Заварените стоманени тръби са незаменими материали в съвременната промишлена инфраструктура, широко използвани в транспорта на нефт и газ, общински водни проекти, мостово инженерство, морски проекти и изграждане на съоръжения за вятърна енергия, наред с други.
Според различните методи за заваряване и формоване, заварените стоманени тръби се разделят главно на заварени стоманени тръби с прав шев и спирално заварени стоманени тръби. Сред тях заварените стоманени тръби с прав шев включват съпротивително заваряване(ERW) стоманени тръбии надлъжно заваряване под флюс(LSAW) стоманени тръби. Заваръчните шевове на този тип стоманени тръби са надлъжни заварки, които са прави по тялото на тръбата. За разлика от тях спирално заварените стоманени тръби (SSAW) приемат технология за непрекъснато спирално формоване и електродъгово заваряване под флюс, образувайки спираловидни-образни заварки, които са наклонени върху повърхността на тялото на тръбата.
Въпреки че и двата типа стоманени тръби се произвеждат чрез процеси на формоване на листове и заваряване и могат да отговорят на изискванията за транспортиране на флуиди и носене-на структурно натоварване, те имат фундаментални разлики в принципите на формоване, разпределението на заваръчните шевове, производствените процеси, характеристиките на механичното напрежение, характеристиките на размера и приложимите работни условия. При действителното инженерство и снабдяване с материали е много важно да се разграничат съществените разлики между заваряване с прав шев и спирално заваряване, което помага да се избегнат неправилен избор и произтичащите от това оперативни рискове.
Основна дефиниция и разлики в принципа на формиране
1. Принцип на заваряване на надлъжни шевове
Заваряването с прав шев се отнася до процес на заваряване, при който се образува непрекъснат прав заваръчен шев по надлъжната посока на стоманената тръба. Суровината за стоманени тръби с прав шев е стоманена плоча или стоманена лента с фиксирана-широчина. По време на производството на стоманени тръби плоската стомана се огъва и навива в цилиндрични тръбни заготовки чрез множество формовъчни ролки. Двата успоредни ръба на стоманената лента се подравняват по надлъжната посока на тялото на тръбата и след това празнината се заварява и стопява, за да образува спретнат надлъжен прав шев. За тръби с прав шев със среден и малък диаметър се използва високо-честотно съпротивително заваряване (ERW), при което краищата на стоманената лента се нагряват от високо-честотен ток, за да се постигне мигновено екструдиране и стапяне, без необходимост от допълнителен метал. За дебело{8}}стенни тръби с прав шев с голям диаметър се използва надлъжно дъгово заваряване под флюс (LSAW), като се използва заваръчна тел и флюс за заваряване чрез проникване. Независимо кой процес се използва, заваръчният шев се простира по цялата дължина на тялото на тръбата.
2. Спирално заваряванеПринцип
Спиралното заваряване е специален процес на производство на тръби, който комбинира наклонено непрекъснато формоване и заваряване под флюс. За разлика от правото огъване на стоманени тръби с прав шев, стоманената лента се подава в устройството за формоване под фиксиран ъгъл и непрекъснато се навива в цилиндрична тръбна заготовка чрез спирално валцоване, създавайки еднакви спирални междини. Впоследствие системата за заваряване под флюс извършва непрекъснато заваряване по спиралната траектория, като в крайна сметка образува гладка и плътна спирална заварка. Спиралните заварки са наклонени под определен ъгъл и дължината на заварката надвишава дължината на тръбата. Основният принцип на спиралното заваряване е да се преработи стоманена лента с фиксирана -широчина в стоманени тръби с различни диаметри чрез регулиране на ъгъла, постигайки производство с гъвкав диаметър, което не може да се постигне чрез заваряване с прав шев.
