تفاوت‌های فرآیندی بین لوله‌های فولادی یکپارچه و لوله‌های جوش‌خورده

تفکیک اساسی در تولید: سوراخ‌کاری در مقابل شکل‌دهی و جوشکاری

مهم‌ترین تفاوت بین لوله‌های فولادی بدون درز و جوش‌خورده، رویکرد تولیدی متفاوت آن‌هاست. لوله‌های بدون درز از یک بلیت فولادی گرد جامد و بدون درز طولی یا پیچشی تولید می‌شوند. فرآیند تولید با گرم‌کردن بلیت جامد تا دمای حدود ۱۲۵۰ درجه سانتی‌گراد و عبور دادن آن از روی یک میله سوراخ‌کن برای ایجاد پوسته توخالی آغاز می‌شود. این بیلت داغ و توخالی سپس از مجموعه‌های متوالی غلطک‌های مقعر عبور داده می‌شود تا لوله‌ای با قطر خارجی و ضخامت دیواره مناسب تشکیل شود. نتیجه، لوله‌ای با ساختاری پیوسته و یکنواخت است — هیچ نقطه ضعیفی مانند آنچه در لوله‌های جوش‌خورده دیده می‌شود وجود ندارد. در مقابل، لوله‌های جوش‌خورده با شکل‌دهی صفحه یا پیچ‌های فولادی به شکل لوله‌ای و سپس جوش دادن لبه‌ها به یکدیگر ساخته می‌شوند. درز جوش تفاوت اساسی را ایجاد می‌کند، زیرا منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) را به وجود می‌آورد که ممکن است خواص مکانیکی متفاوتی نسبت به فلز پایه داشته باشد. .

تولید لوله بدون درز: نورد داغ و کشش سرد

تولید لوله بدون درز عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شود: نورد داغ و نورد سرد (کشش سرد)، که هر کدام برای لوله‌هایی با مشخصات و کاربردهای متفاوت مناسب هستند. روش نورد داغ حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد از تولید لوله بدون درز را تشکیل می‌دهد و معمولاً برای لوله‌های با قطر بزرگ‌تر و دیواره‌های ضخیم‌تر استفاده می‌شود. . این فرآیند شامل مراحل زیر است: آماده‌سازی بلیت — انتخاب بلیت‌های فولادی گرد با کیفیت بالا و گرم‌کردن آن‌ها تا دمای مناسب؛ سوراخ‌کاری — استفاده از دستگاه سوراخ‌کن برای تبدیل بلیت گرم‌شده به پوسته‌ای توخالی؛ نورد — استفاده از نورد لوله برای تبدیل پوسته به لوله‌ای فولادی با ابعاد موردنظر؛ تنظیم ابعاد و صاف‌کردن — برای اطمینان از دقت ابعادی؛ عملیات حرارتی — مانند عادی‌سازی و انیل‌کردن جهت بهبود خواص مکانیکی؛ و بازرسی نهایی و بسته‌بندی . لوله‌های بی‌درز نوردشده در دمای بالا، بازده تولید بالا و هزینه‌ی پایینی دارند، هرچند کیفیت سطحی و دقت ابعادی آن‌ها نسبتاً کمتر است. . برای کاربردهایی که دقت بالاتری نیاز دارند، از روش کشش سرد استفاده می‌شود. این فرآیند با استفاده از یک پوسته‌ی نوردشده در دمای بالا به‌عنوان بلیت آغاز می‌شود که پس از حذف لایه‌ی اکسید سطحی با فرآیند اسیدشویی (پیکل) آماده می‌گردد. . لوله‌ی فولادی نیمه‌تمام سپس در نورد سرد یا دستگاه کشش سرد به ابعاد موردنظر پردازش می‌شود که دقت ابعادی و کیفیت سطحی را به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد. لوله‌های فولادی تولیدشده با فرآیند سرد معمولاً تحت عملیات آنیلینگ قرار می‌گیرند تا تنش‌های داخلی از بین روند و انعطاف‌پذیری آن‌ها بازگردانده شود؛ سپس عملیات پایانی مانند صاف‌کردن، برش‌زنی و صیقل‌دهی روی آن‌ها انجام می‌شود لوله‌های بدون درز نوردشده سرد دارای دقت ابعادی بالا و سطح صافی هستند و بنابراین برای ماشین‌آلات دقیق و سیستم‌های هیدرولیک مناسب‌اند .

