Jeklene cevi so pomembna komponenta, ki se uporablja pri transportu nafte in plina, komunalnem inženiringu, kemični industriji, strojni proizvodni industriji, energetiki in infrastrukturi na morju.
Glede na različne proizvodne procese so industrijske jeklene cevi v glavnem razdeljene v dve kategoriji: brezšivne jeklene cevi in uporovno varjene cevi.(ERW) jeklene cevi. Čeprav lahko obe cevi izpolnjujeta zahteve glede transporta tekočine in nosilnosti-strukturne obremenitve, se njuna načela oblikovanja, proizvodni procesi, strukturne značilnosti, mehanske lastnosti, dimenzijska natančnost in področja uporabe precej razlikujejo. Med dejanskim naročanjem in načrtovanjem cevovoda imajo lahko številni inženirji določen nesporazum o mejah zmogljivosti jeklenih cevi ERW in brezšivnih jeklenih cevi, kar lahko privede do nepravilne izbire materiala, morebitnih varnostnih nevarnosti ali izgube stroškov.
Brezšivne jeklene cevi se proizvajajo s prebijanjem in valjanjem, brez varjenja; medtem ko so jeklene cevi ERW izdelane s hladnim upogibanjem jeklenih trakov in nato varjene z visoko-frekvenčnim uporom. Temeljna razlika v proizvodnih procesih vodi do pomembnih razlik v mikrostrukturi, tlačni trdnosti in stabilnosti življenjske dobe. Zato ta članek primerja ti dve vrsti cevi z različnih vidikov, da zagotovi razumno osnovo za industrijsko proizvodnjo in izbiro inženirskih materialov.
Razlike v osnovnih definicijah in načelih oblikovanja
1. Načelo brezšivnih jeklenih cevi
Brezšivne jeklene cevi so votle jeklene cevi, izdelane z neprekinjenim postopkom vročega oblikovanja. Med proizvodnim procesom ne zahtevajo varjenja. Osnovno načelo izdelave je vroče prebadanje in neprekinjeno valjanje. Brezšivne cevi so oblikovane iz trdne jeklene gredice, ki je segreta na visoko temperaturo, nato preluknjana, valjana, dimenzionirana in ohlajena. V pogojih plastike pri visoki{4}}temperaturi trdno okroglo jekleno gredico preluknja stroj za prebadanje, da se oblikuje gredica votle cevi, nato pa se uporabi več prehodov valjanja za natančno kontrolo debeline stene in zunanjega premera. Ker med proizvodnim procesom ni postopkov rezanja, spajanja ali varjenja, telo cevi popolnoma ohrani strukturo neprekinjenih kovinskih vlaken surovine. Ni strukturnih pomanjkljivosti, kot so zvari. Zato ta lastnost določa, da imajo brezšivne jeklene cevi visoko splošno strukturno celovitost in enakomerno-nosilnost.
2. Načelo ERW varjenih jeklenih cevi
Jeklene cevi ERW so tipične vzdolžno varjene jeklene cevi, ki so izdelane s postopkom visoko-frekvenčnega uporovnega varjenja. Osnovno načelo je uporaba vroče{2}}valjanih jeklenih trakov kot surovin in nato uporaba več oblikovalnih valjev za neprekinjeno valjanje ravnih jeklenih trakov v obliko valjaste votle cevi. Nato se z izkoriščanjem učinka kože in učinka bližine visoko-frekvenčnega toka robovi surovca cevi hitro segrejejo v plastično stanje. Pod mehanskim ekstruzijskim učinkom oblikovalnih valjev se taljeni robovi po segrevanju iztisnejo in oblikujejo ter tvorijo tesen vzdolžni zvar. Za razliko od postopka preoblikovanja brezšivnih cevi se jeklene cevi ERW izdelujejo s kombinacijo "preoblikovanje + varjenje", pri čemer so zvari v telesu cevi. Čeprav lahko s sodobno visokofrekvenčno-tehnologijo varjenja trdnost zvara približa trdnosti osnovnega materiala, je območje zvara še vedno območje metalurške modifikacije in njegova mikrostruktura se razlikuje od osnovnega materiala. To je najbolj očitna strukturna razlika med jeklenimi cevmi ERW in brezšivnimi jeklenimi cevmi.
