لوله های فولادی جزء مهمی هستند که در حمل و نقل نفت و گاز، مهندسی شهری، صنایع شیمیایی، صنایع مکانیکی، مهندسی برق و زیرساخت های دریایی مورد استفاده قرار می گیرند.
لوله های فولادی صنعتی با توجه به فرآیندهای مختلف تولید به دو دسته لوله های فولادی بدون درز و جوش مقاومتی تقسیم می شوند.(ERW) لوله های فولادی. اگرچه هر دوی این لولهها میتوانند الزامات حمل و نقل سیال و تحمل بار ساختاری-را برآورده کنند، اما اصول شکلدهی، فرآیندهای تولید، ویژگیهای ساختاری، خواص مکانیکی، دقت ابعادی و دامنه کاربرد آنها تفاوتهای قابلتوجهی دارند. در طول تدارکات واقعی و طراحی خط لوله، بسیاری از مهندسان ممکن است در مورد مرزهای عملکرد لولههای فولادی ERW و لولههای فولادی بدون درز دچار سوء تفاهم شوند که میتواند منجر به انتخاب نادرست مواد، خطرات احتمالی ایمنی یا هدر رفتن هزینه شود.
لوله های فولادی بدون درز با پانچ و نورد، بدون درز جوش تولید می شوند. در حالی که لوله های فولادی ERW توسط نوارهای فولادی خمش سرد ساخته می شوند و سپس با مقاومت فرکانس بالا- جوش داده می شوند. تفاوت اساسی در فرآیندهای تولید منجر به تفاوت های قابل توجهی در ریزساختار، مقاومت فشاری و پایداری عمر مفید می شود. بنابراین، این مقاله به مقایسه این دو نوع لوله از جنبههای مختلف میپردازد تا مبنای معقولی برای تولید صنعتی و انتخاب مواد مهندسی فراهم کند.
تفاوت در تعاریف اساسی و اصول تشکیل
1. اصل لوله های فولادی بدون درز
لوله های فولادی بدون درز، لوله های فولادی توخالی هستند که از طریق فرآیند شکل دهی مداوم گرم ساخته می شوند. آنها در طول فرآیند تولید نیازی به جوشکاری ندارند. اصل ساخت هسته سوراخکاری گرم و نورد مداوم است. لوله های بدون درز از یک شمش فولادی جامد تشکیل می شوند که تا دمای بالا گرم می شود، سپس سوراخ می شود، نورد می شود، اندازه می شود و سرد می شود. تحت شرایط پلاستیکی با دمای بالا، شمش فولادی گرد جامد توسط یک دستگاه سوراخکننده سوراخ میشود تا یک شمش لوله توخالی ایجاد شود، و سپس از چندین مسیر نورد برای کنترل دقیق ضخامت دیوار و قطر بیرونی استفاده میشود. از آنجایی که هیچ فرآیند برش، اتصال یا جوشکاری در طول فرآیند تولید وجود ندارد، بدنه لوله ساختار فیبر فلزی پیوسته مواد خام را به طور کامل حفظ می کند. هیچ گونه ضعف ساختاری مانند درزهای جوش وجود ندارد. بنابراین، این مشخصه تعیین می کند که لوله های فولادی بدون درز دارای یکپارچگی ساختاری بالا و ظرفیت باربری یکنواخت هستند.
2. اصل لوله های فولادی جوش داده شده ERW
لوله های فولادی ERW لوله های فولادی جوش داده شده طولی معمولی هستند که از طریق فرآیند جوشکاری با مقاومت فرکانس بالا- ساخته می شوند. اصل اساسی این است که از نوارهای فولادی نورد گرم-به عنوان مواد خام استفاده کنید و سپس از چند غلتک شکل دهنده برای غلتاندن مداوم نوارهای فولادی صاف به شکل لوله توخالی استوانه ای استفاده کنید. سپس، با استفاده از اثر پوستی و اثر مجاورتی جریان فرکانس بالا، لبههای لوله خالی به سرعت به حالت پلاستیکی گرم میشوند. تحت اثر اکستروژن مکانیکی غلتک های شکل دهنده، لبه های ذوب شده پس از گرم شدن اکسترود شده و تشکیل می شوند و یک جوش طولی محکم را تشکیل می دهند. برخلاف فرآیند شکل دهی لوله های بدون درز، لوله های فولادی ERW با ترکیبی از "فرمینگ + جوش" تولید می شوند که درزهای جوش در بدنه لوله وجود دارد. اگرچه فناوری مدرن جوشکاری با فرکانس بالا{9}}میتواند استحکام جوش را نزدیک به استحکام ماده پایه کند، ناحیه جوش هنوز یک منطقه اصلاح متالورژیکی است و ساختار آن با ماده پایه متفاوت است. این واضح ترین تفاوت ساختاری بین لوله های فولادی ERW و لوله های فولادی بدون درز است.
