لوله های فولادی جوش داده شده مواد ضروری در زیرساخت های صنعتی مدرن هستند که به طور گسترده در حمل و نقل نفت و گاز، پروژه های آب شهری، مهندسی پل، پروژه های دریایی و ساخت تاسیسات برق بادی و غیره استفاده می شود.
با توجه به روشهای مختلف جوشکاری و شکلدهی، لولههای فولادی جوشی عمدتاً به لولههای فولادی جوش داده شده درز مستقیم و لولههای فولادی جوش مارپیچی تقسیم میشوند. در میان آنها، لوله های فولادی درز مستقیم شامل جوش مقاومتی است(ERW) لوله های فولادیو جوش زیردریایی طولی(LSAW) لوله های فولادی. جوش های این نوع لوله فولادی، جوش های طولی هستند که در امتداد بدنه لوله مستقیم هستند. در مقابل، لولههای فولادی با جوش مارپیچی (SSAW) از فناوری شکلدهی مارپیچی پیوسته و جوش قوس زیردریایی استفاده میکنند و جوشهای مارپیچی شکل- را تشکیل میدهند که روی سطح بدنه لوله متمایل هستند.
اگرچه هر دو نوع لوله فولادی از طریق فرآیندهای شکلدهی و جوشکاری تولید میشوند و میتوانند الزامات حمل و نقل سیال و تحمل بار ساختاری را برآورده کنند، اما تفاوتهای اساسی در اصول شکلدهی، توزیع جوش، فرآیندهای تولید، ویژگیهای تنش مکانیکی، عملکرد اندازه، و شرایط کاری قابل اجرا دارند. در مهندسی واقعی و تهیه مواد، تشخیص تفاوتهای اساسی بین جوش درز مستقیم و جوش مارپیچی بسیار مهم است که به جلوگیری از انتخاب نادرست و خطرات عملیاتی ناشی از آن کمک میکند.
تعاریف اساسی و تفاوتهای اصل شکلگیری
1. اصل جوشکاری درزهای طولی
جوشکاری درز مستقیم به فرآیند جوشکاری اطلاق می شود که در آن یک درز جوش مستقیم پیوسته در امتداد جهت طولی لوله فولادی تشکیل می شود. ماده اولیه برای لوله های فولادی درز مستقیم یک صفحه فولادی با عرض ثابت- یا نوار فولادی است. در طول تولید لولههای فولادی، فولاد تخت خم شده و از طریق غلتکهای شکلدهنده متعدد به شکل لولههای استوانهای نورد میشود. دو لبه موازی نوار فولادی در امتداد جهت طولی بدنه لوله در یک راستا قرار می گیرند و سپس شکاف جوش داده می شود و ذوب می شود تا یک درز صاف طولی درست شود. برای لولههای درز مستقیم با قطر متوسط و کوچک، از جوشکاری با مقاومت فرکانس بالا (ERW) استفاده میشود، جایی که لبههای نوار فولادی با جریان فرکانس بالا برای دستیابی به اکستروژن و ذوب آنی، بدون نیاز به فلز پرکننده، گرم میشوند. برای لولههای درز مستقیم با دیواره ضخیم-، از جوش زیردریایی طولی (LSAW) با استفاده از سیم جوش و شار برای جوشکاری نفوذی استفاده میشود. صرف نظر از اینکه از کدام فرآیند استفاده می شود، درز جوش در تمام طول بدنه لوله گسترش می یابد.
2. جوش مارپیچیاصل
جوشکاری مارپیچی یک فرآیند خاص تولید لوله است که ترکیبی از شکلدهی پیوسته شیبدار و جوشکاری زیرپودری است. برخلاف خمش مستقیم لولههای فولادی درز مستقیم، نوار فولادی با زاویه ثابت به دستگاه شکلدهی وارد میشود و به طور مداوم از طریق نورد مارپیچی به داخل یک لوله استوانهای نورد میشود و شکافهای مارپیچی یکنواخت ایجاد میکند. متعاقباً، سیستم جوشکاری زیرپودری جوشکاری مداوم را در طول مسیر مارپیچ انجام می دهد و در نهایت یک جوش مارپیچی صاف و متراکم را تشکیل می دهد. جوش های مارپیچی با زاویه مشخصی متمایل می شوند و طول جوش از طول لوله بیشتر می شود. اصل اصلی جوشکاری مارپیچی این است که یک نوار فولادی با عرض ثابت به لولههای فولادی با قطرهای مختلف با تنظیم زاویه پردازش شود و تولید قطر انعطافپذیری حاصل شود که با جوشکاری درز مستقیم نمیتوان به دست آورد.
