Οι χαλύβδινοι σωλήνες είναι ένα σημαντικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται στη μεταφορά πετρελαίου και φυσικού αερίου, της δημοτικής μηχανικής, της χημικής βιομηχανίας, της μηχανολογικής βιομηχανίας, της ηλεκτρομηχανικής και της υπεράκτιας υποδομής.
Σύμφωνα με διαφορετικές διαδικασίες κατασκευής, οι βιομηχανικοί σωλήνες χάλυβα χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: χαλύβδινους σωλήνες χωρίς συγκόλληση και συγκολλημένους με αντίσταση(ERW) χαλύβδινοι σωλήνες. Παρόλο που και οι δύο αυτοί σωλήνες μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις μεταφοράς ρευστού και φέρουσας{1}}του δομικού φορτίου, οι αρχές διαμόρφωσης, οι διαδικασίες παραγωγής, τα δομικά χαρακτηριστικά, οι μηχανικές ιδιότητες, η ακρίβεια διαστάσεων και τα πεδία εφαρμογής έχουν σημαντικές διαφορές. Κατά τη διάρκεια των πραγματικών προμηθειών και του σχεδιασμού του αγωγού, πολλοί μηχανικοί μπορεί να έχουν κάποια παρανόηση σχετικά με τα όρια απόδοσης των χαλύβδινων σωλήνων ERW και των χαλύβδινων σωλήνων χωρίς συγκόλληση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε ακατάλληλη επιλογή υλικού, πιθανούς κινδύνους ασφαλείας ή σπατάλη κόστους.
Οι χαλύβδινοι σωλήνες χωρίς ραφή παράγονται με διάτρηση και έλαση, χωρίς ραφές συγκόλλησης. ενώ οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW κατασκευάζονται από χαλύβδινες λωρίδες ψυχρής κάμψης και στη συνέχεια συγκολλούνται με αντίσταση υψηλής-συχνότητας. Η θεμελιώδης διαφορά στις διαδικασίες παραγωγής οδηγεί σε σημαντικές διαφορές στη μικροδομή, στη θλιπτική αντοχή και στη σταθερότητα της διάρκειας ζωής. Επομένως, αυτό το άρθρο συγκρίνει αυτούς τους δύο τύπους σωλήνων από διαφορετικές απόψεις για να παρέχει μια λογική βάση για τη βιομηχανική παραγωγή και την επιλογή υλικών μηχανικής.
Οι διαφορές στους βασικούς ορισμούς και τις αρχές σχηματισμού
1. Η αρχή των χαλύβδινων σωλήνων χωρίς ραφή
Οι χαλύβδινοι σωλήνες χωρίς ραφή είναι κοίλοι σωλήνες από χάλυβα που κατασκευάζονται μέσω μιας συνεχούς διαδικασίας θερμής διαμόρφωσης. Δεν απαιτούν συγκόλληση κατά τη διαδικασία κατασκευής. Η βασική αρχή κατασκευής είναι η θερμή διάτρηση και η συνεχής έλαση. Οι σωλήνες χωρίς ραφή σχηματίζονται από ένα συμπαγές χάλυβα που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία, στη συνέχεια τρυπιέται, τυλίγεται, διαμορφώνεται σε μέγεθος και ψύχεται. Υπό τις συνθήκες πλαστικού υψηλής-θερμοκρασίας, το συμπαγές στρογγυλό χάλυβα τρυπιέται από ένα μηχάνημα διάτρησης για να σχηματιστεί ένα κοίλο μπιγιέτα και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται πολλαπλά περάσματα έλασης για τον ακριβή έλεγχο του πάχους του τοιχώματος και της εξωτερικής διαμέτρου. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν διαδικασίες κοπής, ματίσματος ή συγκόλλησης κατά τη διαδικασία κατασκευής, το σώμα του σωλήνα διατηρεί πλήρως τη συνεχή δομή μεταλλικών ινών της πρώτης ύλης. Δεν υπάρχουν δομικές αδυναμίες όπως ραφές συγκόλλησης. Επομένως, αυτό το χαρακτηριστικό καθορίζει ότι οι χαλύβδινοι σωλήνες χωρίς συγκόλληση έχουν υψηλή συνολική δομική ακεραιότητα και ομοιόμορφη φέρουσα ικανότητα-.