تفاوت در فرآیندهای تولید
1. فرآیند تولیدلوله های فولادی بدون درز
تولید لوله های فولادی بدون درز فرآیند پیچیده ای است. کل فرآیند شامل بازرسی شمش فولادی، گرم کردن{1}در دمای بالا، سوراخ کردن چرخشی، نورد مداوم، صاف کردن اندازه، خنکسازی، برش-طول، تشخیص عیب و بازرسی محصول نهایی است. ابتدا شمش فولادی گرد جامد در یک کوره حرارتی تا دمای بالای 1200 درجه حرارت داده می شود. هدف از این کار این است که بتواند ظرفیت تغییر شکل پلاستیک کافی را داشته باشد. سپس، دستگاه سوراخ کننده شمش فولادی را سوراخ می کند تا یک پوسته لوله ای توخالی ایجاد کند. در مرحله بعد، پوسته لولهای وارد آسیاب نورد میشود و برای اطمینان از ضخامت دیواره یکنواخت و الزامات دقت ابعادی، کاهشهای متعدد و اصلاحات قطر خارجی انجام میشود. در نهایت، لوله فولادی خنک، صاف شده و به محصولات نهایی بریده می شود. کل فرآیند بر نورد گرم و تغییر شکل پلاستیک، بدون هیچ گونه روش جوشکاری متکی است. بنابراین، چرخه تولید لوله های فولادی بدون درز طولانی، مصرف انرژی بالا و راندمان تولید نسبتا پایین است. بنابراین، این اشکالات هنگام تولید مشخصات-قطر و دیواره نازک- لولههای فولادی بدون درز، آشکارتر است.
2. فرآیند تولید لوله های ERW
لوله های ERW بر روی خط تولید خمش سرد و جوشکاری مداوم و کارآمد تولید می شوند. فرآیندهای اصلی شامل باز کردن سیم پیچ های فولادی، صاف کردن مواد نوار، برش لبه، نورد و شکل دهی پیوسته، جوشکاری با مقاومت فرکانس بالا، حذف درزهای جوش، خنک کردن، اندازه گیری، صاف کردن، برش کردن و آزمایش غیر مخرب است. مواد خام برای لولههای ERW، کویلهای فولادی نورد گرم{{5} است که میتوان بهطور مداوم تغذیه و تولید کرد. مرحله تولید هسته، جوشکاری حالت جامد با فرکانس بالا-است که میتواند بدون نیاز به سیمهای جوشکاری و شار به جوشکاری جوش دست یابد. ویژگی کل خط تولید، توانایی آن در کار مداوم، چرخه تولید کوتاه و راندمان بالا است. در مقایسه با تولید لوله های بدون درز، فرآیند ERW مصرف انرژی کمتر، سطح اتوماسیون بالاتر و ظرفیت تولید قوی تر دارد. با این حال، محصولات با عرض مواد نوار و فرآیند شکلدهی محدود میشوند، و محدودیتهای خاصی در تولید مشخصات لولههای{11}}ضخیم-دیواره{13}}بزرگ- و قطر{14}} وجود دارد.
تفاوت های ساختاری و میکروسکوپی
1. یکپارچگی ساختاری
لوله فولادی بدون درز دارای ساختار کلی یکنواخت بدون جوش یا نقطه ضعف در بدنه لوله است. ساختار الیاف فلزی داخلی آن در تمام جهات پیوسته و یکنواخت است و توزیع تنش زمانی که فشار داخلی و نیروهای خارجی را تحمل می کند ثابت است. تفاوت این است که لوله های فولادی ERW دارای جوش های آشکار هستند. ناحیه جوش تحت فرآیندهای ذوب، تبلور مجدد و سرد شدن سریع قرار می گیرد که در نتیجه تفاوت هایی در ساختار دانه ایجاد می شود. بنابراین، یکنواختی ساختاری لوله های فولادی ERW کمی کمتر از لوله های فولادی بدون درز است و جوش همیشه بخش اصلی بازرسی و پیوند نسبتا ضعیف بدنه لوله است.
2. تفاوت بین دقت ابعاد و کیفیت سطح
مواد لوله ERW دقت ابعادی بالاتر و کیفیت سطح پایدارتری دارند. از آنجایی که از فناوری نورد نواری و اندازه گیری دقیق استفاده می کند، تحمل ضخامت دیواره، گردی و صافی مواد لوله ERW به خوبی کنترل می شود، دیواره های داخلی و خارجی صاف هستند و انحراف ابعادی کوچک است. لوله های بدون درز از طریق پانچ و نورد در دمای بالا شکل می گیرند و یکنواختی ضخامت دیواره آنها به راحتی تحت تأثیر دمای گرمایش و پایداری نورد قرار می گیرد. بنابراین تحمل ضخامت دیواره و زبری سطح لوله های بدون درز نسبتاً بالاتر است.