تفاوت در فرآیندهای تولید
1. فرآیند جوشکاری درز مستقیم
فرآیند تولید لوله های درز مستقیم ساده و بسیار خودکار است. کل فرآیند شامل باز کردن سیم پیچ های فولادی، صاف کردن، برش لبه ها، صاف کردن، جوشکاری طولی، تکمیل جوش، خنک کردن، اندازه، صاف کردن و برش طول- است. لولههای درز مستقیم ERW با استفاده از گرمایش با مقاومت فرکانس بالا، با سرعت جوشکاری سریع و راندمان تولید بالا، جوش داده میشوند. لولههای درز مستقیم LSAW از شکلدهی ورق فولادی ضخیم و گذرهای متعدد از جوش قوس زیر آب، با کنترل دقیق بر دقت شکاف و عمق نفوذ استفاده میکنند. پارامترهای شکل دهی خط تولید درز مستقیم ثابت است، شکل دهی پایدار است و دقت ابعادی بالا است. با این حال، انعطاف پذیری تولید آن محدود است. عرض هر نوار فولادی تنها با یک قطر لوله مطابقت دارد، بنابراین محدوده تولید لولههای با قطر فوقالعاده-با عرض نوار فولادی محدود میشود.
2. فرآیند جوشکاری مارپیچی
فرآیند جوشکاری مارپیچی از شکلدهی مارپیچی پویا پیوسته و جوش زیر{0}قوسی دو طرفه استفاده میکند. جریان فرآیند آن شامل باز کردن، صاف کردن نوار، فرز کردن دقیق وجه انتهایی، شکل دهی مارپیچی با زاویه قابل تنظیم، جوشکاری زیردریایی دو طرفه در داخل و خارج، صیقل دادن درز جوش، خنک سازی گردشی، تصحیح اندازه، فلای-برش، و درز جوش کامل غیر ساختاری{5 است. بارزترین ویژگی این فرآیند، زاویه شکل دهی قابل تنظیم است. با تغییر زاویه تغذیه نوار فولادی، تولیدکنندگان می توانند لوله هایی با قطرهای خارجی متفاوت با استفاده از مواد خام یکسان تولید کنند و انعطاف پذیری تولید را به طور قابل توجهی افزایش دهند. کل فرآیند تولید پیوسته و بدون وقفه است، مناسب برای تولید-لولههای بزرگ-قطر{11}}ضخامت{12}}در مقیاس بزرگ{12}}. با این حال، سیستم شکل دهی و جوشکاری مارپیچی دارای الزامات بالایی برای تطبیق پارامترها است و کنترل دقیق زاویه شکل دهی، سرعت جوش، جریان و ولتاژ برای جلوگیری از جبران جوش و تغییر شکل شکل گیری ضروری است.
تفاوت های ساختاری
1. مشخصات ساختار جوش
برای لوله های جوش داده شده درز مستقیم، تنها یک درز جوش طولی در ساختار کلی وجود دارد که یک مسیر جوش کوتاه و یک خط مستقیم دارد. ریزساختار جوش پایدار است. منطقه تحت تأثیر حرارت متمرکز و باریک است و یکنواختی ساختاری بدنه لوله خوب است. برای لوله های مارپیچی جوش داده شده، درزهای جوش مارپیچی{3} پیوسته استفاده می شود. در مقایسه با لوله های درز مستقیم با همان مشخصات، طول درز جوش بیشتر است. درز جوش طولانی تر، سطح کلی جوش را افزایش می دهد و از نظر تئوری نیز احتمال عیوب جوشکاری موجود را افزایش می دهد. با این حال، درز جوش مارپیچی پیوسته از شکاف های جوش محلی جلوگیری می کند. علاوه بر این، درز جوش مارپیچی دارای ویژگی های همپوشانی و تداوم است، در نتیجه یکپارچگی ساختاری بدنه لوله را افزایش می دهد.
دقت ابعاد و انعطاف پذیری تولید
لوله جوش داده شده درز مستقیم از دقت ابعاد و کیفیت سطح بهتری برخوردار است. فرآیند شکل دهی پایدار است، با تحمل های کوچک برای قطر خارجی، ضخامت و گردی دیوار، دیواره های داخلی و خارجی صاف و صافی یکنواخت. پارامترهای شکلدهی استاندارد، لوله درز مستقیم را برای نصب دقیق و پروژههای{2}}خط لوله با نیازهای بالا مناسبتر میسازد. با این حال، نقطه ضعف آن این است که انعطافپذیری تولید ضعیف است، با عرض نوار فولادی محدود میشود و نمیتوان آن را در طول فرآیند تولید بهطور انعطافپذیر در قطر لوله تغییر داد. در مقابل، لوله مارپیچی جوش داده شده دارای دقت ابعاد کمی کمتر از لوله درز مستقیم است، با تحمل بیضی کمتر، اما انعطاف پذیری تولید بسیار بالایی دارد. با تنظیم زاویه مارپیچی، یک ویژگی نوار فولادی می تواند ده ها مشخصات قطر لوله های مختلف را ایجاد کند، که به طور قابل توجهی هزینه های قالب را کاهش می دهد و چرخه تولید لوله های سفارشی با قطر بزرگ- را کوتاه می کند.
