Stalen buizen zijn een belangrijk onderdeel dat wordt gebruikt bij het transport van olie en gas, gemeentelijke techniek, chemische industrie, mechanische productie-industrie, energietechniek en offshore-infrastructuur.
Volgens verschillende productieprocessen worden industriële stalen buizen hoofdzakelijk onderverdeeld in twee categorieën: naadloze stalen buizen en weerstandsgelaste buizen(ERW) stalen buizen. Hoewel beide pijpen kunnen voldoen aan de vereisten van vloeistoftransport en structurele belasting,-zijn er aanzienlijke verschillen in hun vormprincipes, productieprocessen, structurele kenmerken, mechanische eigenschappen, maatnauwkeurigheid en toepassingsmogelijkheden. Tijdens de daadwerkelijke aanschaf en het ontwerp van pijpleidingen kunnen veel ingenieurs een bepaald misverstand hebben over de prestatiegrenzen van ERW-stalen buizen en naadloze stalen buizen, wat kan leiden tot onjuiste materiaalkeuze, potentiële veiligheidsrisico's of kostenverspilling.
Naadloze stalen buizen worden geproduceerd door ponsen en walsen, zonder lasnaden; terwijl ERW-stalen buizen worden gemaakt door stalen strips koud te buigen en vervolgens te lassen met behulp van hoge{0}}weerstand. Het fundamentele verschil in productieprocessen leidt tot aanzienlijke verschillen in microstructuur, druksterkte en de stabiliteit van de levensduur. Daarom vergelijkt dit artikel deze twee soorten buizen vanuit verschillende aspecten om een redelijke basis te bieden voor industriële productie en technische materiaalkeuze.
De verschillen in basisdefinities en vormingsprincipes
1. Het principe van naadloze stalen buizen
Naadloze stalen buizen zijn holle stalen buizen die zijn gemaakt via een continu warmvervormingsproces. Ze vereisen geen laswerk tijdens het productieproces. Het belangrijkste productieprincipe is heet doorboren en continu walsen. Naadloze buizen worden gevormd uit een massieve stalen knuppel die tot een hoge temperatuur wordt verwarmd, vervolgens wordt doorboord, gerold, op maat wordt gemaakt en wordt gekoeld. Onder de hoge-plastische toestand wordt de massieve ronde stalen knuppel door een perforatiemachine doorboord om een holle pijpstaaf te vormen, en vervolgens worden meerdere walspassages gebruikt om de wanddikte en buitendiameter nauwkeurig te regelen. Omdat er tijdens het productieproces geen snij-, las- of lasprocessen plaatsvinden, behoudt het buislichaam volledig de doorlopende metaalvezelstructuur van de grondstof. Er zijn geen structurele zwakheden zoals lasnaden. Daarom bepaalt dit kenmerk dat naadloze stalen buizen een hoge algehele structurele integriteit en een uniform draagvermogen- hebben.
2. Het principe van ERW-gelaste stalen buizen
ERW-stalen buizen zijn typische in de lengterichting gelaste stalen buizen, die worden vervaardigd via het hoog-weerstandslasproces. Het basisprincipe is om warm-gewalste stalen strips als grondstof te gebruiken en vervolgens meerdere vormwalsen te gebruiken om de platte stalen strips continu in de vorm van een cilindrische holle buis te walsen. Vervolgens worden, door gebruik te maken van het skin-effect en het nabijheidseffect van de hoogfrequente stroom, de randen van de pijpplano snel verwarmd tot een plastische toestand. Onder het mechanische extrusie-effect van de vormrollen worden de gesmolten randen na verwarming geëxtrudeerd en gevormd, waardoor een strakke longitudinale las ontstaat. In tegenstelling tot het vormproces van naadloze buizen worden ERW stalen buizen geproduceerd door een combinatie van "vormen + lassen", waarbij lasnaden in het buislichaam aanwezig zijn. Hoewel moderne hoogfrequente lastechnologie de lassterkte dicht bij de sterkte van het basismateriaal kan brengen, is het lasgebied nog steeds een metallurgische modificatiezone en is de microstructuur ervan anders dan die van het basismateriaal. Dit is het meest voor de hand liggende structurele verschil tussen ERW-stalen buizen en naadloze stalen buizen.