Разлики в производствените процеси
1. Процес на заваряване с прав шев
Производственият процес на тръби с прав шев е прост и силно автоматизиран. Целият процес включва развиване на стоманени рулони, сплескване, подрязване на ръбове, изправяне, надлъжно заваряване, завършване на заваряване, охлаждане, оразмеряване, изправяне и рязане по дължина. Тръбите ERW с прав шев се заваряват чрез високо-честотно съпротивително нагряване, характеризиращо се с висока скорост на заваряване и висока производствена ефективност. LSAW тръбите с прав шев използват формоване на дебела стоманена плоча и многократно заваряване под флюс, със строг контрол върху точността на прореза и дълбочината на проникване. Параметрите на формоване на производствената линия с прав шев са фиксирани, формоването е стабилно и точността на размерите е висока. Производствената му гъвкавост обаче е ограничена. Всяка ширина на стоманената лента съответства само на един диаметър на тръбата, така че производствената гама на тръби с ултра-голям диаметър е ограничена от ширината на стоманената лента.
2. Процес на спирално заваряване
Процесът на спирално заваряване използва непрекъснато динамично спирално формоване и двустранно заваряване под флюс. Неговият технологичен поток включва развиване, изправяне на ленти, прецизно фрезоване на челната повърхност, спираловидно-оформяне с регулируем-ъгъл, двустранно електродъгово заваряване под флюс както отвътре, така и отвън, полиране на заваръчния шев, циркулационно охлаждане, корекция на размера, рязане-на мушката и без-разрушителен тест на целия заваръчен шев. Най-забележителната характеристика на този процес е регулируемият ъгъл на формоване. Чрез промяна на ъгъла на подаване на стоманената лента, производителите могат да произвеждат тръби с различни външни диаметри, използвайки една и съща суровина, което значително повишава гъвкавостта на производството. Целият производствен процес е непрекъснат и непрекъснат, подходящ за широко-производство на тръби с голям-диаметър и средна-дебели-стени. Въпреки това системата за спиралообразно формоване и заваряване има високи изисквания за съвпадение на параметрите и е необходим прецизен контрол на ъгъла на формоване, скоростта на заваряване, тока и напрежението, за да се избегне отместването на заваръчния шев и деформацията на формоване.
Структурни разлики
1. Характеристики на заваръчната структура
За заварените тръби с прав шев има само един надлъжен заваръчен шев в цялостната конструкция, с къс заваръчен път и права линия. Микроструктурата на заваръчния шев е стабилна. Зоната на топлинно въздействие е концентрирана и тясна, а цялостната структурна еднородност на тялото на тръбата е добра. За спираловидно заварени тръби се приемат непрекъснати спираловидни-заваръчни шевове. В сравнение с тръби с прав шев със същата спецификация, дължината на заваръчния шев е по-дълга. По-дългият заваръчен шев увеличава общата заваръчна площ и теоретично също увеличава възможността от съществуващи заваръчни дефекти. Въпреки това, непрекъснатият спирален заваръчен шев избягва локалните празнини на заваръчните фуги. В допълнение, спираловидният заваръчен шев има характеристиките на припокриване и непрекъснатост, като по този начин подобрява цялостната структурна цялост на тялото на тръбата.
Точност на размерите и гъвкавост на производството
Заварената тръба с прав шев има по-добра точност на размерите и качество на повърхността. Процесът на формоване е стабилен, с малки допуски за външен диаметър, дебелина и заобленост на стената, гладки вътрешни и външни стени и еднаква праволинейност. Стандартизираните параметри на формоване правят тръбата с прав шев по-подходяща за прецизен монтаж и тръбопроводни проекти с високи-изисквания. Недостатъкът обаче е, че производствената гъвкавост е слаба, ограничена от ширината на стоманената лента и не може гъвкаво да се превключва в диаметрите на тръбата по време на производствения процес. За разлика от това, спираловидната заварена тръба има малко по-ниска точност на размерите от тръбата с прав шев, с по-малък толеранс на елиптичност, но има изключително висока производствена гъвкавост. Чрез регулиране на ъгъла на спиралата една единствена спецификация на стоманена лента може да произведе десетки различни спецификации на диаметрите на тръбите, като значително намалява разходите за формоване и съкращава производствения цикъл за тръби с голям-диаметър по поръчка.
