Čelične cijevi su važna komponenta koja se koristi u transportu nafte i plina, komunalnom inženjeringu, hemijskoj industriji, mehaničkoj proizvodnoj industriji, elektroenergetici i infrastrukturi na moru.
Prema različitim proizvodnim procesima, industrijske čelične cijevi se uglavnom dijele u dvije kategorije: bešavne čelične cijevi i otporno zavarene(ERW) čelične cijevi. Iako obje ove cijevi mogu zadovoljiti zahtjeve transporta fluida i strukturalnog nosivosti-nosivosti, njihovi principi formiranja, proizvodni procesi, strukturne karakteristike, mehanička svojstva, tačnost dimenzija i obim primjene imaju značajne razlike. Tokom stvarne nabavke i dizajna cjevovoda, mnogi inženjeri mogu imati određeni nesporazum o granicama performansi ERW čeličnih cijevi i bešavnih čeličnih cijevi, što može dovesti do nepravilnog odabira materijala, potencijalnih sigurnosnih opasnosti ili gubitka troškova.
Bešavne čelične cijevi se proizvode probijanjem i valjanjem, bez zavarenih šavova; dok se ERW čelične cijevi izrađuju čeličnim trakama na hladno savijanje, a zatim se zavaruju visoko-otpornošću na frekvenciju. Temeljna razlika u proizvodnim procesima dovodi do značajnih razlika u mikrostrukturi, čvrstoći na pritisak i stabilnosti vijeka trajanja. Stoga, ovaj članak uspoređuje ove dvije vrste cijevi s različitih aspekata kako bi se pružila razumna osnova za industrijsku proizvodnju i odabir inženjerskog materijala.
Razlike u osnovnim definicijama i principima formiranja
1. Princip bešavnih čeličnih cijevi
Bešavne čelične cijevi su šuplje čelične cijevi izrađene kroz kontinuirani proces vrućeg oblikovanja. Ne zahtijevaju zavarivanje tokom procesa proizvodnje. Osnovni princip proizvodnje je vruće probijanje i kontinuirano valjanje. Bešavne cijevi se formiraju od čvrste čelične gredice koja se zagrijava na visoku temperaturu, zatim buši, valja, dimenzionira i hladi. U uslovima visoke{4}}temperature plastike, čvrsta okrugla čelična gredica se buši mašinom za bušenje kako bi se formirala šuplja cijev, a zatim se koristi više prolaza valjanja za preciznu kontrolu debljine stijenke i vanjskog promjera. Budući da u procesu proizvodnje nema procesa rezanja, spajanja ili zavarivanja, tijelo cijevi u potpunosti zadržava kontinuiranu strukturu metalnih vlakana sirovog materijala. Nema strukturalnih slabosti kao što su zavareni šavovi. Stoga ova karakteristika određuje da bešavne čelične cijevi imaju visok ukupni strukturalni integritet i ujednačenu nosivost-nosivosti.
2. Princip ERW zavarenih čeličnih cijevi
ERW čelične cijevi su tipične uzdužno zavarene čelične cijevi, koje se proizvode postupkom visokofrekventnog otpornog zavarivanja. Osnovni princip je korištenje vruće-valjanih čeličnih traka kao sirovina, a zatim korištenje višestrukih valjaka za formiranje za kontinuirano valjanje ravnih čeličnih traka u obliku cilindrične šuplje cijevi. Zatim, koristeći prednost skin efekta i efekta blizine visokofrekventne struje, rubovi prazne cijevi se brzo zagrijavaju do plastičnog stanja. Pod efektom mehaničkog ekstrudiranja valjaka za formiranje, spojeni rubovi nakon zagrijavanja se ekstrudiraju i formiraju, formirajući čvrst uzdužni zavar. Za razliku od procesa formiranja bešavnih cijevi, ERW čelične cijevi se proizvode kombinacijom "formiranje + zavarivanje", sa zavarenim šavovima prisutnim u tijelu cijevi. Iako moderna-tehnologija visokofrekventnog zavarivanja može učiniti čvrstoću šava blizu čvrstoći osnovnog materijala, područje zavara je još uvijek zona metalurške modifikacije, a njena mikrostruktura se razlikuje od osnovnog materijala. Ovo je najočitija strukturna razlika između ERW čeličnih cijevi i bešavnih čeličnih cijevi.