مزایا و محدودیت های فنی
1. مزایا و معایب جوشکاری درز مستقیم
جوشکاری درز مستقیم دارای مزایای سرعت جوش سریع، راندمان تولید بالا، نرخ صلاحیت محصول بالا، تشکیل جوش منظم، منطقه تحت تاثیر حرارت باریک و خواص مکانیکی پایدار است. این عمدتا در فرآیند تولید مواد لوله با قطر متوسط، دیواره نازک-و دیواره متوسط-ضخامت-استفاده میشود. جوش کمتر می تواند احتمال بروز عیب را کاهش دهد و بازرسی و نگهداری جامع را تسهیل کند. معایب اصلی آن در انعطاف پذیری ضعیف، ظرفیت تولید محدود برای قطرهای بزرگ و توانایی ضعیف پراکندگی تنش نهفته است. تحت شرایط فشار بسیار بالا و تغییر بار، جوشکاری درز مستقیم بیشتر مستعد شکست تمرکز تنش است.
2. مزایا و معایب جوش های مارپیچی
مزایای اصلی جوشکاری مارپیچی در توانایی آن در تنظیم انعطاف پذیر قطر، عملکرد عالی پراکندگی تنش، قابلیت تولید قوی برای خطوط لوله-قطر بزرگ و ایمنی ساختاری بالا نهفته است. جوش های مارپیچی می توانند به طور موثری از انتشار ترک جلوگیری کنند و برای حمل و نقل با فشار بالا در مسافت های طولانی مناسب هستند. معایب اصلی عبارتند از: زمان جوشکاری طولانی تر، راندمان کمتر تولید یک دستگاه-، خطر بیشتر عیوب جزئی با افزایش طول جوش، و دقت ابعادی کمی کمتر.
تفاوت در کاربردهای صنعتی
با توجه به ویژگی های عملکرد متمایز خود، لوله های درز مستقیم و لوله های جوش مارپیچی مرزهای کاربردی واضحی را در مهندسی صنایع ایجاد کرده اند. لوله های جوش داده شده درز مستقیم به طور گسترده در تامین آب شهری و زهکشی، خطوط لوله حفاظت از آتش، شمع لوله های ساختاری ساختمان، انتقال گاز با فشار کم{{1} و خطوط لوله پشتیبانی تجهیزات مکانیکی استفاده می شود. به دلیل دقت ابعادی بالا و کیفیت جوش پایدار، لولههای درز مستقیم ERW و LSAW درجه بالا برای پروژههای خط لوله با فاصله کوتاه-فشار بالا نیز مناسب هستند. در حالی که لوله های مارپیچی جوش داده شده عمدتاً برای-خطوط لوله تنه نفت و گاز منطقه ای، خطوط لوله انتقال آب شهری با قطر بزرگ-، شمع لوله های مهندسی دریایی، زیرساخت های نیروی باد و خطوط لوله فشار هیدرولیک، که پروژه های حمل و نقل مسافت طولانی هستند، استفاده می شود.
تفاوت اصلی بین جوش درز مستقیم و جوش مارپیچی در مسیرهای مختلف شکل دهی، الگوهای توزیع جوش، و غیره نهفته است. جوش درز مستقیم دارای جوش خطی، دقت ابعادی بالا، راندمان تولید بالا، و ساختار ساده است و برای پروژه های خط لوله استاندارد، قطر متوسط تا کوچک و{1} با دقت بالا مناسب است. جوش مارپیچی از جوش های مارپیچی شیبدار استفاده می کند و می تواند قطر را به صورت انعطاف پذیر تنظیم کند. در ساخت خطوط لوله-بزرگ{-مسافت{5}}و با فشار-بزرگ، ضروری است. هیچ یک از دو فرآیند جوشکاری برتری یا حقارت مطلق ندارند. ارزش کاربرد آنها به شرایط واقعی مهندسی، سطوح فشار، مشخصات قطر لوله و بودجه هزینه بستگی دارد. با ارتقای مداوم اتوماسیون جوشکاری و فناوریهای تشخیص هوشمند، شکاف عملکرد بین این دو به تدریج در حال کاهش است. در آینده، کاربرد تصفیه شده و متمایز از جوشکاری درز مستقیم و فنآوریهای جوش مارپیچی، توسعه با کیفیت بالا{11}در صنایع تولید لولههای فولادی و مهندسی خطوط لوله را بیشتر ارتقاء خواهد داد.
