Διαδικασία κατασκευής: Διαπερνημένος κοίλος έναντι σχηματισμένου και συγκολλημένου
Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των ασφαλών και των συγκολλημένων χαλύβδινων σωλήνων έγκειται στις μεθόδους παραγωγής τους. Οι ασφαλείς σωλήνες κατασκευάζονται από ένα στερεό στρογγυλό χαλύβδινο κοτσάνι, το οποίο θερμαίνεται και στη συνέχεια διαπερνάται με έναν μανδρέλ για να δημιουργηθεί μια κοίλη θήκη, ενώ στη συνέχεια υφίσταται κύλιση και εφελκυσμό για να επιτευχθεί η επιθυμητή διάμετρος και πάχος τοιχώματος — όλα αυτά χωρίς καμία συγκόλληση. Αυτή η διαδικασία παράγει έναν σωλήνα με ομοιόμορφη μικροδομή και συνεκτικές μηχανικές ιδιότητες σε όλη την περιφέρειά του. Αντιθέτως, οι συγκολλημένοι σωλήνες προέρχονται από ένα επίπεδο χαλύβδινο τύλιγμα ή λαμαρίνα, τα οποία σχηματοποιούνται με κύλιση σε κυλινδρικό σχήμα, ενώ οι αντικρινόμενες άκρες ενώνονται με ηλεκτρική αντίσταση υψηλής συχνότητας (ERW), συγκόλληση με λέιζερ ή συγκόλληση με κρυμμένο τόξο (SAW). Η συγκολλητική ραφή στη συνέχεια υφίσταται θερμική επεξεργασία και επιθεώρηση. Αυτή η θεμελιώδης διαφορά οδηγεί σε διακριτά χαρακτηριστικά απόδοσης: οι ασφαλείς σωλήνες προσφέρουν ανώτερη αντοχή σε πίεση και καλύτερη αντοχή στην κόπωση λόγω της απουσίας πιθανής αδυναμίας στη ζώνη συγκόλλησης, ενώ οι συγκολλημένοι σωλήνες προσφέρουν καλύτερη διαστασιακή σταθερότητα, ομαλότερη επιφάνεια και χαμηλότερο κόστος, ιδιαίτερα σε μεγάλες διαμέτρους.
Πεδία Εφαρμογής: Υψηλής Πίεσης έναντι Οικονομικών Ρευστών και Δομικών Χρήσεων
Οι σωλήνες χωρίς αρμό (seamless pipe) είναι η προτιμώμενη επιλογή για κρίσιμες, υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας εφαρμογές, όπου η ακεραιότητα της συγκόλλησης μπορεί να αποτελεί πρόβλημα. Κυριαρχούν στη βιομηχανία πετρελαίου και αερίου για την κατασκευή εσωτερικών ενδυμάτων (downhole casing), σωλήνων μεταφοράς (tubing) και υπερθαλάσσιων ανυψωτικών σωλήνων (offshore risers) (API 5L, ASTM A106), καθώς και στην παραγωγή ενέργειας για σωλήνες λέβητα και συλλέκτες υπερθερμαντήρων (superheater headers) (ASTM A335). Είναι επίσης απαραίτητοι για υδραυλικά συστήματα, χημικούς αντιδραστήρες και σωληνώσεις πυρηνικών εγκαταστάσεων. Οι συγκολλημένοι σωλήνες, ωστόσο, χρησιμοποιούνται στην τεράστια πλειοψηφία των εφαρμογών μεταφοράς ρευστών και δομικών εφαρμογών, όπου οι πιέσεις είναι μέτριες. Οι σωλήνες με ηλεκτρική αντίσταση (ERW pipe) (ASTM A53, API 5L) είναι το πρότυπο για τη διανομή φυσικού αερίου, τις γραμμές ύδρευσης, τα συστήματα πυρόσβεσης και τις σωληνώσεις θέρμανσης, ψύξης και εξαερισμού (HVAC). Οι σωλήνες μεγάλης διαμέτρου, με εγκάρσια συγκόλληση (LSAW) ή σπειροειδή συγκόλληση (SSAW), χρησιμοποιούνται για τη μακράς απόστασης μεταφορά πετρελαίου και αερίου, τις εισόδους νερού και τις στηρίξεις (piling). Στην κατασκευή, οι κοίλες δομικές διατομές (HSS) με συγκόλληση (ASTM A500) χρησιμοποιούνται ως στύλοι, δοκοί δικτυωτών φορέων (trusses) και χωρικά πλαίσια (space frames), λόγω του εξαιρετικού λόγου αντοχής προς βάρος και της καθαρής εμφάνισής τους.
Οδηγίες για το Κόστος, τη Διαθεσιμότητα και την Επιλογή
Από οικονομικής πλευράς, οι συγκολλητοί σωλήνες είναι γενικά 20–30% φθηνότεροι από τους ασφαλείς σωλήνες ίδιων διαστάσεων, λόγω της συνεχούς και υψηλής παραγωγής τους από κοίλους. Διατίθενται επίσης σε ευρύτερη ποικιλία διαμέτρων (έως 80 ίντσες ή περισσότερο) και πάχους τοιχώματος, ενώ οι ασφαλείς σωλήνες περιορίζονται συνήθως σε διάμετρο μικρότερη των 26 ιντσών λόγω των περιορισμών των μηχανημάτων διάτρησης. Ωστόσο, οι ασφαλείς σωλήνες προσφέρουν ανώτερη αξιοπιστία σε «ξινές» εφαρμογές (περιβάλλοντα με H₂S) και σε κυκλικά φορτία, όπου οι συγκολλήσεις μπορούν να αποτελέσουν σημεία έναρξης ρωγμών. Κατά την επιλογή μεταξύ τους, οι μηχανικοί πρέπει να λαμβάνουν υπόψη: την απαιτούμενη τάση λειτουργίας (ασφαλείς για >10 MPa ή υψηλή κόπωση), τη διάμετρο (συγκολλητοί για >24 ίντσες), την ευαισθησία στο κόστος (συγκολλητοί για γενικές εφαρμογές) και τις απαιτήσεις των κωδίκων (π.χ. η ASME B31.3 επιτρέπει συνήθως και τους δύο τύπους, αλλά μπορεί να απαιτεί αυστηρότερη επιθεώρηση για τους συγκολλητούς). Για την πλειονότητα των εφαρμογών σε κτίρια, ύδρευση και χαμηλής πίεσης, οι συγκολλητοί σωλήνες αποτελούν την οικονομική και τεχνικά αιτιολογημένη επιλογή. Για εφαρμογές υψηλής τάσης, υψηλής θερμοκρασίας ή διαβρωτικού περιβάλλοντος, οι ασφαλείς σωλήνες παρέχουν το απαραίτητο περιθώριο ασφαλείας.
