لوله های بدون درز در مقابل LSAW در مقابل لوله های جوش داده شده مارپیچی: فرآیندهای تولید، تفاوت ها و کاربردهای صنعتی

لوله‌های بدون درز، لوله‌های جوشی طولی و لوله‌های جوشی مارپیچی سه نوع اصلی لوله‌های فولادی هستند و ویژگی‌های متمایز و فرآیندهای ساخت آنها کاربردهای مربوطه را تعیین می‌کند.

بیایید نگاهی به نحوه تولید این انواع مختلف لوله های فولادی بیندازیم.

روش های ساخت لوله های فولادی

خصوصیات کلیدی:لوله های فولادی بدون درز بدون درز جوش در اطراف کل محیط هستند. آنها با سوراخ کردن یک شمش فولادی جامد تولید می شوند.

تولید لوله بدون درز (فرایند نورد مانیسمان)

تولید لوله بدون درز (اکستروژن داغ – آهنگری توخالی داغ)

فرآیندهای اصلی تولید:

1. فرآیند نورد داغ (پرسش داغ/فشرده سازی) (روش اولیه):

مراحل:

شمش گرد جامد ← گرمایش در کوره تا حالت پلاستیکی ← آسیاب سوراخ‌کننده پوسته توخالی ایجاد می‌کند (تشکیل یک لوله ناهموار توخالی) ← نورد آسیاب پیلگر (ازدیاد طول، کاهش دیواره، کنترل قطر) ← اندازه‌گیری/کاهش آسیاب برای تکمیل دقیق ← خنک‌کننده → صاف کردن → برش → بازرسی.

فرآیندهای نمایندگی:
پیرسینگ مانیسمن، سوراخکاری نورد مورب و غیره.

ویژگی ها:
راندمان تولید بالا و توانایی تولید لوله‌های-قطر و ضخیم-بزرگ. این روش تولید غالب است.

2. فرآیند کشیدن سرد (نورد سرد):
 

مراحل:

لوله نورد داغ-به صورت خالی ← ترشی اسید برای حذف رسوب اکسید ← فسفاته/صابون سازی برای روانکاری ← کشش سرد از طریق قالب ها (یا نورد سرد) ← عملیات حرارتی (برای کاهش تنش های داخلی) ← صاف کردن → تکمیل.

ویژگی ها:

دقت ابعادی بالا، پرداخت سطح عالی، و خواص مکانیکی برتر-اما با هزینه تولید بالاتر و حجم خروجی کمتر. معمولاً برای لوله‌های کوچک-قطر، دقیق یا نازک-استفاده می‌شود.

مزایا:

• خواص مکانیکی یکنواخت: بدون درز جوش. ریزساختار همگن در هر دو جهت محیطی و طولی، که منجر به مقاومت در برابر فشار بالا می شود.
• مقاومت در برابر فشار و خوردگی بالا: مناسب برای کاربردهای سخت تحت فشار بالا، دماهای شدید یا محیط های خورنده (مانند لوله های دیگ بخار، سیلندرهای هیدرولیک).
• مقاطع چند منظوره-: قادر به تولید اشکال پیچیده-از جمله نمایه های گرد، مربع، مستطیل و بیضی شکل.

معایب:

• هزینه تولید بالا: جریان فرآیند پیچیده، مصرف انرژی بالا و از دست دادن قابل توجه فلز (بازده کم مواد).
• مشکل در کنترل یکنواختی ضخامت دیوار: به خصوص برای لوله‌های دیواره{0} ضخیم، سطوح داخلی ممکن است خارج از مرکز و عیوب سطحی را نشان دهند.
• محدودیت های اندازه و مشخصات: با اندازه بیلت و تجهیزات پردازش محدود می شود. حداکثر تک-طول و قطر خارجی محدود است (معمولاً کمتر یا مساوی Φ660 میلی متر).

کاربردهای معمولی:

صنایع نفت و شیمیایی (خطوط-دما، فشار بالا-)، دیگ‌های نیروگاه، سیستم‌های هیدرولیک، آستین‌های بلبرینگ، لوله‌های تفنگ/شکه، و اجزای ساختاری مکانیکی با دقت بالا-.