Razlike v proizvodnih procesih
1. Proizvodni procesbrezšivne jeklene cevi
Proizvodnja brezšivnih jeklenih cevi je kompleksen proces. Celoten postopek vključuje pregled jeklenih gredic, visoko{1}}temperaturno ogrevanje, rotacijsko prebadanje, neprekinjeno valjanje, ravnanje velikosti, hlajenje, dolžinsko-razrezovanje, odkrivanje napak in pregled končnega izdelka. Najprej se trdna okrogla jeklena gredica segreje v ogrevalni peči na več kot 1200 stopinj. Namen tega je omogočiti zadostno sposobnost plastične deformacije. Nato stroj za prebadanje preluknja jekleno gredico, da oblikuje votlo cevasto lupino. Nato cevna lupina vstopi v valjarno in je podvržena večkratnim redukcijam in popravkom zunanjega premera, da se zagotovi enotna debelina stene in izpolni zahteve glede dimenzijske natančnosti. Na koncu se jeklena cev ohladi, poravna in razreže na končne izdelke. Celoten proces temelji na vročem valjanju in plastični deformaciji brez varjenja. Zato je proizvodni cikel brezšivnih jeklenih cevi dolg, poraba energije visoka, učinkovitost proizvodnje pa relativno nizka. Tako so te pomanjkljivosti bolj očitne pri izdelavi brezšivnih jeklenih cevi velikega{12}}premera in tankih-sten.
2. Proizvodni proces cevi ERW
Cevi ERW se proizvajajo na neprekinjeni in učinkoviti proizvodni liniji za hladno krivljenje in varjenje. Glavni postopki vključujejo odvijanje jeklenih kolobarjev, izravnavo trakovnega materiala, obrezovanje robov, neprekinjeno valjanje in oblikovanje, visokofrekvenčno uporovno varjenje, odstranjevanje zvarov, hlajenje, dimenzioniranje, ravnanje, rez-rezovanje in ne-destruktivno testiranje. Surovina za cevi ERW so vroče-valjani jekleni koluti, ki jih je mogoče neprekinjeno dovajati in neprekinjeno proizvajati. Osnovni proizvodni korak je visokofrekvenčno-varjenje v polprevodniškem stanju, s katerim je mogoče doseči varjenje brez potrebe po varilnih žicah in talilu. Značilnost celotne proizvodne linije je neprekinjeno delovanje, kratek proizvodni cikel in visoka učinkovitost. V primerjavi s proizvodnjo brezšivnih cevi ima postopek ERW manjšo porabo energije, višjo stopnjo avtomatizacije in večjo proizvodno zmogljivost; vendar so izdelki omejeni s širino tračnega materiala in postopkom oblikovanja ter obstajajo določene omejitve pri proizvodnji cevi z ultra-debelimi-stenami in ultra-velikim-premerom.
Strukturne in mikroskopske razlike
1. Strukturna celovitost
Brezšivna jeklena cev ima splošno enotno strukturo brez zvarov ali šibkih točk v telesu cevi. Njegova notranja struktura kovinskih vlaken je neprekinjena in enakomerna v vseh smereh, porazdelitev napetosti pa je dosledna, ko vzdrži notranji pritisk in zunanje sile. Razlika je v tem, da imajo jeklene cevi ERW očitne zvare. Območje zvara je podvrženo procesom taljenja, rekristalizacije in hitrega ohlajanja, kar povzroči razlike v strukturi zrn. Zato je strukturna enotnost jeklenih cevi ERW nekoliko nižja od enotnosti brezšivnih jeklenih cevi, zvar pa je vedno ključni inšpekcijski del in razmeroma šibka povezava telesa cevi.
2. Razlike med dimenzijsko natančnostjo in kakovostjo površine
Materiali cevi ERW imajo večjo dimenzijsko natančnost in stabilnejšo kakovost površine. Ker uporablja tehnologijo valjanja trakov in natančnega dimenzioniranja, so toleranca debeline stene, okroglost in ravnost materialov cevi ERW dobro nadzorovani, notranja in zunanja stena sta gladki, odstopanje dimenzij je majhno. Brezšivne cevi so oblikovane z visoko{2}}temperaturnim prebijanjem in valjanjem, na enakomernost debeline njihove stene pa zlahka vplivata temperatura segrevanja in stabilnost valjanja. Zato sta toleranca debeline stene in površinska hrapavost brezšivnih cevi relativno višja.