تولید لوله جوش‌خورده: ERW، LSAW و SSAW

لوله‌های فولادی جوش‌خورده از طریق سه فرآیند اصلی تولید می‌شوند: جوشکاری مقاومتی الکتریکی (ERW)، جوشکاری قوس زیرپودری طولی (LSAW) و جوشکاری قوس زیرپودری مارپیچی (SSAW)؛ هر یک از این فرآیندها مواد اولیه، روش‌های شکل‌دهی و کاربردهای متمایزی دارند . لوله‌های ERW از کویل‌های گسترده نوردشده داغ تولید می‌شوند که تحت عملیات پیش‌خمیری، شکل‌دهی، جوشکاری، عملیات حرارتی، تنظیم ابعاد، صاف‌کردن و برش قرار می‌گیرند گرمایش القایی با فرکانس بالا به‌صورت محلی سطوح مجاور را ذوب می‌کند و فشار باعث جوش‌شدن آن‌ها بدون استفاده از الکترودهای جوش می‌شود. لوله‌های ERW دقت ابعادی بالا، ضخامت دیوارهٔ یکنواخت، کیفیت سطحی خوب و توانایی تحمل فشار بالا را ارائه می‌دهند، هرچند در قطرهای کوچک‌تر و ضخامت‌های دیوارهٔ نازک‌تر محدودیت دارند. این لوله‌ها به‌طور گسترده در انتقال گاز شهری، نفت خام و فرآورده‌های نفتی استفاده می‌شوند. . لوله‌های LSAW این لوله‌ها از ورق‌های تکی فولادی ساخته می‌شوند که در قالب‌ها یا ماشین‌های شکل‌دهی فشرده می‌شوند و با جوشکاری قوس زیرپوشش دوطرفه و انبساط تولید می‌گردند. روش UOE ابتدا ورق فولادی را به شکل U و سپس به شکل O فشرده می‌کند، درز آن را از داخل و خارج جوش می‌دهد و سپس به‌صورت مکانیکی آن را منبسط می‌کند. فرآیند JCOE صفحه را به‌صورت تدریجی و از طریق مجموعه‌ای از فشرده‌کننده‌ها شکل می‌دهد. لوله‌های LSAW دامنهٔ وسیعی از مشخصات محصول را ارائه می‌دهند و از مقاومت ضربه‌ای خوب، انعطاف‌پذیری، یکنواختی و تراکم بالای جوش برخوردارند؛ این لوله‌ها در قطرهای بزرگ، دیواره‌های ضخیم، مقاومت بالا در برابر فشار و مقاومت در برابر دمای پایین برجسته‌اند. . لوله‌های SSAW اهمیت بسزایی دارد. با تغذیهٔ پیوستهٔ سیم‌فلزی نواری به‌صورت مورب شکل می‌گیرند و با جوشکاری قوس زیرپودری دوطرفهٔ دوسیمهٔ خودکار، درز جوش مارپیچی ایجاد می‌شود. این روش امکان تولید لوله‌های بزرگ‌قطر (قطر اسمی ۱۰۱۶ تا ۳۲۰۰ میلی‌متر) را با استفاده از سیم‌فلزهای نواری باریک‌تر و ارزان‌تر فراهم می‌کند. فرآیند جوشکاری مارپیچی امکان تولید لوله‌های بزرگ‌قطر مناسب برای انتقال مقادیر زیاد نفت و گاز را فراهم می‌کند. لوله‌های SSAW به‌طور گسترده در انتقال نفت، گاز طبیعی و آب، همچنین در کاربردهای شمعی و سازه‌ای استفاده می‌شوند.

