Plieniniai vamzdžiai yra svarbus komponentas, naudojamas gabenant naftą ir dujas, komunalinę inžineriją, chemijos pramonę, mechaninę gamybos pramonę, energetikos inžineriją ir atviroje jūroje esančią infrastruktūrą.
Pagal skirtingus gamybos procesus pramoniniai plieniniai vamzdžiai daugiausia skirstomi į dvi kategorijas: besiūlius plieninius vamzdžius ir atsparumo suvirintus vamzdžius.(ERW) plieniniai vamzdžiai. Nors abu šie vamzdžiai gali atitikti skysčių transportavimo ir konstrukcinių apkrovų{1}}reikalavimus, jų formavimo principai, gamybos procesai, konstrukcinės charakteristikos, mechaninės savybės, matmenų tikslumas ir taikymo sritis turi didelių skirtumų. Realiai pirkdami ir projektuodami dujotiekį, daugelis inžinierių gali turėti tam tikrų nesusipratimų dėl ERW plieninių vamzdžių ir besiūlių plieninių vamzdžių eksploatacinių savybių ribų, o tai gali lemti netinkamą medžiagų parinkimą, galimus pavojus saugai arba išlaidų švaistymą.
Besiūliai plieniniai vamzdžiai gaminami perforuojant ir valcuojant, be suvirinimo siūlių; ERW plieniniai vamzdžiai gaminami šaltai lenkiant plienines juostas, o po to suvirinami naudojant aukšto{0}}dažnio atsparumą. Esminis gamybos procesų skirtumas lemia didelius mikrostruktūros, gniuždymo stiprio ir eksploatavimo trukmės stabilumo skirtumus. Todėl šiame straipsnyje šie du vamzdžių tipai palyginami skirtingais aspektais, kad būtų galima pagrįsti pramoninės gamybos ir inžinerinių medžiagų pasirinkimą.
Pagrindinių apibrėžimų ir formavimo principų skirtumai
1. Besiūlių plieninių vamzdžių principas
Besiūliai plieniniai vamzdžiai yra tuščiaviduriai plieniniai vamzdžiai, pagaminti nepertraukiamo karštojo formavimo būdu. Gamybos procese jų suvirinti nereikia. Pagrindinis gamybos principas yra karštasis pradūrimas ir nuolatinis valcavimas. Besiūliai vamzdžiai formuojami iš vientiso plieno ruošinio, kuris kaitinamas iki aukštos temperatūros, tada praduriamas, valcuojamas, nustatomas dydis ir atšaldomas. Esant aukštai -temperatūrai plastiko sąlygoms, tvirtas apvalus plieno ruošinys praduriamas pradūrimo mašina, kad būtų suformuotas tuščiaviduris vamzdžio ruošinys, o tada naudojami keli valcavimo žingsniai, siekiant tiksliai kontroliuoti sienos storį ir išorinį skersmenį. Kadangi gamybos proceso metu nėra pjovimo, sujungimo ar suvirinimo procesų, vamzdžio korpusas visiškai išlaiko ištisinę žaliavos metalo pluošto struktūrą. Nėra struktūrinių trūkumų, tokių kaip suvirinimo siūlės. Todėl ši charakteristika lemia, kad besiūliai plieniniai vamzdžiai turi didelį bendrą konstrukcinį vientisumą ir vienodą apkrovą{8}}.
2. ERW suvirintų plieninių vamzdžių principas
ERW plieniniai vamzdžiai yra tipiški išilginiai suvirinti plieniniai vamzdžiai, gaminami naudojant aukšto -dažnio atsparumo suvirinimo procesą. Pagrindinis principas yra naudoti karštai -valcuotas plienines juostas kaip žaliavas, o tada naudoti kelis formavimo volelius, kad plokščios plieninės juostos nuolat susuktų į cilindrinio tuščiavidurio vamzdžio formą. Tada, pasinaudojant aukšto-dažnio srovės odos efektu ir artumo efektu, vamzdžio ruošinio kraštai greitai įkaista iki plastinės būsenos. Esant mechaniniam formavimo ritinėlių ekstruzijos poveikiui, sulydyti kraštai po kaitinimo išspaudžiami ir formuojami, suformuojant sandarų išilginį suvirinimą. Skirtingai nuo besiūlių vamzdžių formavimo proceso, ERW plieniniai vamzdžiai gaminami „formavimo + suvirinimo“ deriniu, kai vamzdžio korpuse yra suvirinimo siūlių. Nors šiuolaikinė aukšto -dažnio suvirinimo technologija gali padaryti suvirinimo stiprumą artimą pagrindinės medžiagos stiprumui, suvirinimo sritis vis tiek yra metalurgijos modifikavimo zona, o jos mikrostruktūra skiriasi nuo pagrindinės medžiagos. Tai yra akivaizdžiausias struktūrinis skirtumas tarp ERW plieninių vamzdžių ir besiūlių plieninių vamzdžių.