Razlike u proizvodnim procesima
1. Proces proizvodnjebešavne čelične cijevi
Proizvodnja bešavnih čeličnih cijevi je složen proces. Cijeli proces uključuje inspekciju čeličnih gredica, visoko-zagrijavanje, rotaciono bušenje, kontinuirano valjanje, ravnanje po veličini, hlađenje, dužinsko- rezanje, otkrivanje nedostataka i inspekciju gotovog proizvoda. Prvo, čvrsta okrugla čelična gredica se zagreva u peći za grejanje na temperaturu iznad 1200 stepeni. Svrha ovoga je da mu se omogući dovoljan kapacitet plastične deformacije. Zatim, mašina za bušenje probija čeličnu gredicu kako bi formirala šuplju cijevnu školjku. Zatim, cijevni omotač ulazi u valjaonicu i podvrgava se višestrukim redukcijama i korekcijama vanjskog prečnika kako bi se osigurala ujednačena debljina stijenke i ispunili zahtjevi za preciznošću dimenzija. Na kraju se čelična cijev hladi, ispravlja i reže u gotove proizvode. Cijeli proces se oslanja na vruće valjanje i plastičnu deformaciju, bez ikakvih postupaka zavarivanja. Stoga je ciklus proizvodnje bešavnih čeličnih cijevi dug, potrošnja energije velika, a efikasnost proizvodnje relativno niska. Stoga su ovi nedostaci očigledniji kada se proizvode bešavne čelične cijevi velikog -promjera i tankih{13}} specifikacija tankih zidova.
2. Proces proizvodnje ERW cijevi
ERW cijevi se proizvode na kontinuiranoj i efikasnoj proizvodnoj liniji za hladno savijanje i zavarivanje. Glavni procesi uključuju odmotavanje čeličnih kotura, izravnavanje materijala trake, obrezivanje ivica, kontinuirano valjanje i oblikovanje, visoko-zavarivanje otporom na visoke frekvencije, uklanjanje zavarenih šavova, hlađenje, dimenzioniranje, ravnanje, letenje{2}}rezanje i bez-testiranje bez razaranja. Sirovi materijal za ERW cijevi su toplo{5}}valjani čelični koluti, koji se mogu kontinuirano hraniti i kontinuirano proizvoditi. Osnovni korak proizvodnje je visoko{7}}zavarivanje u čvrstom stanju-, kojim se može postići fuzioniranje šavova bez potrebe za žicama za zavarivanje i fluksom. Karakteristika čitave proizvodne linije je njena sposobnost kontinuiranog rada, kratak proizvodni ciklus i visoka efikasnost. U poređenju sa proizvodnjom bešavnih cevi, ERW proces ima manju potrošnju energije, viši nivo automatizacije i jači proizvodni kapacitet; međutim, proizvodi su ograničeni širinom trakastog materijala i procesom oblikovanja, a postoje određena ograničenja u proizvodnji ultra-debelih-i ultra-velikih{14}} specifikacija cijevi prečnika.
Strukturne i mikroskopske razlike
1. Strukturni integritet
Bešavna čelična cijev ima sveukupno jednoliku strukturu bez zavara ili slabih tačaka u tijelu cijevi. Njegova unutrašnja struktura metalnih vlakana je kontinuirana i ujednačena u svim smjerovima, a raspodjela naprezanja je konzistentna kada izdrži unutrašnji pritisak i vanjske sile. Razlika je u tome što ERW čelične cijevi imaju očigledne zavare. Područje šava prolazi kroz procese topljenja, rekristalizacije i brzog hlađenja, što rezultira razlikama u strukturi zrna. Stoga je strukturna uniformnost ERW čeličnih cijevi nešto niža od one kod bešavnih čeličnih cijevi, a zavar je uvijek ključni dio kontrole i relativno slaba karika tijela cijevi.
2. Razlike između točnosti dimenzija i kvaliteta površine
ERW materijali za cijevi imaju veću točnost dimenzija i stabilniji kvalitet površine. Budući da usvaja tehnologiju valjanja trake i preciznog dimenzioniranja, tolerancija debljine stijenke, zaobljenost i ravnost materijala ERW cijevi su dobro kontrolirani, unutrašnji i vanjski zidovi su glatki, a odstupanje u dimenzijama je malo. Bešavne cijevi se formiraju probijanjem i valjanjem na visokim temperaturama, a na njihovu ujednačenost debljine stijenke lako utiče temperatura grijanja i stabilnost kotrljanja. Stoga su tolerancija debljine stijenke i hrapavost površine bešavnih cijevi relativno veće.
