Procese de fabricație: perforate vs. formate și sudate
Distincția fundamentală între țevile din oțel fără sudură și sudate constă în metodele de fabricație ale acestora. Țevile fără sudură sunt produse din țagle rotunde solide de oțel care sunt încălzite la aproximativ 2.200 ° F (1.200 ° C) și apoi străpunse prin centru folosind o moară rotativă de perforare pentru a crea o cochilie goală. Acest tub tubular este ulterior alungit și modelat prin tehnici de rulare sau tragere pentru a obține dimensiunile și grosimea peretelui necesare. Rezultatul este o țeavă cu o structură monolitică, continuă și fără sudură longitudinală sau spirală.
În schimb, țevile sudate sunt fabricate prin formarea plăcilor sau bobinelor de oțel într-o formă tubulară și sudând împreună marginile longitudinale sau spiralate. Sunt utilizate diverse metode de sudare în funcție de aplicație: Sudarea prin rezistență electrică (ERW) folosește curent electric pentru a încălzi marginile bobinei de oțel până când acestea fuzionează fără metal de adaos, producând cusături netede și consistente, potrivite pentru producția de masă; Sudarea cu arc submers longitudinal (LSAW) asigură o penetrare adâncă a sudurii și o calitate puternică a cusăturii pentru țevi cu diametru mare; și sudarea cu arc submers elicoidal (HSAW/SSAW) creează o cusătură în spirală care permite producția de țevi cu lungime mai mare și flexibilitate de proiectare. Această diferență fundamentală în metodele de producție dă naștere la caracteristici distincte de performanță, profiluri de cost și adecvarea aplicațiilor pentru fiecare tip de țeavă.
Caracteristici de performanță și proprietăți mecanice
Absența unei cusături de sudură conferă țevilor fără sudură avantaje distincte de performanță în aplicații solicitante. Fără suduri, țevile fără sudură asigură o structură uniformă care elimină punctele slabe, rezultând o toleranță mai mare la presiune înaltă și o performanță rezistentă la scurgeri. Presiunea de rupere a țevilor fără sudură este de obicei cu 20-30% mai mare decât cea a țevilor sudate cu aceeași specificație. Țevile fără sudură posedă, de asemenea, rezistență la tracțiune mai mare, rezistență superioară la coroziune și stabilitate mai bună la temperatură ridicată datorită absenței zonelor slabe sudate. Procesul de fabricație fără sudură produce țevi cu tensiuni reziduale foarte scăzute și proprietăți mecanice consistente pe tot corpul țevii.
Cu toate acestea, țevile sudate au înregistrat îmbunătățiri semnificative ale calității prin tehnicile moderne de sudare. Procesele contemporane ERW și HFW produc îmbinări cu rezistență egală sau mai mare decât metalul de bază. Cu toate acestea, cusătura de sudură introduce o zonă afectată de căldură (HAZ) care poate avea proprietăți mecanice diferite față de metalul de bază. Factorul de eficiență a îmbinării sudate (E) în ASME B31.3 variază de la 0,85 la 1,0 pentru țevile sudate, în funcție de standardele de examinare, în timp ce țevile fără sudură mențin un E = 1,0 constant. Țevile sudate prezintă, de asemenea, proprietăți mecanice anizotrope datorită zonei afectate de căldură, deși tratamentul termic adecvat poate îmbunătăți performanța. În ceea ce privește precizia dimensională, țevile sudate oferă de obicei o uniformitate mai bună a peretelui (±10% sau mai bine) în comparație cu țevile fără sudură (±12,5% excentricitate tipică).
Interval de dimensiuni, cost și disponibilitate
Capacitățile de dimensiune ale țevilor fără sudură și sudate diferă semnificativ. Țevile fără sudură sunt în general disponibile în dimensiuni nominale de țevi de la NPS 1/8 la aproximativ NPS 24. Țevile sudate, prin contrast, pot fi produse în diametre mult mai mari, variind de la NPS 1/2 la NPS 80 și mai mult. Pentru aplicațiile API 5L, execuția fără sudură este de obicei disponibilă până la 28 de inchi, în timp ce execuția sudată - în special LSAW - poate ajunge la 80 de inchi sau mai mult.
