Фундаментальное разделение в производстве: прокол против формовки и сварки
Наиболее фундаментальное различие между бесшовными и сварными стальными трубами заключается в их соответствующих методах производства. Бесшовные трубы изготавливаются из цельного круглого стального заготовка без продольного или спирального сварного шва. Процесс производства начинается с нагрева цельной заготовки до приблизительно 1250 °C и её проталкивания через пробойный стержень для получения полой заготовки эта раскалённая полая заготовка затем проходит через последовательные наборы вогнутых роликов, которые формируют трубу требуемого наружного диаметра и толщины стенки результатом является труба с непрерывной и однородной структурой — в ней отсутствуют слабые места, характерные для сварных труб. В отличие от бесшовных труб, сварные трубы изготавливаются путём формования стальной листовой заготовки или рулона в трубчатую форму с последующей сваркой кромок. Сварной шов является принципиальным отличием, поскольку он создаёт зону термического влияния (ЗТИ), механические свойства которой могут отличаться от свойств основного металла. .
Производство бесшовных труб: горячая прокатка и холодная протяжка
Производство бесшовных труб подразделяется преимущественно на два метода: горячую прокатку и холодную прокатку (холодную протяжку), каждый из которых применяется для труб различных размеров и назначений. метод горячей прокатки составляет приблизительно 80–90 % всего объёма производства бесшовных труб и обычно используется для труб большого диаметра и с повышенной толщиной стенки. процесс включает следующие этапы: подготовка заготовки — выбор высококачественных круглых стальных заготовок и их нагрев до требуемой температуры; прошивка — использование прошивного стана для формирования полой гильзы из нагретой заготовки; прокатка — прокатка гильзы на трубопрокатном стане с получением стальной трубы требуемого размера; калибровка и правка — для обеспечения точности размеров; термическая обработка — например, нормализация и отжиг для улучшения механических свойств; окончательный контроль и упаковка горячекатаные бесшовные трубы обеспечивают высокую производительность и низкую себестоимость, однако их качество поверхности и точность размеров относительно ниже для применений, требующих повышенной точности, применяется холодная волочение. Этот процесс начинается с горячекатаной гильзы в качестве заготовки, которую подвергают травлению для удаления поверхностного окалины загрубленную стальную трубу затем обрабатывают на стане холодной прокатки или холодного волочения до получения требуемых размеров, что значительно повышает точность размеров и качество поверхности . Холоднодеформированные стальные трубы обычно подвергаются отжигу для устранения внутренних напряжений и восстановления пластичности, после чего выполняются отделочные операции, такие как правка, резка и полировка . Холоднокатаные бесшовные трубы отличаются высокой точностью размеров и гладкой поверхностью, что делает их пригодными для прецизионного оборудования и гидравлических систем .
Производство сварных труб: ERW, LSAW и SSAW
Сварные стальные трубы изготавливаются тремя основными способами: электросопротивной сваркой (ERW), продольной дуговой сваркой под флюсом (LSAW) и спиральной дуговой сваркой под флюсом (SSAW); каждый из этих способов имеет свои особенности в отношении исходных материалов, методов формовки и сфер применения . ERW трубы производятся из горячекатаных широких рулонов, которые проходят предварительное загибание, формовку, сварку, термообработку, калибровку, правку и резку . Высокочастотный индукционный нагрев локально плавит сопрягаемые поверхности, а давление обеспечивает их сварку без использования электродов. Трубы, изготовленные методом электросварки сопротивлением (ERW), отличаются высокой размерной точностью, равномерной толщиной стенки, хорошим качеством поверхности и способностью выдерживать высокое давление, однако их применение ограничено небольшими диаметрами и тонкими стенками . Они широко применяются при транспортировке городского газа, сырой нефти и готовых нефтепродуктов . Трубы LSAW изготавливаются из отдельных стальных листов, которые формуются в пресс-формах или на формовочных станках с использованием двухсторонней дуговой сварки под флюсом и последующего расширения . При методе UOE стальной лист сначала прессуется в форму буквы U, затем — в форму буквы O, после чего шов сваривается с внутренней и внешней сторон и труба подвергается механическому расширению. При процессе JCOE лист постепенно формируется серией прессов. Трубы, изготовленные методом продольной дуговой сварки под флюсом (LSAW), охватывают широкий спектр типоразмеров и обладают хорошей ударной вязкостью, пластичностью, однородностью и плотностью сварного шва; они особенно эффективны при больших диаметрах, толстых стенках, высоком давлении и низких температурах . СПВ-труб (спирально-шовных сварных труб) изготавливаются путём непрерывной подачи рулонной стальной ленты под углом с образованием спирального сварного шва методом автоматической двухпроводной двухсторонней сварки под флюсом. Этот метод позволяет производить трубы большого диаметра (Ф1016–3200 мм) из более узких и менее дорогих рулонов . Спиральная сварка обеспечивает выпуск труб большого диаметра, пригодных для транспортировки больших объёмов нефти и газа. Трубы SSAW широко применяются при передаче нефти, природного газа и воды, а также в свайных и строительных конструкциях.