ویژگی های کلیدی: درز جوش یک خط مستقیم موازی با محور طولی لوله است. این لوله ها با شکل دادن ورق یا کلاف فولادی به شکل استوانه ای و سپس جوش دادن درز تولید می شوند.

لوله جوش داده شده با مقاومت الکتریکی (ERW).

لوله جوش داده شده با مقاومت الکتریکی داغ (Hot ERW).

فرآیندهای اصلی تولید:

 

1. لوله جوشی با مقاومت الکتریکی با فرکانس بالا (HF-ERW):

فرآیند:

نوار فولادی (کویل) به طور پیوسته تشکیل می‌شود → جریان فرکانس بالا اعمال می‌شود، با استفاده از اثر پوستی و اثر مجاورتی برای گرم کردن سریع لبه‌های جوش به حالت مذاب ← جوشکاری حالت جامد تحت فشار رول‌های فشرده (بدون نیاز به سیم پرکننده) انجام می‌شود.

ویژگی ها:

سرعت بالا، راندمان بالا، هزینه کم؛ حداقل منطقه تحت تأثیر حرارت{0}}(HAZ) که یکپارچگی جوش را تضمین می کند.

استانداردهای رایج:

ASTM A500 (کاربردهای ساختاری)، JIS G3444 (کاربردهای مکانیکی).

2. لوله طولی جوش داده شده با قوس زیردریایی (LSAW):

فرآیندهای شکل گیری:

شکل دهی JCOE: ورق فولادی ابتدا لبه- خم می شود، سپس به تدریج از طریق J-، C{2}}، و O-به شکل پله ها به صورت یک پوسته استوانه ای شکل می گیرد و به دنبال آن انبساط (تا قطر نهایی منبسط می شود).

تشکیل UOE: لبه‌های ورق فولادی از قبل خم می‌شوند، سپس به شکل U- فشرده می‌شوند، سپس به شکل O- و در نهایت قبل از انبساط جوش داده می‌شوند. این روش به تجهیزات با ظرفیت-بالا نیاز دارد و برای تولید در مقیاس بزرگ ایده آل است.

جوشکاری:

پس از شکل‌گیری، جوشکاری زیرپودری (SAW) هم به صورت داخلی و هم خارجی اعمال می‌شود-قوس الکتریکی در زیر یک لایه شار دانه‌ای می‌سوزد و از اتوماسیون بالا و کیفیت عالی جوش اطمینان می‌دهد.

ویژگی ها:

قادر به تولید لوله‌های با قطر بزرگ-(تا Φ1620 میلی‌متر یا بزرگتر) و لوله‌های ضخیم- با مقاومت فشاری و استحکام ساختاری برتر.

کاربردهای معمولی:

لوله‌های HF-ERW: چارچوب‌های ساختاری (مانند داربست)، مبلمان، انتقال سیال با فشار کم، شفت‌های محرک خودرو.

لوله‌های LSAW: خطوط لوله انتقال نفت و گاز در فواصل طولانی، سازه‌های سکوی فراساحلی، شبکه‌های آب/گاز شهری، و برج‌های توربین بادی.

مزایا:

راندمان تولید بالا و هزینه کم: به‌ویژه لوله‌های HF-ERW تولید مداوم-سرعت بالا را امکان‌پذیر می‌کنند.

دقت ابعادی بالا و کیفیت سطح عالی: مواد اولیه{0} از پیش فرآوری شده ضخامت دیواره یکنواخت و پرداخت زیبایی را تضمین می‌کنند.

انعطاف پذیری قوی: قطر لوله را می توان با تغییر عرض نوار فولادی تنظیم کرد-که امکان تولید قطرهای متعدد از یک سیم پیچ را فراهم می کند.

معایب:

وجود یک درز طولی جوش: اتصال جوش یک نقطه ضعف بالقوه است. بنابراین، کنترل کیفیت جوش دقیق ضروری است.

قطر محدود به عرض صفحه: حداکثر قطر لوله معمولاً به کمتر یا مساوی π × عرض ورق فولادی محدود می شود (در عمل، بیشتر با ظرفیت تجهیزات شکل دهی محدود می شود).

خصوصیات کلیدی:
درز جوش به صورت مارپیچ در اطراف بدنه لوله می چرخد. مانند لوله های جوشی طولی، لوله های جوش مارپیچی نیز با شکل دادن صفحه فولادی یا کلاف به شکل استوانه ای و سپس جوش دادن درز تولید می شوند.

