує гнучке виробництво діаметра, чого неможливо досягти зварюванням прямим швом.
Відмінності у виробничих процесах
1. Процес прямошовного зварювання
Процес виробництва прямошовних труб простий і високоавтоматизований. Весь процес включає розмотування сталевих рулонів, вирівнювання, обрізання країв, вирівнювання, поздовжнє зварювання зварюванням, остаточне зварювання, охолодження, визначення розміру, вирівнювання та -розрізання по довжині. Труби ERW з прямим швом зварюються за допомогою високо-резистентного нагрівання, що забезпечує високу швидкість зварювання та високу ефективність виробництва. Труби з прямим швом LSAW використовують формування товстої сталевої пластини та багатопрохідне дугове зварювання під флюсом із суворим контролем точності прорізів і глибини проплавлення. Параметри формування виробничої лінії прямого шва фіксовані, формування стабільне, а точність розмірів висока. Однак його виробнича гнучкість обмежена. Кожна ширина сталевої смуги відповідає лише одному діаметру труби, тому діапазон виробництва труб над-великого діаметру обмежений шириною сталевої смуги.
2. Процес спірального зварювання
У процесі спірального зварювання використовується безперервне динамічне формування спіралі та дво-стороннє зварювання під флюсом. Його технологічний процес включає розмотування, випрямлення смуги, точне фрезерування торців, регульоване-кутове спіральне формування, дво-стороннє дугове зварювання під флюсом як зсередини, так і зовні, полірування зварних швів, циркуляційне охолодження, корекцію розміру,-відрізання та {-неруйнівний контроль повного зварного шва. Найбільш помітною особливістю цього процесу є регульований кут формування. Змінюючи кут подачі сталевої стрічки, виробники можуть виготовляти труби з різними зовнішніми діаметрами, використовуючи ту саму сировину, що значно підвищує гнучкість виробництва. Весь виробничий процес безперервний і придатний для великого-виробництва труб великого-діаметра, середньої{11}}товщини-стінок. Однак система спірального формування та зварювання має високі вимоги до відповідності параметрів, і необхідний точний контроль кута формування, швидкості зварювання, струму та напруги, щоб уникнути зсуву зварного шва та деформації при формуванні.
Структурні відмінності
1. Характеристика зварювальної конструкції
Для прямошовних зварних труб існує лише один поздовжній зварний шов у загальній конструкції з короткою траєкторією зварювання та прямою лінією. Мікроструктура зварного шва стабільна. Зона теплового впливу є концентрованою та вузькою, а загальна однорідність структури тіла труби хороша. Для спіральних зварних труб застосовують безперервні спіралеподібні -зварні шви. Порівняно з прямошовними трубами тієї ж специфікації, довжина зварного шва більша. Довший зварювальний шов збільшує загальну площу зварювання і теоретично також збільшує ймовірність наявних дефектів зварювання. Однак безперервний спіральний зварний шов дозволяє уникнути локальних зазорів зварних швів. Крім того, спіральний зварний шов має характеристики перекриття та безперервності, тим самим підвищуючи загальну структурну цілісність тіла труби.
Точність розмірів і гнучкість виробництва
Прямошовна зварна труба має кращу точність розмірів і якість поверхні. Процес формування є стабільним, з невеликими допусками для зовнішнього діаметра, товщини стінки та округлості, гладкими внутрішніми та зовнішніми стінками та рівномірною прямолінійністю. Стандартизовані параметри формування роблять трубу з прямим швом більш придатною для точного монтажу та проектів трубопроводів із високими -вимогами. Однак недоліком є те, що виробнича гнучкість низька, обмежена шириною сталевої смуги, і не можна гнучко змінювати діаметр труби під час виробничого процесу. Навпаки, спіральна зварена труба має дещо нижчу точність розмірів, ніж труба з прямим швом, з меншим допуском на еліптичність, але має надзвичайно високу виробничу гнучкість. Завдяки регулюванню кута спіралі одна специфікація сталевої смуги може виробляти десятки різних діаметрів труб, що значно знижує витрати на форму та скорочує виробничий цикл для нестандартних труб великого-діаметра.
Технічні переваги та обмеження
1. Переваги та недоліки прямошовного зварювання
Зварювання прямим швом має такі переваги, як висока швидкість зварювання, висока ефективність виробництва, високий рівень кваліфікації продукту, регулярне формування зварного шва, вузька зона термічного впливу та стабільні механічні властивості. Застосовується в основному у процесі виробництва труб середнього-діаметру, тонкостінних-і середньо{3}}товст-стінних матеріалів. Менша кількість зварних швів може зменшити ймовірність появи дефектів і полегшити комплексний огляд і обслуговування. Його основні недоліки полягають у поганій гнучкості, обмеженій виробничій потужності для великих діаметрів і слабкій здатності до дисперсії напруг. В умовах над-високого тиску та зміни навантаження зварювання прямим швом більш схильне до поломки концентрації напруги.
2. Переваги та недоліки спіральних швів
Основні переваги спірального зварювання полягають у його здатності гнучко регулювати діаметр, чудовій ефективності розподілу напруги, потужній виробничій здатності для трубопроводів великого-діаметра та високій надійності конструкції. Спіральні зварні шви можуть ефективно перешкоджати поширенню тріщин і підходять для-транспортування під високим{3}}тиском на великі відстані. Основними недоліками є довший час зварювання, нижча ефективність виробництва однієї -машини, вищий ризик дрібних дефектів із збільшенням довжини зварного шва та дещо нижча точність розмірів.
Відмінності в промисловому застосуванні
Завдяки своїм відмінним характеристикам прямошовні зварні труби та спіральнозварні труби встановили чіткі межі застосування в промисловому будівництві. Прямошовні зварні труби широко використовуються в міському водопостачанні та дренажі, протипожежних трубопроводах, будівельних конструкційних трубних палях, транспортуванні газу під низьким{1}}тиском і механічному обладнанні, що підтримує трубопроводи. Завдяки високій точності розмірів і стабільній якості зварювання прямошовні труби високого-класу ERW і LSAW також підходять для проектів трубопроводів високого-тиску на короткі{4}}відстані. У той час як спіральнозварні труби в основному використовуються для перехресних-регіональних магістральних нафто- та газопроводів, муніципальних-водопровідних трубопроводів-діаметра, морських інженерних трубопровідних паль, вітроенергетичної інфраструктури та гідравлічних напірних трубопроводів, які є-транспортними проектами на великі відстані.
Основна відмінність між прямим шовним зварюванням і спіральним зварюванням полягає в різних траєкторіях формування, моделях розподілу зварних швів тощо. Пряме шовне зварювання характеризується лінійними зварними швами, високою точністю розмірів, високою ефективністю виробництва та простою структурою, і підходить для стандартизованих проектів трубопроводів середнього та малого діаметру та високої-точності. У спіральному зварюванні використовуються похилі спіральні зварювальні шви з можливістю гнучкого регулювання діаметра. Він незамінний при будівництві трубопроводів великого-діаметра,-протяжності та високого{6}}напору. Жоден із двох процесів зварювання не має абсолютної переваги чи нижчості. Цінність їх застосування залежить від фактичних інженерних умов, рівнів тиску, технічних характеристик діаметра труби та бюджету витрат. Завдяки постійному вдосконаленню автоматизації зварювання та інтелектуальних технологій виявлення розрив у продуктивності між ними поступово скорочується. У майбутньому вдосконалене та диференційоване застосування технологій зварювання прямим швом і спірального зварювання сприятиме високому{11}}розвитку виробництва сталевих труб і трубопровідної промисловості.