2. Η αρχή των συγκολλημένων χαλύβδινων σωλήνων ERW
Οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW είναι τυπικοί διαμήκεις συγκολλημένοι χαλύβδινοι σωλήνες, οι οποίοι κατασκευάζονται μέσω της διαδικασίας συγκόλλησης με αντίσταση υψηλής συχνότητας-. Η βασική αρχή είναι να χρησιμοποιείτε λωρίδες χάλυβα θερμής{{2} έλασης ως πρώτες ύλες και στη συνέχεια να χρησιμοποιείτε πολλαπλούς κυλίνδρους διαμόρφωσης για να τυλίγετε συνεχώς τις επίπεδες χαλύβδινες λωρίδες σε σχήμα κυλινδρικού κοίλου σωλήνα. Στη συνέχεια, εκμεταλλευόμενοι το φαινόμενο του δέρματος και το φαινόμενο εγγύτητας του ρεύματος υψηλής-συχνότητας, τα άκρα του κενού σωλήνα θερμαίνονται γρήγορα σε πλαστική κατάσταση. Κάτω από το φαινόμενο μηχανικής εξώθησης των κυλίνδρων διαμόρφωσης, οι συντηγμένες άκρες μετά τη θέρμανση εξωθούνται και σχηματίζονται, σχηματίζοντας μια σφιχτή διαμήκη συγκόλληση. Σε αντίθεση με τη διαδικασία διαμόρφωσης των σωλήνων χωρίς συγκόλληση, οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW παράγονται με συνδυασμό "μορφοποίησης + συγκόλλησης", με ραφές συγκόλλησης στο σώμα του σωλήνα. Αν και η σύγχρονη τεχνολογία συγκόλλησης υψηλής-συχνότητας μπορεί να κάνει την αντοχή συγκόλλησης κοντά στην αντοχή του υλικού βάσης, η περιοχή συγκόλλησης εξακολουθεί να είναι μια ζώνη μεταλλουργικής τροποποίησης και η μικροδομή της είναι διαφορετική από το βασικό υλικό. Αυτή είναι η πιο προφανής δομική διαφορά μεταξύ των χαλύβδινων σωλήνων ERW και των χαλύβδινων σωλήνων χωρίς ραφή.
Διαφορές στις διαδικασίες παραγωγής
1. Η παραγωγική διαδικασία τουσωλήνες από χάλυβα χωρίς ραφή
Η παραγωγή χαλύβδινων σωλήνων χωρίς ραφή είναι μια πολύπλοκη διαδικασία. Ολόκληρη η διαδικασία περιλαμβάνει επιθεώρηση μπιγιέτας από χάλυβα, θέρμανση σε υψηλή-θερμοκρασία, περιστροφική διάτρηση, συνεχή κύλιση, ίσιωμα μεγέθους, ψύξη, κοπή μήκους-, ανίχνευση ελαττωμάτων και επιθεώρηση τελικού προϊόντος. Πρώτον, η συμπαγής στρογγυλή ράβδος από χάλυβα θερμαίνεται σε φούρνο θέρμανσης σε θερμοκρασία άνω των 1200 μοιρών. Ο σκοπός αυτού είναι να του επιτρέψει να έχει επαρκή ικανότητα πλαστικής παραμόρφωσης. Στη συνέχεια, το μηχάνημα διάτρησης τρυπάει το ατσάλι για να σχηματίσει ένα κοίλο σωληνωτό κέλυφος. Στη συνέχεια, το σωληνοειδές κέλυφος εισέρχεται στο ελασματουργείο και υφίσταται πολλαπλές μειώσεις και διορθώσεις εξωτερικής διαμέτρου για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος και να πληρούνται οι απαιτήσεις ακρίβειας διαστάσεων. Τέλος, ο χαλύβδινος σωλήνας ψύχεται, ισιώνεται και κόβεται σε τελικά προϊόντα. Η όλη διαδικασία βασίζεται σε θερμή έλαση και πλαστική παραμόρφωση, χωρίς καμία διαδικασία συγκόλλησης. Επομένως, ο κύκλος παραγωγής χαλύβδινων σωλήνων χωρίς ραφή είναι μακρύς, η κατανάλωση ενέργειας είναι υψηλή και η απόδοση παραγωγής είναι σχετικά χαμηλή. Επομένως, αυτά τα μειονεκτήματα είναι πιο εμφανή κατά την παραγωγή προδιαγραφών μεγάλης-διαμέτρου και λεπτού{13}}τοιχώματος χαλύβδινων σωλήνων χωρίς ραφή.
