ท่อไร้รอยต่อกับท่อเชื่อม: ความแตกต่างในการผลิต การเปรียบเทียบประสิทธิภาพ และคู่มือการใช้งาน

กระบวนการผลิต: เจาะเทียบกับขึ้นรูปและเชื่อม

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างท่อเหล็กไร้ตะเข็บและท่อเหล็กเชื่อมนั้นอยู่ที่วิธีการผลิตตามลำดับ ท่อไร้รอยต่อผลิตจากเหล็กแท่งกลมตันที่ถูกให้ความร้อนประมาณ 1,200°F (1,200°C) จากนั้นเจาะผ่านตรงกลางโดยใช้เครื่องเจาะแบบหมุนเพื่อสร้างเปลือกกลวง ท่อกลวงนี้จะถูกต่อให้ยาวและขึ้นรูปโดยใช้เทคนิคการรีดหรือการวาดเพื่อให้ได้ขนาดและความหนาของผนังที่ต้องการ ผลลัพธ์ที่ได้คือท่อที่มีโครงสร้างเสาหินและต่อเนื่องกัน และไม่มีตะเข็บเชื่อมตามยาวหรือเป็นเกลียว

ในทางตรงกันข้าม ท่อเชื่อมถูกผลิตขึ้นโดยการขึ้นรูปแผ่นเหล็กหรือขดลวดให้เป็นรูปทรงท่อ แล้วเชื่อมขอบตามยาวหรือเกลียวเข้าด้วยกัน ใช้วิธีการเชื่อมที่หลากหลายขึ้นอยู่กับการใช้งาน: การเชื่อมด้วยความต้านทานไฟฟ้า (ERW) ใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนที่ขอบของขดลวดเหล็กจนกระทั่งหลอมละลายโดยไม่มีโลหะเติม ทำให้เกิดตะเข็บที่เรียบและสม่ำเสมอเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก การเชื่อมอาร์กใต้น้ำตามยาว (LSAW) ให้การเจาะลึกและคุณภาพตะเข็บที่แข็งแกร่งสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ และการเชื่อมอาร์กจมอยู่ใต้น้ำแบบเฮลิคอล (HSAW/SSAW) จะสร้างตะเข็บเกลียวที่ช่วยให้สามารถผลิตท่อที่มีความยาวมากขึ้นและมีความยืดหยุ่นในการออกแบบ ความแตกต่างพื้นฐานในวิธีการผลิตทำให้เกิดคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ โปรไฟล์ต้นทุน และความเหมาะสมในการใช้งานสำหรับท่อแต่ละประเภทที่แตกต่างกัน

ลักษณะสมรรถนะและคุณสมบัติทางกล

การไม่มีรอยเชื่อมทำให้ท่อไร้ตะเข็บมีข้อดีด้านประสิทธิภาพที่โดดเด่นในการใช้งานที่มีความต้องการสูง เมื่อไม่มีรอยเชื่อม ท่อไร้ตะเข็บจึงมีโครงสร้างที่สม่ำเสมอซึ่งขจัดจุดอ่อน ส่งผลให้ทนทานต่อแรงดันสูงและประสิทธิภาพในการป้องกันการรั่วไหลได้มากขึ้น โดยทั่วไปแรงดันระเบิดของท่อไร้ตะเข็บจะสูงกว่าท่อเชื่อมที่มีข้อกำหนดเดียวกันประมาณ 20-30% ท่อไร้รอยต่อยังมีความต้านทานแรงดึงที่สูงกว่า ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า และความเสถียรในอุณหภูมิสูงที่ดีกว่า เนื่องจากไม่มีพื้นที่เชื่อมที่อ่อนแอ กระบวนการผลิตที่ไร้รอยต่อทำให้ท่อมีความเค้นตกค้างต่ำมากและมีคุณสมบัติทางกลสม่ำเสมอทั่วทั้งตัวท่อ

