Rury stalowe są ważnym elementem stosowanym w transporcie ropy i gazu, inżynierii komunalnej, przemyśle chemicznym, przemyśle mechanicznym, energetyce i infrastrukturze morskiej.
Zgodnie z różnymi procesami produkcyjnymi, przemysłowe rury stalowe dzielą się głównie na dwie kategorie: rury stalowe bez szwu i rury ze zgrzewaniem oporowym(ERW) rury stalowe. Chociaż obie te rury mogą spełniać wymagania dotyczące transportu płynów i nośności-strukturalnej, zasady ich formowania, procesy produkcyjne, właściwości strukturalne, właściwości mechaniczne, dokładność wymiarowa i zakresy zastosowań znacznie się różnią. Podczas dokonywania zakupów i projektowania rurociągów wielu inżynierów może mieć pewne niezrozumienie granic wydajności rur stalowych ERW i rur stalowych bez szwu, co może prowadzić do niewłaściwego doboru materiału, potencjalnego zagrożenia bezpieczeństwa lub marnotrawstwa kosztów.
Rury stalowe bez szwu produkowane są metodą wykrawania i walcowania, bez szwów spawalniczych; podczas gdy rury stalowe ERW są wykonane z taśm stalowych giętych na zimno, a następnie spawane z zastosowaniem oporu o wysokiej-częstotliwości. Zasadnicza różnica w procesach produkcyjnych prowadzi do znacznych różnic w mikrostrukturze, wytrzymałości na ściskanie i stabilności żywotności. Dlatego w tym artykule porównano te dwa typy rur pod różnymi względami, aby zapewnić rozsądną podstawę do produkcji przemysłowej i doboru materiałów konstrukcyjnych.
Różnice w podstawowych definicjach i zasadach formacji
1. Zasada bezszwowych rur stalowych
Rury stalowe bez szwu to puste w środku rury stalowe wytwarzane w ciągłym procesie formowania na gorąco. Nie wymagają spawania w procesie produkcyjnym. Podstawową zasadą produkcji jest przebijanie na gorąco i walcowanie ciągłe. Rury bez szwu powstają z litego kęsa stalowego, który jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie przebijany, walcowany, wymiarowany i chłodzony. W warunkach plastycznych-w wysokiej temperaturze solidny okrągły kęs stalowy jest przebijany przez maszynę przebijającą w celu utworzenia kęsa pustej rury, a następnie stosuje się wielokrotne przejścia walcowania w celu precyzyjnej kontroli grubości ścianki i średnicy zewnętrznej. Ponieważ w procesie produkcyjnym nie stosuje się procesów cięcia, łączenia ani spawania, korpus rury całkowicie zachowuje ciągłą strukturę włókien metalowych surowca. Nie ma żadnych słabych punktów konstrukcyjnych, takich jak szwy spawalnicze. Dlatego ta cecha decyduje o tym, że rury stalowe bez szwu mają wysoką ogólną integralność strukturalną i równomierną-nośność.
2. Zasada rur stalowych spawanych ERW
Rury stalowe ERW to typowe rury stalowe spawane wzdłużnie, które są produkowane w procesie spawania oporowego-o wysokiej częstotliwości. Podstawową zasadą jest użycie-taśmy stalowej walcowanej na gorąco jako surowca, a następnie użycie wielu rolek formujących w celu ciągłego walcowania płaskich taśm stalowych w kształt cylindrycznej pustej rury. Następnie, wykorzystując efekt naskórkowania i efekt bliskości prądu o wysokiej-częstotliwości, krawędzie półwyrobu rury szybko nagrzewają się do stanu plastycznego. Pod wpływem mechanicznego wyciskania rolek formujących, stopione krawędzie po podgrzaniu są wytłaczane i formowane, tworząc szczelną spoinę wzdłużną. W odróżnieniu od procesu formowania rur bez szwu, rury stalowe ERW produkowane są poprzez kombinację „formowania + spawania”, przy czym w korpusie rury występują szwy spawalnicze. Chociaż nowoczesna technologia spawania-o wysokiej częstotliwości może sprawić, że wytrzymałość spoiny będzie bliska wytrzymałości materiału podstawowego, obszar spoiny jest nadal strefą modyfikacji metalurgicznych, a jego mikrostruktura różni się od materiału podstawowego. Jest to najbardziej oczywista różnica konstrukcyjna pomiędzy rurami stalowymi ERW a rurami stalowymi bez szwu.