Razlike v mehanskem delovanju in varnosti
Toleranca na pritisk in strukturna stabilnost
Brezšivna jeklena cev ima odlično splošno odpornost na stiskanje in udarce. Zaradi odsotnosti zvarnih šivov se lahko povsem izognemo pogostim napakam pri varjenju, kot so mikrorazpoke. Pri ultra-visokem tlaku, nizki temperaturi in intenzivnih udarnih delovnih pogojih lahko brezšivna jeklena cev še vedno ohrani stabilne mehanske lastnosti in je manjša verjetnost, da se nenadoma zlomi. Jeklene cevi ERW lahko izpolnijo zahteve glede delovnega tlaka večine običajnih cevovodov, vendar je območje zvara bolj občutljivo na obremenitve zaradi utrujenosti in vplive nizke-temperature.
Razlike v obsegu uporabe
1. Uporaba brezšivnih jeklenih cevi
Brezšivne jeklene cevi se uporabljajo predvsem v izjemno zahtevnih delovnih pogojih. Njihovi glavni scenariji uporabe na primer vključujejo cevovode za visoko-kotle, petrokemične cevovode za visoko-temperaturo in-visoki{3}}tlak, magistralne vode za-visok{4}}transport zemeljskega plina, hidravlične napajalne cevovode, nizko-kriogeno inženirstvo in visoko-natančno mehansko proizvodno opremo itd. Ta področja imajo izjemno visoke zahteve glede konstrukcijske varnosti, kar zahteva ničelno stopnjo napak in odlično prilagodljivost ekstremnim okoljem. Zato so v teh aplikacijah prednostne brezšivne jeklene cevi.
2. Uporaba cevi ERW
Cevi ERW se pogosto uporabljajo v konvencionalnih scenarijih srednjega in nizkega tlaka, kot so cevovodi za mestno oskrbo z vodo in odvodnjavanje, cevovodi za protipožarno zaščito, cevni piloti za jeklene konstrukcije stavb, sekundarni transportni cevovodi za nafto in plin v splošni industriji, transportni cevovodi v lahki industriji in kemičnem sektorju, kot tudi splošni mehanski podporni cevovodi.
Temeljna razlika med varjenimi jeklenimi cevmi ERW in brezšivnimi jeklenimi cevmi je v popolnoma različnih proizvodnih principih in mehanizmih oblikovanja.
Brezšivne jeklene cevi so izdelane s postopkom splošnega visoko{0}}temperaturnega prebijanja in valjanja, brez zvarov, enotne kovinske strukture, odličnih splošnih mehanskih lastnosti in močne prilagodljivosti ekstremnim delovnim okoljem. Vendar pa so njihovi proizvodni stroški visoki, učinkovitost nizka in tolerance velikosti velike.
Po drugi strani pa so jeklene cevi ERW izdelane s hladnim oblikovanjem pločevinastih materialov in visoko{0}}frekvenčnim uporovnim varjenjem. Njihove prednosti so visoka proizvodna učinkovitost, nizki stroški, visoka dimenzijska natančnost in gladka površina. Njihova pomanjkljivost pa je strukturna razlika med zvarom in osnovnim materialom.
Pri izbiri materialov za inženirske aplikacije je treba upoštevati dejanski delovni tlak, temperaturno okolje in proračunske stroške ter ustrezno izbrati ustrezno vrsto materiala cevi. Brezšivne jeklene cevi so primerne za industrijske scenarije z visokim tlakom, nizko temperaturo, visokim tveganjem in visoko zanesljivostjo, medtem ko so jeklene cevi ERW najbolj ekonomična in učinkovita izbira pri konvencionalnem nizkotlačnem-tlačnem cevovodnem transportu in konstrukcijskem inženirstvu. Z nenehnim napredkom tehnologij varjenja in toplotne obdelave se vrzel v zmogljivosti med visoko{3}}kakovostnimi jeklenimi cevmi ERW in brezšivnimi jeklenimi cevmi postopoma zmanjšuje, kar bo še naprej spodbujalo prihodnji razvoj industrije proizvodnje jeklenih cevi v smeri diverzifikacije in izboljšanja.