2. Η παραγωγική διαδικασία σωλήνων ERW
Οι σωλήνες ERW κατασκευάζονται σε μια συνεχή και αποτελεσματική γραμμή παραγωγής ψυχρής κάμψης και συγκόλλησης. Οι κύριες διαδικασίες περιλαμβάνουν ξετύλιγμα χαλύβδινων πηνίων, ισοπέδωση του υλικού της λωρίδας, κοπή άκρων, συνεχή κύλιση και διαμόρφωση, συγκόλληση με αντίσταση υψηλής{1}συχνότητας, αφαίρεση ραφών συγκόλλησης, ψύξη, διαστασιολόγηση, ίσιωμα, κοπή-πτέρυγμα και μη{{3}μη καταστροφική δοκιμή. Η πρώτη ύλη για τους σωλήνες ERW είναι χαλύβδινες σπείρες θερμής{{5}έλασης, οι οποίες μπορούν να τροφοδοτούνται και να παράγονται συνεχώς. Το βήμα παραγωγής πυρήνα είναι η συγκόλληση στερεάς-υψηλής συχνότητας-που μπορεί να επιτύχει τη σύντηξη συγκόλλησης χωρίς την ανάγκη για σύρματα συγκόλλησης και ροή. Το χαρακτηριστικό ολόκληρης της γραμμής παραγωγής είναι η ικανότητά της να λειτουργεί συνεχώς, ο σύντομος κύκλος παραγωγής και η υψηλή απόδοση. Σε σύγκριση με την παραγωγή σωλήνων χωρίς ραφή, η διαδικασία ERW έχει χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, υψηλότερο επίπεδο αυτοματισμού και ισχυρότερη παραγωγική ικανότητα. Ωστόσο, τα προϊόντα περιορίζονται από το πλάτος του υλικού της λωρίδας και τη διαδικασία διαμόρφωσης και υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί στην παραγωγή προδιαγραφών σωλήνων με εξαιρετικά{11}}παχύ-τοιχώματα και εξαιρετικά{13}}μεγάλες-διαμέτρους.
Δομικές και Μικροσκοπικές Διαφορές
1. Δομική ακεραιότητα
Ο χαλύβδινος σωλήνας χωρίς ραφή έχει μια συνολική ομοιόμορφη δομή χωρίς συγκολλήσεις ή αδύναμα σημεία στο σώμα του σωλήνα. Η εσωτερική δομή μεταλλικών ινών του είναι συνεχής και ομοιόμορφη προς όλες τις κατευθύνσεις και η κατανομή της τάσης είναι συνεπής όταν αντέχει την εσωτερική πίεση και τις εξωτερικές δυνάμεις. Η διαφορά είναι ότι οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW έχουν εμφανείς συγκολλήσεις. Η περιοχή συγκόλλησης υφίσταται τις διαδικασίες τήξης, ανακρυστάλλωσης και ταχείας ψύξης, με αποτέλεσμα να υπάρχουν διαφορές στη δομή των κόκκων. Επομένως, η δομική ομοιομορφία των χαλύβδινων σωλήνων ERW είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή των χαλύβδινων σωλήνων χωρίς συγκόλληση και η συγκόλληση είναι πάντα το βασικό μέρος επιθεώρησης και ο σχετικά αδύναμος σύνδεσμος του σώματος του σωλήνα.
2. Οι διαφορές μεταξύ ακρίβειας διαστάσεων και ποιότητας επιφάνειας
Τα υλικά σωλήνων ERW έχουν υψηλότερη ακρίβεια διαστάσεων και πιο σταθερή ποιότητα επιφάνειας. Επειδή υιοθετεί τεχνολογία κύλισης λωρίδων και ακριβούς μεγέθους, η ανοχή στο πάχος του τοιχώματος, η στρογγυλότητα και η ευθύτητα των υλικών σωλήνων ERW ελέγχονται καλά, τα εσωτερικά και εξωτερικά τοιχώματα είναι λεία και η απόκλιση διαστάσεων είναι μικρή. Οι σωλήνες χωρίς συγκόλληση σχηματίζονται μέσω διάτρησης και κύλισης σε υψηλή{2} θερμοκρασία και η ομοιομορφία του πάχους του τοιχώματος τους επηρεάζεται εύκολα από τη θερμοκρασία θέρμανσης και τη σταθερότητα κύλισης. Επομένως, η ανοχή στο πάχος του τοιχώματος και η τραχύτητα της επιφάνειας των σωλήνων χωρίς ραφή είναι σχετικά υψηλότερες.
Διαφορές μηχανικής απόδοσης και ασφάλειας
Ανοχή πίεσης και δομική σταθερότητα
Ο χαλύβδινος σωλήνας χωρίς ραφή έχει εξαιρετική συνολική αντοχή σε θλίψη και κρούση. Λόγω της απουσίας ραφών συγκόλλησης, μπορούν να αποφευχθούν εντελώς κοινά ελαττώματα συγκόλλησης όπως μικρορωγμές. Υπό συνθήκες εργασίας εξαιρετικά-υψηλής πίεσης, χαμηλής θερμοκρασίας και έντονου κραδασμού, ο χαλύβδινος σωλήνας χωρίς ραφή μπορεί να διατηρεί σταθερές μηχανικές ιδιότητες και είναι λιγότερο πιθανό να σπάσει ξαφνικά. Οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις πίεσης λειτουργίας των περισσότερων συμβατικών αγωγών, αλλά η περιοχή συγκόλλησης είναι πιο ευαίσθητη σε φορτία κόπωσης και σε χαμηλές-επιπτώσεις θερμοκρασίας.