Verschillen in productieprocessen
1. Het productieproces vannaadloze stalen buizen
De productie van naadloze stalen buizen is een complex proces. Het hele proces omvat inspectie van stalen knuppels, verhitten op hoge- temperatuur, roterend doorboren, continu walsen, rechttrekken, afkoelen, lengte-snijden, detectie van defecten en inspectie van het eindproduct. Eerst wordt de massieve ronde stalen knuppel in een verwarmingsoven verwarmd tot boven de 1200 graden. Het doel hiervan is om ervoor te zorgen dat het voldoende plastisch vervormingsvermogen heeft. Vervolgens doorboort de doorsteekmachine de stalen knuppel om een holle buisvormige schaal te vormen. Vervolgens gaat de buisvormige schaal de walserij binnen en ondergaat meerdere verkleiningen en buitendiametercorrecties om een uniforme wanddikte te garanderen en te voldoen aan de eisen voor maatnauwkeurigheid. Ten slotte wordt de stalen buis gekoeld, rechtgetrokken en in eindproducten gesneden. Het hele proces is gebaseerd op warmwalsen en plastische vervorming, zonder enige lasprocedures. Daarom is de productiecyclus van naadloze stalen buizen lang, is het energieverbruik hoog en is de productie-efficiëntie relatief laag. Deze nadelen komen dus duidelijker naar voren bij de productie van naadloze stalen buizen met een grote-diameter en dun-wandige specificaties.
2. Het productieproces van ERW-buizen
ERW-buizen worden vervaardigd op een continue en efficiënte productielijn voor koudbuigen en lassen. De belangrijkste processen omvatten het afwikkelen van stalen spoelen, het afvlakken van het stripmateriaal, het afsnijden van de randen, het continu walsen en vormen, hoog-weerstandslassen met hoge frequentie, het verwijderen van lasnaden, afkoelen, op maat maken, rechttrekken, vliegen-snijden en niet-destructief testen. De grondstof voor ERW-buizen zijn warm-gewalste staalrollen, die continu kunnen worden toegevoerd en continu kunnen worden geproduceerd. De belangrijkste productiestap is hoog{7}}vast-lassen in vaste toestand, waarmee lasfusie kan worden bereikt zonder de noodzaak van lasdraden en vloeimiddel. Het kenmerk van de gehele productielijn is het vermogen om continu te werken, de korte productiecyclus en de hoge efficiëntie. Vergeleken met de productie van naadloze buizen heeft het ERW-proces een lager energieverbruik, een hoger automatiseringsniveau en een sterkere productiecapaciteit; de producten worden echter beperkt door de breedte van het stripmateriaal en het vormingsproces, en er zijn bepaalde beperkingen aan de productie van buizen met ultra-dikke-buizen en ultra-grote-diameters.
Structurele en microscopische verschillen
1. Structurele integriteit
De naadloze stalen buis heeft een algehele uniforme structuur zonder lasnaden of zwakke punten in het buislichaam. De interne metaalvezelstructuur is continu en uniform in alle richtingen, en de spanningsverdeling is consistent wanneer deze bestand is tegen interne druk en externe krachten. Het verschil is dat ERW-stalen buizen duidelijke lasnaden hebben. Het lasgebied ondergaat de processen van smelten, herkristallisatie en snelle afkoeling, wat resulteert in verschillen in korrelstructuur. Daarom is de structurele uniformiteit van ERW-stalen buizen iets lager dan die van naadloze stalen buizen, en is de las altijd het belangrijkste inspectieonderdeel en de relatief zwakke schakel van het buislichaam.
2. De verschillen tussen maatnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit
ERW-buismaterialen hebben een hogere maatnauwkeurigheid en een stabielere oppervlaktekwaliteit. Omdat het stripwalsen en nauwkeurige dimensioneringstechnologie toepast, worden de wanddiktetolerantie, rondheid en rechtheid van ERW-buismaterialen goed gecontroleerd, zijn de binnen- en buitenwanden glad en is de maatafwijking klein. Naadloze buizen worden gevormd door ponsen en walsen bij hoge- temperaturen, en de uniformiteit van de wanddikte wordt gemakkelijk beïnvloed door de verwarmingstemperatuur en de rolstabiliteit. Daarom zijn de wanddiktetolerantie en oppervlakteruwheid van naadloze buizen relatief hoger.
