لوله بدون درز در مقابل لوله جوش داده شده: تفاوت های تولید، مقایسه عملکرد و راهنمای کاربرد

فرآیندهای ساخت: سوراخ شده در مقابل شکل گرفته و جوش داده شده

تمایز اساسی بین لوله های فولادی بدون درز و جوش داده شده در روش های ساخت مربوطه آنها نهفته است. لوله های بدون درز از شمش های فولادی گرد جامد تولید می شوند که تقریباً تا دمای 2200 درجه فارنهایت (1200 درجه سانتیگراد) گرم می شوند و سپس با استفاده از یک آسیاب سوراخ کننده دوار برای ایجاد یک پوسته توخالی از مرکز سوراخ می شوند. این لوله توخالی متعاقباً از طریق تکنیک های نورد یا کشیدن شکل کشیده و شکل می گیرد تا به ابعاد و ضخامت دیواره مورد نیاز دست یابد. نتیجه یک لوله با ساختار یکپارچه، پیوسته و بدون درز جوش طولی یا مارپیچی است.

در مقابل، لوله های جوش داده شده با شکل دادن صفحات یا کلاف های فولادی به شکل لوله ای و جوش دادن لبه های طولی یا مارپیچی به یکدیگر تولید می شوند. روش‌های جوشکاری مختلفی بسته به کاربرد استفاده می‌شود: جوشکاری مقاومتی الکتریکی (ERW) از جریان الکتریکی برای گرم کردن لبه‌های سیم پیچ فولادی استفاده می‌کند تا زمانی که بدون فلز پرکننده ذوب شوند و درزهای صاف و یکدست مناسب برای تولید انبوه ایجاد کنند. جوشکاری زیردریایی طولی (LSAW) نفوذ عمیق جوش و کیفیت درز قوی را برای لوله‌های با قطر بزرگ فراهم می‌کند. و جوشکاری زیردریایی حلزونی (HSAW/SSAW) یک درز مارپیچی ایجاد می کند که امکان تولید لوله هایی با طول و انعطاف بیشتر طراحی را فراهم می کند. این تفاوت اساسی در روش‌های تولید منجر به ویژگی‌های عملکرد متمایز، پروفایل‌های هزینه و مناسب بودن کاربرد برای هر نوع لوله می‌شود.

ویژگی های عملکرد و خواص مکانیکی

عدم وجود درز جوش به لوله های بدون درز مزایای عملکردی متمایز در کاربردهای سخت می دهد. لوله‌های بدون درز بدون جوش، ساختار یکنواختی را ارائه می‌کنند که نقاط ضعف را از بین می‌برد و در نتیجه تحمل فشار بالا و عملکرد ضد نشت را افزایش می‌دهد. فشار ترکیدگی لوله های بدون درز معمولاً 20 تا 30 درصد بیشتر از لوله های جوش داده شده با همان مشخصات است. لوله های بدون درز همچنین دارای استحکام کششی بالاتر، مقاومت در برابر خوردگی بالاتر و پایداری بهتر در دمای بالا به دلیل عدم وجود مناطق ضعیف جوش داده شده هستند. فرآیند تولید بدون درز لوله هایی با تنش های پسماند بسیار کم و خواص مکانیکی ثابت در سرتاسر بدنه لوله تولید می کند.

لوله های جوش داده شده، با این حال، بهبود قابل توجهی در کیفیت از طریق تکنیک های جوشکاری مدرن داشته اند. فرآیندهای معاصر ERW و HFW اتصالاتی با استحکام برابر یا بیشتر از فلز پایه ایجاد می کنند. با این حال، درز جوش یک منطقه متاثر از حرارت (HAZ) را معرفی می کند که ممکن است خواص مکانیکی متفاوتی با فلز پایه داشته باشد. ضریب کارایی اتصال جوش (E) در ASME B31.3 از 0.85 تا 1.0 برای لوله های جوش داده شده بسته به استانداردهای معاینه متغیر است، در حالی که لوله های بدون درز E = 1.0 ثابت را حفظ می کنند. لوله های جوش داده شده همچنین به دلیل ناحیه تحت تأثیر حرارت، خواص مکانیکی ناهمسانگردی را نشان می دهند، اگرچه عملیات حرارتی مناسب می تواند عملکرد را بهبود بخشد. از نظر دقت ابعادی، لوله های جوش داده شده معمولاً یکنواختی دیواره بهتری (± 10٪ یا بهتر) در مقایسه با لوله های بدون درز (± 12.5٪ خروج از مرکز معمولی) ارائه می دهند.

محدوده اندازه، هزینه و در دسترس بودن

قابلیت اندازه لوله های بدون درز و جوش به طور قابل توجهی متفاوت است. لوله‌های بدون درز عموماً در اندازه‌های اسمی لوله از NPS 1/8 تا تقریباً NPS 24 موجود هستند. لوله‌های جوشی، در مقابل، می‌توانند در قطرهای بسیار بزرگ‌تر، از NPS 1/2 تا NPS 80 و بالاتر تولید شوند. برای کاربردهای API 5L، اجرای بدون درز معمولاً تا 28 اینچ در دسترس است، در حالی که اجرای جوشی - به ویژه LSAW - می تواند به 80 اینچ یا بیشتر برسد.