Różnice w procesach produkcyjnych
1. Proces produkcyjnybezszwowe rury stalowe
Produkcja rur stalowych bez szwu jest procesem złożonym. Cały proces obejmuje kontrolę kęsów stali,-nagrzewanie w wysokiej temperaturze, przebijanie obrotowe, walcowanie ciągłe, prostowanie formatu, chłodzenie, cięcie-na długość, wykrywanie wad i kontrolę gotowego produktu. Najpierw solidny okrągły kęs stali jest podgrzewany w piecu grzewczym do temperatury powyżej 1200 stopni. Ma to na celu zapewnienie mu wystarczającej zdolności do odkształcenia plastycznego. Następnie maszyna przebijająca przebija kęs stalowy, tworząc wydrążoną rurową osłonę. Następnie płaszcz rurowy wchodzi do walcarki i poddawany jest wielokrotnym redukcjom i korektom średnicy zewnętrznej, aby zapewnić jednolitą grubość ścianki i spełnić wymagania dotyczące dokładności wymiarowej. Na koniec rura stalowa jest schładzana, prostowana i cięta na gotowe produkty. Cały proces opiera się na walcowaniu na gorąco i odkształceniu plastycznym, bez stosowania zabiegów spawalniczych. Dlatego cykl produkcyjny rur stalowych bez szwu jest długi, zużycie energii wysokie, a wydajność produkcji stosunkowo niska. Dlatego te wady są bardziej oczywiste w przypadku produkcji rur stalowych bez szwu o dużych-średnicach i cienkościennych-.
2. Proces produkcji rur ERW
Rury ERW produkowane są na ciągłej i wydajnej linii produkcyjnej do gięcia na zimno i spawania. Główne procesy obejmują odwijanie zwojów stali, spłaszczanie materiału taśmy, przycinanie krawędzi, walcowanie ciągłe i formowanie, zgrzewanie oporowe-o wysokiej częstotliwości, usuwanie szwów spawalniczych, chłodzenie, kalibrowanie, prostowanie,-cięcie przelotowe i-testy nieniszczące. Surowcem do produkcji rur ERW są-zwoje stali walcowanej na gorąco, która może być dostarczana w sposób ciągły i produkowana w sposób ciągły. Podstawowym etapem produkcji jest spawanie-w stanie stałym-o wysokiej częstotliwości, podczas którego można uzyskać stopienie spoiny bez konieczności stosowania drutu spawalniczego i topnika. Cechą charakterystyczną całej linii produkcyjnej jest zdolność do pracy ciągłej, krótki cykl produkcyjny i wysoka wydajność. W porównaniu z produkcją rur bez szwu proces ERW charakteryzuje się niższym zużyciem energii, wyższym poziomem automatyzacji i większą zdolnością produkcyjną; jednakże produkty są ograniczone szerokością materiału taśmy i procesem formowania, a także istnieją pewne ograniczenia dotyczące produkcji rur o ultra-grubych-ściankach i-o bardzo dużych-średnicach rur.
Różnice strukturalne i mikroskopowe
1. Integralność strukturalna
Bezszwowa rura stalowa ma ogólnie jednolitą strukturę bez spawów i słabych punktów w korpusie rury. Jego wewnętrzna struktura z włókien metalowych jest ciągła i jednolita we wszystkich kierunkach, a rozkład naprężeń jest spójny, gdy wytrzymuje ciśnienie wewnętrzne i siły zewnętrzne. Różnica polega na tym, że rury stalowe ERW mają widoczne spawy. Obszar spoiny ulega procesom topienia, rekrystalizacji i szybkiego chłodzenia, w wyniku czego powstają różnice w strukturze ziaren. Dlatego jednorodność strukturalna rur stalowych ERW jest nieco niższa niż rur stalowych bez szwu, a spoina jest zawsze kluczową częścią kontrolną i stosunkowo słabym ogniwem korpusu rury.
2. Różnice pomiędzy dokładnością wymiarową a jakością powierzchni
Materiały rurowe ERW charakteryzują się wyższą dokładnością wymiarową i stabilniejszą jakością powierzchni. Ponieważ wykorzystuje technologię walcowania taśm i precyzyjnego wymiarowania, tolerancja grubości ścianki, okrągłość i prostość materiałów rurowych ERW są dobrze kontrolowane, ściany wewnętrzne i zewnętrzne są gładkie, a odchylenie wymiarowe jest niewielkie. Rury bez szwu powstają w wyniku-wykrawania i walcowania w wysokiej temperaturze, a temperatura ogrzewania i stabilność walcowania łatwo wpływają na jednorodność grubości ścianek. Dlatego tolerancja grubości ścianki i chropowatość powierzchni rur bez szwu są stosunkowo wyższe.