لوله های جوش داده شده TIG (گاز بی اثر تنگستن).

لوله های حلزونی جوش داده شده با قوس زیردریایی (SAWH) تولید شده از طریق فرآیند جوشکاری مارپیچی

فرآیند اصلی تولید:
 

شکل دهی و جوشکاری:

یک نوار فولادی (کویل) با عرض مشخص به طور مداوم در یک زاویه مارپیچ از پیش تعیین شده (زاویه شکل دهی) به یک پوسته لوله استوانه ای شکل می گیرد.

در حین شکل‌دهی، جوشکاری زیرپودری دو طرفه (SAW) به طور همزمان بر روی درزهای مارپیچی داخلی و خارجی اعمال می‌شود و یکپارچگی و بهره‌وری جوش را تضمین می‌کند.

با تنظیم پهنای نوار و زاویه مارپیچ، می‌توان لوله‌هایی با قطرهای متفاوت از همان-کویل فولادی عرض- تولید کرد که انعطاف‌پذیری عالی در پیکربندی محصول ارائه می‌دهد.

پست{0}}مراحل پردازش:

برش در طول های مشخص، بازرسی جوش (به عنوان مثال، X-اشعه/UT)، آزمایش فشار هیدرواستاتیک، و انبساط اختیاری لوله (برای بهبود دقت ابعاد و کاهش تنش پسماند).

مزایا:
انعطاف پذیری بالا: یک نوار فولادی با عرض معین می تواند برای تولید لوله هایی با قطرهای چندگانه استفاده شود که امکان تولید بسیار سازگار را فراهم می کند.

درز جوش از جهت تنش اصلی جلوگیری می کند: جوش مارپیچی با محور تنش اولیه زاویه ایجاد می کند و در نتیجه توزیع بار متعادل تر و یکپارچگی ساختاری تحت فشار داخلی بهبود می یابد.

کاهش خطر انتشار ترک: هندسه مارپیچی مسیر ترک را طولانی می‌کند و احتمال انتشار محیطی عیوب را کاهش می‌دهد-و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد.

سرمایه‌گذاری کمتر در تجهیزات: در مقایسه با خطوط LSAW (UOE/JCOE)، کارخانه‌های جوشکاری مارپیچی به هزینه سرمایه نسبتاً کمتری نیاز دارند، که آنها را برای تولید لوله‌های با قطر متوسط- تا بزرگ ایده‌آل می‌کند.

معایب:
طول درز جوش بیشتر: جوش مارپیچ 30% تا 100% طولانی‌تر از لوله درز مستقیم- با قطر معادل است، که حجم کار جوشکاری را افزایش می‌دهد و منابع بالقوه بیشتری برای ناپایداری ایجاد می‌کند (مثلاً نوسانات قوس، مشکلات پوشش شار).

دقت ابعادی پایین و تحمل‌های هندسی: گرد و صاف بودن معمولاً نسبت به لوله‌های ERW یا LSAW پایین‌تر است، مخصوصاً برای قطرهای کوچک‌تر.

تنش های داخلی باقیمانده بیشتر: تغییر شکل پیچیده در طول شکل دهی مارپیچ و جوشکاری منجر به توزیع تنش های پیچیده تر می شود که نیاز به درمان دقیق بعد از جوش{0}} (مثلاً بازپخت تنش زدایی) دارد.

سرعت تولید نسبتاً آهسته تر: به دلیل شکل دهی پیوسته مارپیچ و همگام سازی دو طرفه-جوشکاری، نرخ خروجی معمولاً کمتر از خطوط-HF{2}}سرعت بالا است.

کاربردهای معمولی:

• انتقال سیال با فشار کم-(آب، گاز)
• لوله های شمع بندی (شمع بندی ورق، شمع های سازه ای)
• پوشش و لوله (مخصوصاً انواع-قطر بزرگ، دیواره نازک-)
• اعضای پشتیبانی سازه (به عنوان مثال، برای پل ها، ساختمان ها، سکوهای دریایی)
• برخی از خطوط انتقال نفت و گاز خشکی (جایی که هزینه-اثربخشی بیشتر از الزامات ابعادی دقیق است)