عملکرد مکانیکی و تفاوت های ایمنی
تحمل فشار و پایداری ساختاری
لوله فولادی بدون درز دارای مقاومت فشاری و ضربه ای عالی است. به دلیل عدم وجود درزهای جوش، می توان از عیوب رایج جوشکاری مانند ریزترک ها به طور کامل اجتناب کرد. در شرایط کاری بسیار{2}}فشار بالا، دمای پایین و شوک شدید، لوله فولادی بدون درز همچنان میتواند خواص مکانیکی پایداری داشته باشد و احتمال شکستگی ناگهانی آن کمتر است. لولههای فولادی ERW میتوانند نیازهای فشار کاری بیشتر خطوط لوله معمولی را برآورده کنند، اما ناحیه جوش نسبت به بارهای خستگی و تأثیرات دمای پایین{4} حساستر است.
تفاوت دامنه برنامه
1. کاربرد لوله های فولادی بدون درز
لوله های فولادی بدون درز عمدتاً در شرایط کاری بسیار سخت استفاده می شوند. به عنوان مثال، سناریوهای کاربردی اصلی آنها عبارتند از-خطوط لوله دیگ بخار با فشار بالا، خطوط لوله پتروشیمی با درجه حرارت بالا و فشار بالا-پتروشیمی، خطوط لوله انتقال گاز طبیعی با فشار بالا{{4}، خطوط لوله برق هیدرولیک،-تجهیزات برودتی با دمای پایین-تجهیزات برودتی، مهندسی پیش ساز مکانیکی{6} بالا، و غیره. مزارع دارای الزامات بسیار بالایی برای ایمنی سازه هستند، که نیاز به نرخ عیب صفر و سازگاری عالی با محیط های شدید دارند. بنابراین، لوله های فولادی بدون درز در این کاربردها ترجیح داده می شوند.
2. کاربرد لوله های ERW
لوله های ERW به طور گسترده در سناریوهای مرسوم فشار متوسط و کم، مانند خطوط لوله تامین آب و زهکشی شهری، خطوط لوله حفاظت از آتش، شمع لوله های سازه فولادی ساختمان، خطوط لوله حمل و نقل ثانویه نفت و گاز در صنایع عمومی، خطوط لوله حمل و نقل در صنایع سبک و بخش شیمیایی، و همچنین خطوط لوله پشتیبانی مکانیکی عمومی استفاده می شود.
تفاوت اساسی بین لوله های فولادی جوش داده شده ERW و لوله های فولادی بدون درز در اصول ساخت و سازوکارهای کاملا متفاوت آنها نهفته است.
لولههای فولادی بدون درز از طریق فرآیند پانچ و نورد در دمای بالا، بدون جوش، ساختار فلزی یکنواخت، خواص مکانیکی کلی عالی، و سازگاری قوی با محیطهای کاری شدید تولید میشوند. با این حال، هزینه های تولید آنها بالا است، راندمان پایین است، و تحمل اندازه بزرگ است.
از سوی دیگر، لولههای فولادی ERW از طریق شکلدهی سرد مواد ورق و جوشکاری با مقاومت فرکانس بالا- تولید میشوند. آنها دارای مزایای راندمان تولید بالا، هزینه کم، دقت ابعادی بالا و سطح صاف هستند. با این حال، نقطه ضعف آنها تفاوت ساختاری بین جوش و مواد پایه است.
هنگام انتخاب مواد برای کاربردهای مهندسی، باید فشار کاری واقعی، دمای محیط و هزینه بودجه را در نظر گرفت و بر این اساس نوع مناسب مواد لوله را انتخاب کرد. لوله های فولادی بدون درز برای سناریوهای صنعتی با فشار بالا، دمای پایین، ریسک بالا و قابلیت اطمینان بالا مناسب هستند، در حالی که لوله های فولادی ERW اقتصادی ترین و کارآمدترین انتخاب در حمل و نقل خط لوله با فشار کم و متوسط{1}} و مهندسی سازه هستند. با پیشرفت مداوم فن آوری های جوشکاری و عملیات حرارتی، شکاف عملکرد بین-لوله های فولادی ERW با کیفیت بالا و لوله های فولادی بدون درز به تدریج کاهش می یابد، که توسعه آینده صنعت تولید لوله های فولادی را به سمت تنوع و پالایش بیشتر می کند.