Różnice w wydajności mechanicznej i bezpieczeństwie
Tolerancja ciśnienia i stabilność strukturalna
Bezszwowa rura stalowa ma doskonałą ogólną odporność na ściskanie i uderzenia. Dzięki brakowi szwów spawalniczych można całkowicie uniknąć typowych wad spawalniczych, takich jak mikropęknięcia. W warunkach ultra-wysokiego ciśnienia, niskiej temperatury i intensywnych wstrząsów rura stalowa bez szwu może nadal zachować stabilne właściwości mechaniczne i jest mniej podatna na nagłe pęknięcia. Rury stalowe ERW mogą spełniać wymagania dotyczące ciśnienia roboczego większości konwencjonalnych rurociągów, ale obszar spawania jest bardziej wrażliwy na obciążenia zmęczeniowe i wpływ-niskiej temperatury.
Różnice w zakresie zastosowań
1. Zastosowania rur stalowych bez szwu
Rury stalowe bez szwu stosowane są głównie w niezwykle wymagających warunkach pracy. Na przykład główne scenariusze ich zastosowań obejmują wysoko{{1}ciśnieniowe rurociągi kotłowe, rurociągi petrochemiczne wysoko-temperaturowe i wysoko-ciśnieniowe, wysoko-linie magistralne do przesyłu gazu ziemnego-, hydrauliczne rurociągi elektroenergetyczne, inżynierię kriogeniczną w niskich-temperaturach oraz-precyzyjny sprzęt do produkcji mechanicznej itp. W tych dziedzinach obowiązują niezwykle wysokie wymagania dotyczące bezpieczeństwa konstrukcji, co wymaga zerowego wskaźnika defektów i doskonałej zdolności adaptacji do ekstremalnych środowisk. Dlatego w tych zastosowaniach preferowane są bezszwowe rury stalowe.
2. Zastosowanie rur ERW
Rury ERW są szeroko stosowane w konwencjonalnych scenariuszach średniego i niskiego ciśnienia, takich jak miejskie rurociągi wodociągowe i odwadniające, rurociągi przeciwpożarowe, budowanie pali rurowych o konstrukcji stalowej, wtórne rurociągi transportowe ropy i gazu w przemyśle ogólnym, rurociągi transportowe w przemyśle lekkim i sektorze chemicznym, a także ogólne rurociągi wsporcze mechaniczne.
Podstawowa różnica między rurami stalowymi spawanymi ERW a rurami stalowymi bez szwu polega na ich zupełnie odmiennych zasadach produkcji i mechanizmach formowania.
Rury stalowe bez szwu są produkowane w procesie wykrawania i walcowania-w wysokiej temperaturze, charakteryzującym się brakiem spawów, jednolitą strukturą metalu, doskonałymi ogólnymi właściwościami mechanicznymi i dużą zdolnością przystosowania do ekstremalnych środowisk pracy. Jednak koszty ich produkcji są wysokie, wydajność niska, a tolerancje wielkości duże.
Z drugiej strony rury stalowe ERW są produkowane poprzez formowanie na zimno arkuszy i zgrzewanie oporowe-wysokiej częstotliwości. Mają zalety wysokiej wydajności produkcji, niskiego kosztu, wysokiej dokładności wymiarowej i gładkiej powierzchni. Ich wadą jest jednak różnica konstrukcyjna pomiędzy spoiną a materiałem bazowym.
Wybierając materiały do zastosowań inżynieryjnych, należy wziąć pod uwagę rzeczywiste ciśnienie robocze, temperaturę otoczenia i koszt budżetowy, a następnie wybrać odpowiedni rodzaj materiału na rurę. Rury stalowe bez szwu nadają się do zastosowań przemysłowych, w których występuje wysokie ciśnienie, niska temperatura, wysokie ryzyko i wysoka niezawodność, natomiast rury stalowe ERW są najbardziej ekonomicznym i wydajnym wyborem w konwencjonalnym transporcie rurociągami nisko- i średnio-ciśnieniowym oraz w inżynierii konstrukcyjnej. Wraz z ciągłym rozwojem technologii spawania i obróbki cieplnej różnica w wydajności pomiędzy-wysokiej jakości rurami stalowymi ERW a rurami stalowymi bez szwu stopniowo się zmniejsza, co będzie dalej sprzyjać przyszłemu rozwojowi branży produkcji rur stalowych w kierunku dywersyfikacji i udoskonalenia.