Mechanische prestatie- en veiligheidsverschillen
Druktolerantie en structurele stabiliteit
De naadloze stalen buis heeft een uitstekende algemene druk- en slagvastheid. Door de afwezigheid van lasnaden kunnen veelvoorkomende lasfouten zoals microscheurtjes volledig worden vermeden. Onder ultra-hoge druk, lage temperatuur en intense schokomstandigheden kan de naadloze stalen buis nog steeds stabiele mechanische eigenschappen behouden en is de kans kleiner dat deze plotseling breekt. ERW-stalen buizen kunnen voldoen aan de werkdrukvereisten van de meeste conventionele pijpleidingen, maar het lasgebied is gevoeliger voor vermoeiingsbelastingen en lage- temperatuurinvloeden.
Verschillen in toepassingsbereik
1. Toepassingen van naadloze stalen buizen
Naadloze stalen buizen worden vooral gebruikt in extreem veeleisende werkomstandigheden. Hun belangrijkste toepassingsscenario's omvatten bijvoorbeeld hoge- ketelpijpleidingen, petrochemische hoge- temperatuur- en hoge- drukpijpleidingen, hoge- aardgastransportleidingen, hydraulische energiepijpleidingen, lage- cryogene techniek en hoge- mechanische productieapparatuur met hoge -precisie, enz. Deze vakgebieden stellen extreem hoge eisen aan de structurele veiligheid, waardoor nuldefectpercentages en een uitstekend aanpassingsvermogen aan extreme omgevingen noodzakelijk zijn. Daarom hebben naadloze stalen buizen in deze toepassingen de voorkeur.
2. De toepassing van ERW-buizen
ERW-buizen worden veel gebruikt in conventionele scenario's met gemiddelde en lage druk, zoals stedelijke watertoevoer- en afvoerpijpleidingen, brandbeveiligingspijpleidingen, pijppalen met stalen constructies, secundaire transportpijpleidingen voor olie en gas in de algemene industrie, transportpijpleidingen in de lichte industrie en de chemische sector, evenals algemene mechanische ondersteunende pijpleidingen.
Het fundamentele verschil tussen ERW gelaste stalen buizen en naadloze stalen buizen ligt in hun totaal verschillende productieprincipes en vormmechanismen.
Naadloze stalen buizen worden geproduceerd via een proces van ponsen en walsen bij hoge- temperaturen, zonder lasnaden, met een uniforme metaalstructuur, uitstekende algemene mechanische eigenschappen en een sterk aanpassingsvermogen aan extreme werkomgevingen. Hun productiekosten zijn echter hoog, de efficiëntie is laag en de maattoleranties zijn groot.
Aan de andere kant worden ERW-stalen buizen vervaardigd door koudvervormen van plaatmateriaal en hoogfrequent weerstandslassen. Ze hebben de voordelen van een hoge productie-efficiëntie, lage kosten, hoge maatnauwkeurigheid en een glad oppervlak. Hun nadeel is echter het structurele verschil tussen de las en het basismateriaal.
Bij het selecteren van materialen voor technische toepassingen moet rekening worden gehouden met de werkelijke werkdruk, de temperatuur, de omgeving en de budgetkosten, en dienovereenkomstig het juiste type buismateriaal kiezen. Naadloze stalen buizen zijn geschikt voor industriële scenario's met hoge druk, lage temperaturen, hoge risico's en hoge betrouwbaarheid, terwijl stalen ERW-buizen de meest economische en efficiënte keuze zijn in conventioneel lage- en middendruk-drukpijpleidingtransport en constructietechniek. Met de voortdurende vooruitgang van las- en warmtebehandelingstechnologieën wordt de prestatiekloof tussen hoogwaardige ERW-stalen buizen en naadloze stalen buizen geleidelijk kleiner, wat de toekomstige ontwikkeling van de productie-industrie van stalen buizen in de richting van diversificatie en verfijning verder zal bevorderen.
