Procesy produkcyjne: przebijane a formowane i spawane
Podstawowa różnica między rurami stalowymi bez szwu i spawanymi polega na odpowiednich metodach ich wytwarzania. Rury bez szwu są produkowane z solidnych okrągłych kęsów stalowych, które są podgrzewane do temperatury około 2200°F (1200°C), a następnie przebijane przez środek za pomocą obrotowego młyna przebijającego w celu utworzenia pustej skorupy. Ta pusta rura jest następnie wydłużana i kształtowana technikami walcowania lub ciągnienia, aby osiągnąć wymagane wymiary i grubość ścianki. Rezultatem jest rura o monolitycznej, ciągłej strukturze, bez wzdłużnego lub spiralnego szwu spawalniczego.
Natomiast rury spawane wytwarza się poprzez formowanie stalowych płyt lub zwojów w kształt rurowy i spawanie ze sobą krawędzi wzdłużnych lub spiralnych. W zależności od zastosowania stosuje się różne metody spawania: Zgrzewanie elektryczne (ERW) wykorzystuje prąd elektryczny do podgrzewania krawędzi stalowego zwoju, aż do stopienia się bez spoiwa, tworząc gładkie i spójne szwy odpowiednie do produkcji masowej; Wzdłużne spawanie łukiem krytym (LSAW) zapewnia głęboką penetrację spoiny i wysoką jakość spoin w przypadku rur o dużej średnicy; oraz spiralne spawanie łukiem krytym (HSAW/SSAW) tworzą spiralny szew, który umożliwia produkcję rur o większej długości i elastyczności projektowania. Ta zasadnicza różnica w metodach produkcji powoduje odrębną charakterystykę wydajności, profile kosztów i przydatność zastosowania dla każdego typu rury.
Charakterystyka wydajności i właściwości mechaniczne
Brak szwu spawalniczego zapewnia rurom bez szwu wyraźne korzyści w zakresie wydajności w wymagających zastosowaniach. Rury bez spoin zapewniają jednolitą strukturę, która eliminuje słabe punkty, co skutkuje większą tolerancją na wysokie ciśnienie i szczelnością. Ciśnienie rozrywające rur bez szwu jest zazwyczaj o 20-30% wyższe niż w przypadku rur spawanych o tej samej specyfikacji. Rury bez szwu charakteryzują się również wyższą wytrzymałością na rozciąganie, doskonałą odpornością na korozję i lepszą stabilnością w wysokich temperaturach ze względu na brak spawanych słabych obszarów. Bezproblemowy proces produkcyjny pozwala uzyskać rury o bardzo niskich naprężeniach szczątkowych i stałych właściwościach mechanicznych w całym korpusie rury.
Jednakże jakość rur spawanych uległa znacznej poprawie dzięki nowoczesnym technikom spawania. Współczesne procesy ERW i HFW pozwalają uzyskać złącza o wytrzymałości równej lub większej niż metal nieszlachetny. Mimo to szew spawalniczy wprowadza strefę wpływu ciepła (HAZ), która może mieć inne właściwości mechaniczne niż metal nieszlachetny. Współczynnik wydajności złącza spawanego (E) w normie ASME B31.3 waha się od 0,85 do 1,0 dla rur spawanych, w zależności od standardów badawczych, podczas gdy rury bez szwu utrzymują stały poziom E = 1,0. Rury spawane wykazują również anizotropowe właściwości mechaniczne ze względu na strefę wpływu ciepła, chociaż odpowiednia obróbka cieplna może poprawić wydajność. Jeśli chodzi o dokładność wymiarową, rury spawane zazwyczaj zapewniają lepszą jednorodność ścianek (±10% lub lepszą) w porównaniu z rurami bez szwu (typowa mimośrodowość ±12,5%).
Zakres rozmiarów, koszt i dostępność
Możliwości wymiarowe rur bez szwu i spawanych znacznie się różnią. Rury bez szwu są ogólnie dostępne w nominalnych średnicach rur od NPS 1/8 do około NPS 24. Rury spawane można natomiast produkować w znacznie większych średnicach, od NPS 1/2 do NPS 80 i więcej. W przypadku zastosowań API 5L wykonanie bez szwu jest zazwyczaj dostępne do 28 cali, natomiast wykonanie spawane – zwłaszcza LSAW – może osiągnąć 80 cali lub więcej.