Διαφορές πεδίου εφαρμογής
1. Εφαρμογές χαλύβδινων σωλήνων χωρίς ραφή
Οι χαλύβδινοι σωλήνες χωρίς ραφή χρησιμοποιούνται κυρίως σε εξαιρετικά απαιτητικές συνθήκες εργασίας. Για παράδειγμα, τα κύρια σενάρια εφαρμογής τους περιλαμβάνουν αγωγούς λεβήτων υψηλής Τα πεδία έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για δομική ασφάλεια, απαιτώντας μηδενικά ποσοστά ελαττωμάτων και εξαιρετική προσαρμοστικότητα σε ακραία περιβάλλοντα. Επομένως, σε αυτές τις εφαρμογές προτιμώνται οι σωλήνες από χάλυβα χωρίς ραφή.
2. Η εφαρμογή σωλήνων ERW
Οι σωλήνες ERW χρησιμοποιούνται ευρέως σε συμβατικά σενάρια μέσης και χαμηλής πίεσης, όπως αγωγούς ύδρευσης και αποχέτευσης αστικών περιοχών, αγωγούς πυροπροστασίας, σωρούς σωλήνων από μεταλλικές κατασκευές, δευτερεύοντες αγωγούς μεταφοράς πετρελαίου και φυσικού αερίου στη γενική βιομηχανία, αγωγούς μεταφοράς στην ελαφριά βιομηχανία και χημικό τομέα, καθώς και γενικούς αγωγούς μηχανικής υποστήριξης.
Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των συγκολλημένων χαλύβδινων σωλήνων ERW και των χαλύβδινων σωλήνων χωρίς συγκόλληση έγκειται στις εντελώς διαφορετικές αρχές κατασκευής και τους μηχανισμούς διαμόρφωσης.
Οι χαλύβδινοι σωλήνες χωρίς συγκόλληση παράγονται μέσω μιας διαδικασίας διάτρησης και έλασης συνολικής-υψηλής θερμοκρασίας, χωρίς συγκολλήσεις, ομοιόμορφη μεταλλική δομή, εξαιρετικές συνολικές μηχανικές ιδιότητες και ισχυρή προσαρμοστικότητα σε ακραία περιβάλλοντα εργασίας. Ωστόσο, το κόστος παραγωγής τους είναι υψηλό, η απόδοση είναι χαμηλή και οι ανοχές μεγέθους είναι μεγάλες.
Από την άλλη πλευρά, οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW κατασκευάζονται μέσω ψυχρής διαμόρφωσης λαμαρινών υλικών και συγκόλλησης με αντίσταση υψηλής συχνότητας-. Έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης παραγωγής, του χαμηλού κόστους, της υψηλής ακρίβειας διαστάσεων και της λείας επιφάνειας. Ωστόσο, το μειονέκτημά τους είναι η δομική διαφορά μεταξύ της συγκόλλησης και του υλικού βάσης.
Κατά την επιλογή υλικών για εφαρμογές μηχανικής, θα πρέπει κανείς να λαμβάνει υπόψη την πραγματική πίεση εργασίας, το περιβάλλον θερμοκρασίας και το κόστος του προϋπολογισμού και να επιλέξει τον κατάλληλο τύπο υλικού σωλήνα ανάλογα. Οι χαλύβδινοι σωλήνες χωρίς ραφή είναι κατάλληλοι για βιομηχανικά σενάρια υψηλής πίεσης, χαμηλής θερμοκρασίας, υψηλού κινδύνου και υψηλής αξιοπιστίας, ενώ οι χαλύβδινοι σωλήνες ERW είναι η πιο οικονομική και αποτελεσματική επιλογή στη συμβατική μεταφορά αγωγών χαμηλής και μέσης{1}}πίεσης και στη δομική μηχανική. Με τη συνεχή πρόοδο των τεχνολογιών συγκόλλησης και θερμικής επεξεργασίας, το χάσμα απόδοσης μεταξύ-χαλυβδοσωλήνων υψηλής ποιότητας ERW και χαλύβδινων σωλήνων χωρίς συγκόλληση μειώνεται σταδιακά, γεγονός που θα προωθήσει περαιτέρω τη μελλοντική ανάπτυξη της βιομηχανίας κατασκευής χαλύβδινων σωλήνων προς τη διαφοροποίηση και τη βελτίωση.