Mehaničke performanse i sigurnosne razlike
Tolerancija pritiska i stabilnost konstrukcije
Bešavna čelična cijev ima odličnu ukupnu otpornost na pritisak i udar. Zbog odsustva zavarenih šavova, uobičajeni defekti zavarivanja kao što su mikropukotine mogu se u potpunosti izbjeći. Pod ultra-visokim pritiskom, niskom temperaturom i intenzivnim udarnim radnim uslovima, bešavna čelična cijev i dalje može održati stabilna mehanička svojstva i manja je vjerovatnoća da će se iznenada lomiti. ERW čelične cijevi mogu zadovoljiti zahtjeve radnog pritiska većine konvencionalnih cjevovoda, ali područje zavara je osjetljivije na opterećenja od zamora i niske{4}}temperature.
Razlike u opsegu aplikacija
1. Primjena bešavnih čeličnih cijevi
Bešavne čelične cijevi se uglavnom koriste u izuzetno zahtjevnim radnim uvjetima. Na primjer, njihovi glavni scenariji primjene uključuju cjevovode za kotlove visokog{1}}visokog pritiska, petrohemijske visoko-temperaturne i visoko-pritiske cjevovode, magistralne vodove za transport prirodnog gasa visokog-pod visokim pritiskom, cjevovode za hidraulične snage, nisko{5}}proizvodne cjevovode za nisko{5}}temperaturnu kriogenu{6} opremu, itd. zahtjevi za sigurnošću konstrukcije, zahtijevajući nultu stopu oštećenja i odličnu prilagodljivost ekstremnim okruženjima. Stoga se u ovim primjenama preferiraju bešavne čelične cijevi.
2. Primjena ERW cijevi
ERW cijevi se široko koriste u konvencionalnim scenarijima srednjeg i niskog tlaka, kao što su cjevovodi gradskog vodosnabdijevanja i odvodnje, cjevovodi za zaštitu od požara, šipovi cijevi od čelične konstrukcije za građevinske konstrukcije, sekundarni transportni cjevovodi za naftu i plin u općoj industriji, transportni cjevovodi u lakoj industriji i kemijskom sektoru, kao i opći mehanički potporni cjevovodi.
Osnovna razlika između ERW zavarenih čeličnih cijevi i bešavnih čeličnih cijevi leži u njihovim potpuno različitim principima proizvodnje i mehanizmima oblikovanja.
Bešavne čelične cijevi se proizvode postupkom sveukupnog -probijanja i valjanja na visokim temperaturama, bez zavarenih spojeva, ujednačene metalne strukture, odličnih ukupnih mehaničkih svojstava i snažne prilagodljivosti ekstremnim radnim okruženjima. Međutim, njihovi troškovi proizvodnje su visoki, efikasnost niska, a tolerancije veličine su velike.
S druge strane, ERW čelične cijevi se proizvode hladnim oblikovanjem limova i visoko{0}}zavarivanjem otpornim na visoke frekvencije. Imaju prednosti visoke proizvodne efikasnosti, niske cijene, visoke preciznosti dimenzija i glatke površine. Međutim, njihov nedostatak je strukturna razlika između šava i osnovnog materijala.
Prilikom odabira materijala za inženjerske primjene, treba uzeti u obzir stvarni radni tlak, temperaturu okruženja i proračunske troškove, te u skladu s tim odabrati odgovarajuću vrstu materijala cijevi. Bešavne čelične cijevi su pogodne za industrijske scenarije s visokim pritiskom, niskom temperaturom, visokim rizikom i visokom pouzdanošću, dok su ERW čelične cijevi najekonomičniji i najefikasniji izbor u konvencionalnom transportu cjevovoda niskog i srednjeg{1}}pritiska i građevinarstvu. Uz kontinuirano napredovanje tehnologija zavarivanja i toplinske obrade, jaz u performansama između visoko-kvalitetnih ERW čeličnih cijevi i bešavnih čeličnih cijevi postepeno se sužava, što će dalje promovirati budući razvoj industrije proizvodnje čeličnih cijevi prema diversifikaciji i usavršavanju.