อย่างไรก็ตาม ท่อเชื่อมได้เห็นการปรับปรุงคุณภาพอย่างมีนัยสำคัญผ่านเทคนิคการเชื่อมสมัยใหม่ กระบวนการ ERW และ HFW ​​ร่วมสมัยสร้างข้อต่อที่มีความแข็งแรงเท่ากับหรือมากกว่าโลหะฐาน อย่างไรก็ตาม รอยเชื่อมทำให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ซึ่งอาจมีคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างจากโลหะฐาน ค่าประสิทธิภาพรอยเชื่อม (E) ใน ASME B31.3 อยู่ระหว่าง 0.85 ถึง 1.0 สำหรับท่อเชื่อม ขึ้นอยู่กับมาตรฐานการตรวจสอบ ในขณะที่ท่อไม่มีรอยต่อจะรักษาค่า E = 1.0 ที่สอดคล้องกัน ท่อเชื่อมยังแสดงคุณสมบัติเชิงกลแบบแอนไอโซทรอปิกเนื่องจากโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน แม้ว่าการบำบัดความร้อนที่เหมาะสมจะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ ในแง่ของความแม่นยำของมิติ ท่อเชื่อมมักจะมีความสม่ำเสมอของผนังที่ดีกว่า (±10% หรือดีกว่า) เมื่อเทียบกับท่อไร้ตะเข็บ (โดยทั่วไปมีความเยื้องศูนย์ ±12.5%)

ช่วงขนาด ต้นทุน และความพร้อมจำหน่าย

ความสามารถด้านขนาดของท่อไร้รอยต่อและท่อเชื่อมมีความแตกต่างกันอย่างมาก ท่อไร้รอยต่อโดยทั่วไปมีจำหน่ายในขนาดท่อที่กำหนดตั้งแต่ NPS 1/8 ถึงประมาณ NPS 24 ในทางตรงกันข้าม ท่อเชื่อมสามารถผลิตได้ในเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่ามาก ตั้งแต่ NPS 1/2 ถึง NPS 80 และมากกว่านั้น สำหรับแอปพลิเคชัน API 5L โดยทั่วไปการดำเนินการที่ราบรื่นจะมีขนาดสูงสุด 28 นิ้ว ในขณะที่การดำเนินการแบบเชื่อม โดยเฉพาะ LSAW สามารถใช้งานได้ถึง 80 นิ้วขึ้นไป

จากมุมมองทางเศรษฐกิจ โดยทั่วไปแล้วท่อเชื่อมจะมีราคาถูกกว่าท่อไร้ตะเข็บถึง 20-40% ต้นทุนการผลิตท่อเหล็กไร้ตะเข็บสูงขึ้น โดยมีอัตราการใช้วัสดุประมาณ 70-80% อย่างไรก็ตาม ท่อเหล็กเชื่อมสามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่องโดยใช้วัสดุเกิน 95% ซึ่งให้ข้อได้เปรียบด้านราคาอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ระยะเวลารอคอยก็แตกต่างกันเช่นกัน: ท่อไร้รอยต่อต้องใช้เวลารอนานสำหรับขนาดใหญ่ ในขณะที่ท่อเชื่อมจะได้ประโยชน์จากเวลารอสั้นลงและมีสต๊อกสินค้าที่กว้างขึ้น การตกแต่งพื้นผิวเป็นปัจจัยที่แตกต่างอีกประการหนึ่ง: โดยทั่วไปแล้วท่อไร้ตะเข็บจะมีพื้นผิวที่หยาบกว่า (ขัดผิวด้วยความร้อน) ในขณะที่ท่อเชื่อมจะให้พื้นผิวที่เรียบเนียนกว่า