Технически предимства и ограничения
1. Предимства и недостатъци на заваряването с прав шев
Заваряването с прав шев има предимствата на бърза скорост на заваряване, висока производствена ефективност, висока степен на квалификация на продукта, редовно образуване на заваръчен шев, тясна зона, засегната от топлина, и стабилни механични свойства. Прилага се главно в производствения процес на тръбни материали със среден-диаметър, тънко-стени и средно{3}}дебели-стени. По-малкото заварки могат да намалят вероятността от поява на дефект и да улеснят цялостната проверка и поддръжка. Основните му недостатъци са слабата гъвкавост, ограниченият производствен капацитет за големи диаметри и слабата способност за дисперсия на напрежението. При свръх-условия на промяна на налягането и натоварването, заваряването с прави шевове е по-предразположено към повреда при концентрация на напрежението.
2. Предимства и недостатъци на спиралните заварки
Основните предимства на спиралното заваряване се крият в способността му за гъвкаво регулиране на диаметъра, отлично представяне на дисперсия на напрежението, силна производствена способност за тръбопроводи с голям-диаметър и висока структурна безопасност. Спиралните заварки могат ефективно да възпрепятстват разпространението на пукнатини и са подходящи за транспортиране под високо-налягане на дълги-разстояния. Основните недостатъци са по-дългото време за заваряване, по-ниската производствена ефективност-на машината, по-висок риск от дребни дефекти с увеличаване на дължината на заваръчния шев и малко по-ниска точност на размерите.
Разлики в индустриалното приложение
Поради техните отличителни експлоатационни характеристики, заварените тръби с прав шев и спирално заварените тръби са установили ясни граници на приложение в промишленото инженерство. Заварените тръби с прав шев се използват широко в градско водоснабдяване и дренаж, противопожарни тръбопроводи, строителни тръбни пилоти, транспортиране на газ под ниско{1}}налягане и механично оборудване, поддържащо тръбопроводи. Поради високата си точност на размерите и стабилно качество на заваряване, тръбите с прав шев от висок-клас ERW и LSAW също са подходящи за проекти за тръбопроводи с високо-налягане на къси-разстояния. Докато спирално заварените тръби се използват главно за напречни-регионални магистрални нефто- и газопроводи, общински тръбопроводи за пренос на вода с голям-диаметър, тръбопроводи за морско инженерство, инфраструктура за вятърна енергия и тръбопроводи за хидравлично налягане, които са проекти за-транспортиране на дълги разстояния.
Основната разлика между заваряването с прав шев и спиралното заваряване се крие в различни траектории на формоване, модели на разпределение на заваръчните шевове и т.н. Заваряването с прав шев включва линейни заварки, висока точност на размерите, висока производствена ефективност и проста структура и е подходящо за стандартизирани проекти за тръбопроводи със среден до малък диаметър и висока-прецизност. Спиралното заваряване използва наклонени спирални заварки и може гъвкаво да регулира диаметъра. Той е незаменим при изграждането на тръбопроводи с голям-диаметър, дълги-разстояния и високо{6}}налягане. Нито един от двата процеса на заваряване няма абсолютно превъзходство или по-ниско качество. Стойността на тяхното приложение зависи от действителните инженерни условия, нивата на налягане, спецификациите на диаметъра на тръбата и разходните бюджети. С непрекъснатото надграждане на автоматизацията на заваряване и интелигентните технологии за откриване, разликата в производителността между двете постепенно намалява. В бъдеще усъвършенстваното и диференцирано приложение на технологиите за заваряване с прав шев и спирално заваряване ще насърчи допълнително високо{11}}развитието на качеството на производството на стоманени тръби и индустриите за тръбопроводно инженерство.