از منظر اقتصادی، لوله های جوش داده شده معمولا 20 تا 40 درصد ارزان تر از لوله های بدون درز هستند. هزینه تولید لوله های فولادی بدون درز بالاتر است و میزان استفاده از مواد تقریباً 70-80٪ است. با این حال، لوله های فولادی جوش داده شده را می توان به طور مداوم با استفاده از مواد بیش از 95٪ تولید کرد که مزایای قیمت قابل توجهی را ارائه می دهد، به ویژه در بخش لوله های با قطر بزرگ. زمان‌های سرب نیز متفاوت است: لوله‌های بدون درز برای اندازه‌های بزرگ به زمان طولانی‌تری نیاز دارند، در حالی که لوله‌های جوش داده شده از زمان سرب کوتاه‌تر و در دسترس بودن انبار گسترده‌تر بهره می‌برند. پرداخت سطح یکی دیگر از عوامل متمایز کننده است: لوله های بدون درز عموماً دارای سطح ناهموارتری هستند (فنیش گرم)، در حالی که لوله های جوش داده شده سطح صاف تری را ارائه می دهند.

دامنه های کاربردی و معیارهای انتخاب

انتخاب بین لوله‌های بدون درز و لوله‌های جوش داده شده باید بر اساس الزامات کاربردی خاص، شرایط فشار، درجه حرارت شدید و محدودیت‌های بودجه باشد. لوله های بدون درز برای کاربردهای بحرانی، فشار بالا و دمای بالا اجباری یا به شدت ترجیح داده می شوند. اینها شامل فشارهای طراحی بیش از حدهای ASME B31.3 برای لوله‌های جوشی با فاکتورهای مشترک زیر 1.0، محیط‌های خدماتی ترش که در آن خطر ترک خوردگی در ناحیه متاثر از حرارت باید به حداقل برسد (NACE MR0175/ISO 15156)، سرویس در دمای بالا بالای 400 درجه سانتی‌گراد (ASTM A335 درجه‌های آلیاژ پایین‌تر از -4 درجه سانتی گراد) A333). کاربردهای معمول لوله های بدون درز شامل خطوط لوله نفت و گاز برای حمل و نقل سیالات با فشار بالا، سیستم های پردازش شیمیایی و پتروشیمی، تولید برق و لوله های مبدل حرارتی، خطوط هیدرولیک خودرو و هوافضا، و کارخانه های داروسازی و مواد غذایی است که به سیستم های جریان بهداشتی نیاز دارند. لوله های فولادی بدون درز همچنین برای سیستم های هیدرولیک با فشار کاری بیش از 10 مگاپاسکال، لوله های بخار با دمای بیش از 350 درجه سانتیگراد و خطوط لوله انتقال متوسط ​​خورنده مشخص شده اند.

لوله های جوش داده شده عموماً برای خطوط لوله با قطر بزرگ (NPS 24 و بالاتر) که در آن گزینه های بدون درز در دسترس نیستند یا بسیار گران هستند، قابل قبول یا ترجیح داده می شوند، کاربردهای ساختاری بر اساس ASTM A500 یا EN 10219، انتقال آب و تاسیسات کم فشار، و پروژه هایی که در آن زمان بندی هزینه و تحویل تصمیم گیری می شود. لوله‌های جوشی معمولاً برای تکیه‌گاه‌های سازه‌های ساختمان، سیستم‌های تحویل سیال کم فشار و لوله‌های غیر استانداردی که نیاز به اصلاح در محل دارند استفاده می‌شوند. برای کاربردهای معمولی مانند خطوط لوله گاز شهری و خطوط لوله آب کم فشار، لوله های جوشی مقرون به صرفه تر معمولاً انتخاب بهینه هستند.

کنترل کیفیت و الزامات بازرسی

الزامات تضمین کیفیت و بازرسی بین دو نوع لوله متفاوت است. لوله های بدون درز نیاز به تمرکز روی آزمایش یکنواختی ضخامت دیواره و بیضی بودن دارند. لوله‌های جوش داده شده باید تحت آزمایش‌های غیر مخرب جوش‌ها، از جمله تشخیص عیب اشعه ایکس و آزمایش اولتراسونیک قرار گیرند تا یکپارچگی جوش را تأیید کنند. مشخصات معمول برای لوله های بدون درز شامل ASTM A106، A335 و API 5L است، در حالی که لوله های جوشی معمولاً تحت ASTM A53 نوع E، API 5L و ASTM A671/A672 مشخص می شوند. الزامات NDT آزمایش اولتراسونیک را بر اساس استانداردهای ASTM/API برای لوله های بدون درز الزامی می کند، در حالی که لوله های جوش داده شده به آزمایش رادیوگرافی یا اولتراسونیک به طور خاص روی درز جوش نیاز دارند. انتخاب صحیح لوله ها مستلزم در نظر گرفتن همه جانبه سطح فشار، مشخصات متوسط ​​و شرایط سرویس است. در بسیاری از کاربردهای صنعتی، لوله های بدون درز و جوش داده شده را می توان به صورت ترکیبی در یک سیستم به منظور بهینه سازی مقرون به صرفه استفاده کرد. با درک این تفاوت های اساسی در تولید، عملکرد و مناسب بودن کاربرد، مهندسان و متخصصان تدارکات می توانند تصمیمات آگاهانه ای اتخاذ کنند که الزامات فنی را با ملاحظات اقتصادی برای هر پروژه خاص متعادل کند.