Gamybos procesų skirtumai
1. Gamybos procesasbesiūliai plieniniai vamzdžiai
Besiūlių plieninių vamzdžių gamyba yra sudėtingas procesas. Visas procesas apima plieno ruošinių tikrinimą, kaitinimą aukštoje -temperatūroje, sukamąjį pradūrimą, nuolatinį valcavimą, ištiesinimą pagal dydį, aušinimą, ilgio-pjovimą, defektų aptikimą ir gatavo produkto patikrinimą. Pirma, kietas apvalus plieno ruošinys kaitinamas šildymo krosnyje iki 1200 laipsnių. Taip siekiama užtikrinti, kad jis turėtų pakankamai plastinės deformacijos. Tada auskarų vėrimo mašina perveria plieno ruošinį ir sudaro tuščiavidurį vamzdinį apvalkalą. Tada vamzdinis apvalkalas patenka į valcavimo staklę ir daug kartų sumažinamas bei koreguojamas išorinis skersmuo, kad būtų užtikrintas vienodas sienelės storis ir atitiktų matmenų tikslumo reikalavimus. Galiausiai plieninis vamzdis atšaldomas, ištiesinamas ir supjaustomas į gatavus gaminius. Visas procesas priklauso nuo karšto valcavimo ir plastinių deformacijų, be jokių suvirinimo procedūrų. Todėl besiūlių plieninių vamzdžių gamybos ciklas yra ilgas, energijos suvartojimas yra didelis, o gamybos efektyvumas yra palyginti mažas. Taigi, gaminant didelio skersmens ir plonasienių besiūlių plieno vamzdžių specifikacijas, šie trūkumai yra akivaizdesni.
2. ERW vamzdžių gamybos procesas
ERW vamzdžiai gaminami naudojant nuolatinę ir efektyvią šalto lenkimo ir suvirinimo gamybos liniją. Pagrindiniai procesai apima plieninių ritinių išvyniojimą, juostos medžiagos išlyginimą, kraštų apipjaustymą, nuolatinį valcavimą ir formavimą, aukšto -dažnio atsparumo suvirinimą, suvirinimo siūlių pašalinimą, aušinimą, dydžio nustatymą, tiesinimą, pjovimą{2}} ir neardomąjį bandymą. ERW vamzdžių žaliava yra karštai valcuoti plieno ritės, kurios gali būti nuolat tiekiamos ir gaminamos. Pagrindinis gamybos etapas yra aukšto-dažnio kietojo kūno-suvirinimas, kurį naudojant galima pasiekti suvirinimo siūlių suliejimą nenaudojant suvirinimo laidų ir srauto. Visos gamybos linijos ypatybė yra jos gebėjimas veikti nuolat, trumpas gamybos ciklas ir didelis efektyvumas. Palyginti su besiūlių vamzdžių gamyba, ERW procesas pasižymi mažesniu energijos suvartojimu, aukštesniu automatizavimo lygiu ir didesniu gamybos pajėgumu; tačiau gaminius riboja juostos medžiagos plotis ir formavimo procesas, be to, yra tam tikrų apribojimų gaminant itin-storas{12}}sienes ir itin didelio{14}skersmens vamzdžius.
Struktūriniai ir mikroskopiniai skirtumai
1. Struktūrinis vientisumas
Besiūlis plieninis vamzdis turi bendrą vienodą struktūrą, be suvirinimo siūlių ar silpnų vietų vamzdžio korpuse. Jo vidinė metalo pluošto struktūra yra ištisinė ir vienoda visomis kryptimis, o įtempių pasiskirstymas yra nuoseklus, kai jis atlaiko vidinį slėgį ir išorines jėgas. Skirtumas tas, kad ERW plieniniai vamzdžiai turi akivaizdžių suvirinimo siūlių. Suvirinimo srityje vyksta lydymosi, perkristalizavimo ir greito aušinimo procesai, todėl skiriasi grūdelių struktūra. Todėl ERW plieninių vamzdžių struktūrinis vienodumas yra šiek tiek mažesnis nei besiūlių plieninių vamzdžių, o suvirinimas visada yra pagrindinė tikrinimo dalis ir santykinai silpna vamzdžio korpuso grandis.
2. Matmenų tikslumo ir paviršiaus kokybės skirtumai
ERW vamzdžių medžiagos turi didesnį matmenų tikslumą ir stabilesnę paviršiaus kokybę. Kadangi naudojama juostelių valcavimo ir tikslaus dydžio nustatymo technologija, ERW vamzdžių medžiagų sienelės storio tolerancija, apvalumas ir tiesumas yra gerai kontroliuojami, vidinės ir išorinės sienos yra lygios, o matmenų nuokrypis mažas. Besiūliai vamzdžiai formuojami aukštoje-temperatūroje perforuojant ir valcuojant, o jų sienelių storio vienodumą lengvai veikia šildymo temperatūra ir valcavimo stabilumas. Todėl besiūlių vamzdžių sienelės storio tolerancija ir paviršiaus šiurkštumas yra santykinai didesni.