Din punct de vedere economic, țevile sudate sunt în general cu 20-40% mai puțin costisitoare decât țevile fără sudură. Costul de producție al țevilor din oțel fără sudură este mai mare, cu rate de utilizare a materialului de aproximativ 70-80%. Cu toate acestea, țevile din oțel sudate pot fi produse continuu cu o utilizare a materialului care depășește 95%, oferind avantaje semnificative de preț, în special în segmentul de țevi cu diametru mare. Perioadele de livrare diferă, de asemenea: țevile fără sudură necesită timpi de livrare mai lungi pentru dimensiuni mari, în timp ce țevile sudate beneficiază de timpi de livrare mai scurti și de o disponibilitate mai mare de stoc. Finisajul suprafeței este un alt factor distinctiv: țevile fără sudură au, în general, o suprafață mai aspră (finisat la cald), în timp ce țevile sudate oferă finisaje mai netede ale suprafeței.
Domenii de aplicare și criterii de selecție
Alegerea dintre țevile fără sudură și sudate ar trebui să fie ghidată de cerințele specifice de aplicare, condițiile de presiune, temperaturile extreme și constrângerile bugetare. Țevile fără sudură sunt obligatorii sau foarte preferate pentru aplicații critice, de înaltă presiune și de temperatură înaltă. Acestea includ presiuni de proiectare care depășesc limitele ASME B31.3 pentru țevi sudate cu factori de îmbinare sub 1,0, medii de service acru în care riscul de fisurare a zonei afectate de căldură trebuie redus la minimum (NACE MR0175/ISO 15156), funcționare la temperatură înaltă peste 400°C (clasele de aliaj ASTM A335) și sub -3 A463°C și sub -335°C. Aplicațiile obișnuite ale conductelor fără sudură includ conducte de petrol și gaze pentru transportul fluidelor de înaltă presiune, sisteme de procesare chimică și petrochimică, tuburi de generare a energiei și schimbătoare de căldură, linii hidraulice auto și aerospațiale și fabrici farmaceutice și de procesare a alimentelor care necesită sisteme de curgere igienice. Țevile din oțel fără sudură sunt, de asemenea, specificate pentru sisteme hidraulice cu presiuni de lucru care depășesc 10MPa, țevi de abur cu temperaturi care depășesc 350°C și conducte corozive cu livrare medie.
Conductele sudate sunt în general acceptabile sau preferate pentru conductele cu diametru mare (NPS 24 și mai sus) unde opțiunile fără sudură nu sunt disponibile sau sunt prohibitiv de costisitoare, aplicații structurale conform ASTM A500 sau EN 10219, transportul apei și utilități de joasă presiune și proiectele în care costurile și programele de livrare determină deciziile. Țevile sudate sunt utilizate în mod obișnuit pentru suporturile structurii clădirii, sistemele de livrare a fluidului de joasă presiune și țevile nestandard care necesită modificare la fața locului. Pentru aplicațiile convenționale, cum ar fi conductele de gaz urbane și conductele de apă la presiune joasă, țevile sudate mai rentabile sunt, în general, alegerea optimă.
Cerințe de control al calității și inspecție
Cerințele de asigurare a calității și inspecție diferă între cele două tipuri de țevi. Țevile fără sudură necesită accent pe testarea uniformității grosimii peretelui și a ovalității. Țevile sudate trebuie să fie supuse unor teste nedistructive complete ale sudurilor, inclusiv detectarea defectelor cu raze X și testarea cu ultrasunete, pentru a verifica integritatea sudurii. Specificațiile comune pentru țevile fără sudură includ ASTM A106, A335 și API 5L, în timp ce țevile sudate sunt specificate în mod obișnuit sub ASTM A53 Tip E, API 5L și ASTM A671/A672. Cerințele NDT impun testarea cu ultrasunete conform standardelor ASTM/API pentru țevile fără sudură, în timp ce țevile sudate necesită testare radiografică sau cu ultrasunete în mod specific pe cordonul de sudură. Selectarea corectă a țevilor necesită o luare în considerare cuprinzătoare a nivelului de presiune, a caracteristicilor medii și a condițiilor de serviciu. În multe aplicații industriale, țevile fără sudură și sudate pot fi utilizate în combinație în cadrul aceluiași sistem pentru a optimiza rentabilitatea. Înțelegând aceste diferențe fundamentale în producție, performanță și adecvarea aplicațiilor, inginerii și profesioniștii în achiziții pot lua decizii informate care echilibrează cerințele tehnice cu considerentele economice pentru fiecare proiect specific.