Различия в эксплуатационных характеристиках и стоимости
Разные технологии производства обуславливают различия в эксплуатационных характеристиках, стоимости и геометрических параметрах. Бесшовные трубы, не имеющие сварного шва, считаются более прочными и надёжными . Они обладают исключительной однородностью по окружному направлению и, следовательно, обладают высокой устойчивостью к внутреннему давлению и крутящему моменту. Однако современные технологии производства и процедуры контроля качества значительно сократили разницу в прочности между этими двумя типами труб. на практике современные методы сварки — особенно ЭСС/ВЧС — обеспечивают соединения с прочностью, равной или превышающей прочность основного металла сварные трубы имеют более гладкую и однородную поверхность и дешевле в производстве по сравнению с бесшовными трубами бесшовные трубы обычно стоят на 20–40 % дороже сварных труб и требуют больше времени на изготовление при больших диаметрах формально собственная прочность сварной трубы принимается примерно на 20 % ниже, чем у эквивалентной бесшовной трубы (как того требуют стандарты) также различается однородность толщины стенки: для сварных труб типичный допуск составляет ±10 % или лучше, тогда как для бесшовных труб характерна эксцентричность ±12,5 % .
Области применения: когда выбирать тот или иной тип
Выбор между бесшовными и сварными трубами зависит от требований к рабочему давлению, диаметру трубы, бюджету и срокам поставки . Бесшовные трубы обязательны или сильно предпочтительны для применения при высоком давлении — в нефтегазовой промышленности, нефтеперерабатывающих заводах, разведке и бурении нефти и газа, а также в гидравлических цилиндрах — и для эксплуатации при высоких температурах выше 400 °C, низких температурах ниже −46 °C и в кислых средах, где необходимо минимизировать риск трещинообразования в зоне термического влияния (HAZ) . Их также предпочитают для трубопроводов малого диаметра (NPS 2 и менее), где бесшовное исполнение является стандартной практикой . Распространённые спецификации бесшовных труб включают ASTM A106, A335 и API 5L . Сварные трубы обычно допустимы — и зачастую предпочтительны — для магистральных трубопроводов большого диаметра (NPS 24 и более), где бесшовные трубы недоступны или чрезмерно дороги , для конструкционных применений по ASTM A500 или EN 10219, а также для транспортировки воды и низконапорных коммунальных систем . Сварные трубы широко применяются в инженерных системах зданий для технической воды, например, для низконапорной воды, отопления, охлаждения и газоснабжения . Распространённые спецификации сварных труб включают ASTM A53 тип E, API 5L и ASTM A671/A672 . Коэффициент эффективности сварного соединения (E) в стандарте ASME B31.3 определяет, соответствует ли сварная труба требованиям к рабочему давлению: для труб с электросварным швом (ERW), прошедших контроль в соответствии с применимым стандартом, E = 0,85–1,0; для бесшовных труб E всегда равен 1,0 . Понимая эти базовые различия в технологических процессах, инженеры и специалисты по закупкам могут выбрать тип трубы, который наилучшим образом обеспечивает баланс между техническими требованиями и экономическими соображениями для каждого конкретного применения.