Z ekonomicznego punktu widzenia rury spawane są zazwyczaj o 20–40% tańsze niż rury bez szwu. Koszt produkcji rur stalowych bez szwu jest wyższy, a stopień wykorzystania materiału wynosi około 70-80%. Jednakże spawane rury stalowe można produkować w sposób ciągły przy wykorzystaniu materiału przekraczającym 95%, co zapewnia znaczne korzyści cenowe, szczególnie w segmencie rur o dużych średnicach. Czasy realizacji również są różne: rury bez szwu wymagają dłuższych terminów realizacji w przypadku dużych rozmiarów, natomiast rury spawane charakteryzują się krótszymi terminami realizacji i większą dostępnością zapasów. Wykończenie powierzchni to kolejny czynnik wyróżniający: rury bez szwu mają zazwyczaj bardziej chropowatą powierzchnię (wykończoną na gorąco), podczas gdy rury spawane zapewniają gładsze wykończenie powierzchni.
Domeny zastosowań i kryteria wyboru
Przy wyborze pomiędzy rurami bez szwu a rurami spawanymi należy kierować się konkretnymi wymaganiami zastosowania, warunkami ciśnienia, ekstremalnymi temperaturami i ograniczeniami budżetowymi. Rury bez szwu są obowiązkowe lub zdecydowanie preferowane w zastosowaniach krytycznych, wysokociśnieniowych i wysokotemperaturowych. Należą do nich ciśnienia projektowe przekraczające wartości graniczne ASME B31.3 dla rur spawanych ze współczynnikami złączy poniżej 1,0, środowiska pracy kwaśnej, w których należy zminimalizować ryzyko pękania w strefie wpływu ciepła (NACE MR0175/ISO 15156), praca w wysokiej temperaturze powyżej 400°C (stopy ASTM A335) i praca w niskiej temperaturze poniżej -46°C (ASTM A333). Typowe zastosowania rur bez szwu obejmują rurociągi ropy i gazu do wysokociśnieniowego transportu płynów, systemy przetwarzania chemicznego i petrochemicznego, rury do wytwarzania energii i wymienniki ciepła, linie hydrauliczne w przemyśle samochodowym i lotniczym oraz zakłady farmaceutyczne i spożywcze wymagające higienicznych systemów przepływu. Rury stalowe bez szwu przeznaczone są także do układów hydraulicznych o ciśnieniu roboczym przekraczającym 10 MPa, rurociągów parowych o temperaturach przekraczających 350°C oraz rurociągów tłoczących czynniki korozyjne.
Rury spawane są ogólnie akceptowalne lub preferowane w przypadku rurociągów o dużej średnicy (NPS 24 i więcej), gdzie opcje bez szwu są niedostępne lub są zbyt drogie, w zastosowaniach konstrukcyjnych zgodnych z ASTM A500 lub EN 10219, w instalacjach do przesyłu wody i instalacjach niskociśnieniowych oraz w projektach, w których decyzje zależą od kosztów i harmonogramów dostaw. Rury spawane są powszechnie stosowane do podpór konstrukcji budowlanych, niskociśnieniowych systemów dostarczania cieczy i rur niestandardowych wymagających modyfikacji na miejscu. W przypadku zastosowań konwencjonalnych, takich jak gazociągi miejskie i niskociśnieniowe rurociągi wodne, zazwyczaj optymalnym wyborem są tańsze rury spawane.
Wymagania dotyczące kontroli jakości i inspekcji
Wymagania dotyczące zapewnienia jakości i kontroli różnią się w przypadku obu typów rur. Rury bez szwu wymagają skupienia się na badaniu jednorodności i owalności grubości ścianki. Rury spawane muszą zostać poddane kompleksowym badaniom nieniszczącym spoin, obejmującym wykrywanie wad rentgenowskich i badania ultradźwiękowe, w celu sprawdzenia integralności spoiny. Typowe specyfikacje rur bez szwu obejmują ASTM A106, A335 i API 5L, natomiast rury spawane są powszechnie określane zgodnie z ASTM A53 Typ E, API 5L i ASTM A671/A672. Wymagania NDT wymagają badań ultradźwiękowych zgodnie ze standardami ASTM/API dla rur bez szwu, podczas gdy rury spawane wymagają badań radiograficznych lub ultradźwiękowych, szczególnie na spoinie. Prawidłowy dobór rur wymaga kompleksowego uwzględnienia poziomu ciśnienia, charakterystyki medium i warunków pracy. W wielu zastosowaniach przemysłowych rury bez szwu i spawane można łączyć w ramach tego samego systemu, aby zoptymalizować opłacalność. Rozumiejąc te podstawowe różnice w produkcji, wydajności i przydatności zastosowań, inżynierowie i specjaliści ds. zaopatrzenia mogą podejmować świadome decyzje, które równoważą wymagania techniczne i względy ekonomiczne dla każdego konkretnego projektu.