Mechaninio veikimo ir saugos skirtumai
Slėgio tolerancija ir konstrukcijos stabilumas
Besiūlis plieninis vamzdis turi puikų bendrą atsparumą gniuždymui ir smūgiams. Dėl to, kad nėra suvirinimo siūlių, galima visiškai išvengti įprastų suvirinimo defektų, tokių kaip mikroįtrūkimai. Itin aukšto slėgio, žemos temperatūros ir intensyvaus smūgio darbo sąlygomis besiūlis plieninis vamzdis vis tiek gali išlaikyti stabilias mechanines savybes ir yra mažesnė tikimybė staiga lūžti. ERW plieniniai vamzdžiai gali atitikti daugumos įprastų vamzdynų darbinio slėgio reikalavimus, tačiau suvirinimo vieta yra jautresnė nuovargio apkrovoms ir žemos temperatūros poveikiui.
Taikymo apimties skirtumai
1. Besiūlių plieninių vamzdžių pritaikymas
Besiūliai plieniniai vamzdžiai dažniausiai naudojami itin sudėtingomis darbo sąlygomis. Pavyzdžiui, pagrindiniai jų taikymo scenarijai apima aukšto-slėgio katilų vamzdynus, naftos chemijos aukšto-temperatūros ir aukšto{3}}slėgio vamzdynus, aukšto-slėgio gamtinių dujų transportavimo magistralines linijas, hidraulinius vamzdynus, žemos-temperatūros kriogeninę konstrukcijų inžineriją ir aukštus-lauko gamybos saugos reikalavimus ir kt. todėl būtinas nulinis defektų lygis ir puikus prisitaikymas prie ekstremalios aplinkos. Todėl šiose srityse pirmenybė teikiama besiūliams plieniniams vamzdžiams.
2. ERW vamzdžių taikymas
ERW vamzdžiai plačiai naudojami vidutinio ir žemo slėgio įprastiniuose scenarijuose, tokiuose kaip miesto vandens tiekimo ir drenažo vamzdynai, priešgaisriniai vamzdynai, statybinių plieno konstrukcijų vamzdžių poliai, antriniai naftos ir dujų transportavimo vamzdynai bendrojoje pramonėje, transportavimo vamzdynai lengvosios pramonės ir chemijos sektoriuje, taip pat bendrieji mechaniniai atraminiai vamzdynai.
Esminis skirtumas tarp ERW suvirintų plieninių vamzdžių ir besiūlių plieninių vamzdžių yra visiškai skirtingi jų gamybos principai ir formavimo mechanizmai.
Besiūliai plieniniai vamzdžiai gaminami atliekant aukštą{0}}perforavimo ir valcavimo procesą. Be suvirinimo siūlių, vienoda metalo konstrukcija, puikios bendros mechaninės savybės ir puikiai prisitaikantys prie ekstremalios darbo aplinkos. Tačiau jų gamybos sąnaudos yra didelės, efektyvumas mažas, o dydžio leistinos nuokrypos yra didelės.
Kita vertus, ERW plieniniai vamzdžiai gaminami šaltuoju būdu formuojant lakštines medžiagas ir suvirinant aukštu{0}}dažniu atsparumu. Jų pranašumai yra didelis gamybos efektyvumas, maža kaina, didelis matmenų tikslumas ir lygus paviršius. Tačiau jų trūkumas yra struktūrinis skirtumas tarp suvirinimo ir pagrindinės medžiagos.
Renkantis medžiagas inžinerinėms reikmėms, reikia atsižvelgti į faktinį darbinį slėgį, temperatūros aplinką ir biudžeto sąnaudas ir atitinkamai pasirinkti tinkamą vamzdžio medžiagos tipą. Besiūliai plieniniai vamzdžiai tinka pramoniniams scenarijams esant aukštam slėgiui, žemai temperatūrai, didelei rizikai ir dideliam patikimumui, o ERW plieniniai vamzdžiai yra ekonomiškiausias ir efektyviausias pasirinkimas įprastų žemo ir vidutinio slėgio vamzdynų transportavimui ir konstrukcijų inžinerijai. Nuolat tobulėjant suvirinimo ir terminio apdorojimo technologijoms, atotrūkis tarp aukštos-kokybės ERW plieninių vamzdžių ir besiūlių plieninių vamzdžių palaipsniui mažėja, o tai toliau skatins plieninių vamzdžių gamybos pramonės plėtrą siekiant įvairinimo ir tobulinimo.