โดเมนแอปพลิเคชันและเกณฑ์การคัดเลือก

ทางเลือกระหว่างท่อไร้ตะเข็บและท่อเชื่อมควรพิจารณาจากข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ สภาวะแรงดัน อุณหภูมิสุดขั้ว และข้อจำกัดด้านงบประมาณ ท่อไร้รอยต่อเป็นสิ่งจำเป็นหรือเป็นที่ต้องการอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่สำคัญ แรงดันสูง และอุณหภูมิสูง สิ่งเหล่านี้รวมถึงแรงกดดันในการออกแบบที่เกินขีดจำกัด ASME B31.3 สำหรับท่อเชื่อมที่มีปัจจัยร่วมต่ำกว่า 1.0 สภาพแวดล้อมการให้บริการที่เปรี้ยวซึ่งต้องลดความเสี่ยงในการแตกร้าวของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด (NACE MR0175/ISO 15156) การบริการที่อุณหภูมิสูงกว่า 400°C (เกรดโลหะผสม ASTM A335) และการบริการที่อุณหภูมิต่ำต่ำกว่า -46°C (ASTM A333) การใช้งานท่อไร้ตะเข็บทั่วไป ได้แก่ ท่อส่งน้ำมันและก๊าซสำหรับการขนส่งของเหลวแรงดันสูง ระบบแปรรูปทางเคมีและปิโตรเคมี ท่อผลิตไฟฟ้าและแลกเปลี่ยนความร้อน สายไฮดรอลิกของยานยนต์และการบินและอวกาศ และโรงงานแปรรูปยาและอาหารที่ต้องการระบบการไหลที่ถูกสุขลักษณะ ท่อเหล็กไร้ตะเข็บยังระบุไว้สำหรับระบบไฮดรอลิกที่มีแรงดันใช้งานเกิน 10MPa ท่อไอน้ำที่มีอุณหภูมิเกิน 350°C และท่อส่งสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ท่อเชื่อมโดยทั่วไปเป็นที่ยอมรับหรือเลือกใช้สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (NPS 24 ขึ้นไป) ซึ่งไม่มีตัวเลือกแบบไร้รอยต่อหรือมีราคาแพงมาก การใช้งานด้านโครงสร้างตามมาตรฐาน ASTM A500 หรือ EN 10219 ระบบส่งน้ำและสาธารณูปโภคแรงดันต่ำ และโครงการที่ต้นทุนและกำหนดการส่งมอบเป็นตัวขับเคลื่อนการตัดสินใจ ท่อเชื่อมมักใช้สำหรับรองรับโครงสร้างอาคาร ระบบส่งของเหลวแรงดันต่ำ และท่อที่ไม่ได้มาตรฐานซึ่งต้องมีการดัดแปลงนอกสถานที่ สำหรับการใช้งานทั่วไป เช่น ท่อส่งก๊าซในเมืองและท่อส่งน้ำแรงดันต่ำ โดยทั่วไปแล้ว ท่อเชื่อมที่คุ้มค่ากว่าคือตัวเลือกที่ดีที่สุด

ข้อกำหนดการควบคุมคุณภาพและการตรวจสอบ

ข้อกำหนดในการประกันคุณภาพและการตรวจสอบมีความแตกต่างกันระหว่างท่อทั้งสองประเภท ท่อไร้ตะเข็บจำเป็นต้องเน้นไปที่การทดสอบความสม่ำเสมอของความหนาของผนังและการตกไข่ ท่อเชื่อมต้องผ่านการทดสอบรอยเชื่อมโดยไม่ทำลายอย่างครอบคลุม รวมถึงการตรวจจับข้อบกพร่องด้วยรังสีเอกซ์และการทดสอบอัลตราโซนิก เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของรอยเชื่อม ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับท่อไร้รอยต่อ ได้แก่ ASTM A106, A335 และ API 5L ในขณะที่ท่อเชื่อมมักระบุภายใต้ ASTM A53 Type E, API 5L และ ASTM A671/A672 ข้อกำหนด NDT กำหนดให้มีการทดสอบอัลตราโซนิกตามมาตรฐาน ASTM/API สำหรับท่อไร้ตะเข็บ ในขณะที่ท่อเชื่อมต้องมีการทดสอบด้วยรังสีเอกซ์หรืออัลตราโซนิกบนรอยเชื่อมโดยเฉพาะ การเลือกท่อที่ถูกต้องต้องคำนึงถึงระดับแรงดัน คุณลักษณะปานกลาง และเงื่อนไขการบริการอย่างครอบคลุม ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมหลายประเภท สามารถใช้ท่อไร้รอยต่อและท่อเชื่อมร่วมกันภายในระบบเดียวกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุน ด้วยการทำความเข้าใจความแตกต่างพื้นฐานเหล่านี้ในด้านการผลิต ประสิทธิภาพ และความเหมาะสมในการใช้งาน วิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อจะสามารถตัดสินใจโดยใช้ข้อมูลรอบด้านเพื่อสร้างสมดุลระหว่างข้อกำหนดทางเทคนิคกับการพิจารณาทางเศรษฐกิจสำหรับแต่ละโครงการเฉพาะ