تفاوت‌های عملکردی و هزینه‌ای

فرآیندهای ساخت متفاوت منجر به تفاوت‌های مشخصی در عملکرد، هزینه و ابعاد می‌شوند. لوله‌های بدون درز به‌دلیل عدم وجود درز جوش، از نظر استحکام و قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار هستند. این لوله‌ها همگنی برجسته‌ای در جهت محیطی دارند و بنابراین در برابر فشار داخلی و پیچش مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند. با این حال، فرآیندهای نوین و آزمون‌های تضمین کیفیت تفاوت در استحکام بین این دو نوع لوله را به حداقل رسانده‌اند. در عمل، تکنیک‌های جوشکاری مدرن — به‌ویژه ERW/HFW — اتصالاتی با استحکامی برابر یا بیشتر از فلز پایه تولید می‌کنند لوله‌های جوش‌خورده صاف‌تر، یکنواخت‌تر و ارزان‌تر از لوله‌های بدون درز ساخته می‌شوند لوله‌های بدون درز معمولاً ۲۰ تا ۴۰ درصد گران‌تر از لوله‌های جوش‌خورده هستند و برای اندازه‌های بزرگ زمان تحویل طولانی‌تری دارند استحکام ذاتی لوله‌های جوش‌خورده را طبق استانداردها حدود ۲۰ درصد کمتر از لوله‌های بدون درز معین می‌کنند یکنواختی ضخامت نیز متفاوت است: لوله‌های جوش‌خورده معمولاً دقتی بهتر از ±۱۰ درصد دارند، درحالی‌که لوله‌های بدون درز معمولاً دارای عدم تقارن ±۱۲٫۵ درصدی هستند .

حوزه‌های کاربردی: چه زمانی هر نوع را انتخاب کنیم

انتخاب بین لوله بدون درز و لوله جوش‌خورده به نیازهای فشاری، اندازه لوله، بودجه و زمان تحویل بستگی دارد . لوله‌های بدون درز برای کاربردهای فشار بالا — از جمله صنایع هیدروکربنی، پالایشگاه‌ها، اکتشاف و حفاری نفت و گاز و سیلندرهای هیدرولیک — الزامی یا ترجیح داده می‌شوند؛ همچنین برای کاربردهای دمای بالا بالاتر از ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد، کاربردهای دمای پایین زیر ۴۶- درجه سانتی‌گراد و کاربردهای اسیدی (sour service) که خطر ترک‌خوردن منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) باید به حداقل رسید. . همچنین برای لوله‌های کوچک‌قطر (NPS ۲ و کوچک‌تر) که استفاده از لوله بدون درز روش استاندارد است، ترجیح داده می‌شوند. . مشخصات رایج لوله‌های بدون درز شامل ASTM A106، A335 و API 5L است. . لوله‌های جوش‌خورده معمولاً برای خطوط لوله با قطر بزرگ (NPS ۲۴+) که لوله بدون درز در دسترس نیست یا هزینه‌بر است، قابل قبول هستند — و اغلب ترجیح داده می‌شوند. ، برای کاربردهای سازه‌ای مطابق با استانداردهای ASTM A500 یا EN 10219، و برای انتقال آب و شبکه‌های خدمات با فشار پایین. . لوله‌های جوش‌خورده معمولاً در کاربردهای خدمات ساختمانی برای آب غیرآشامیدنی مانند آب با فشار پایین، گرمایش، سرمایش و گاز استفاده می‌شوند. مشخصات رایج لوله‌های جوش‌خورده شامل استانداردهای ASTM A53 نوع E، API 5L و ASTM A671/A672 می‌باشد. ضریب کارایی اتصال جوش (E) در استاندارد ASME B31.3 تعیین‌کننده‌ی این است که آیا لوله‌های جوش‌خورده نیازمندی‌های فشار طراحی را برآورده می‌سازند یا خیر: برای لوله‌های جوش‌خورده با روش ERW که بر اساس استاندارد مربوطه مورد بازرسی قرار گرفته‌اند، E بین ۰٫۸۵ تا ۱٫۰ است؛ و برای لوله‌های بدون درز، E همواره برابر با ۱٫۰ است. با درک این تفاوت‌های اساسی در فرآیندها، مهندسان و متخصصان تأمین می‌توانند نوع لوله‌ای را انتخاب کنند که به‌طور بهینه، نیازمندی‌های فنی را با ملاحظات اقتصادی در هر کاربرد خاصی متعادل سازد.