Hitsatut teräsputket ovat korvaamattomia materiaaleja nykyaikaisessa teollisuusinfrastruktuurissa, ja niitä käytetään laajalti muun muassa öljy- ja kaasukuljetuksissa, kunnallisissa vesiprojekteissa, siltasuunnittelussa, meriprojekteissa ja tuulivoimalaitosten rakentamisessa.
Eri hitsaus- ja muovausmenetelmien mukaan hitsatut teräsputket jaetaan pääasiassa suorasaumahitsattuihin teräsputkiin ja kierrehitsattuihin teräsputkiin. Niistä suorasaumahitsatut teräsputket sisältävät vastushitsauksen(ERW) teräsputketja pitkittäinen upokaarihitsaus(LSAW) teräsputket. Tämän tyyppisten teräsputkien hitsit ovat pitkittäisiä hitsejä, jotka ovat suoria pitkin putken runkoa. Sitä vastoin spiraalihitsatut teräsputket (SSAW) käyttävät jatkuvaa spiraalimuotoilua ja upotettua kaarihitsaustekniikkaa, jotka muodostavat spiraalin muotoisia hitsejä, jotka ovat vinossa putken rungon pintaa vasten.
Vaikka molemmat teräsputkityypit valmistetaan levymuovaus- ja hitsausprosesseilla ja ne voivat täyttää nesteen kuljetuksen ja rakenteellisen kuormituksen{0}}vaatimukset, niillä on perustavanlaatuisia eroja muovausperiaatteissa, hitsin jakautumisessa, tuotantoprosesseissa, mekaanisissa jännitysominaisuuksissa, koon suorituskyvyssä ja soveltuvissa työolosuhteissa. Varsinaisessa suunnittelussa ja materiaalihankinnassa on erittäin tärkeää erottaa olennaiset erot suorasauman ja kierrehitsin välillä, mikä auttaa välttämään väärän valinnan ja siitä aiheutuvat käyttöriskit.
Perusmääritelmien ja muodostusperiaatteiden erot
1. Pituussuuntaisen sauman hitsauksen periaate
Suorasaumahitsauksella tarkoitetaan hitsausprosessia, jossa muodostetaan jatkuva suora hitsisauma teräsputken pituussuunnassa. Suorasaumaisten teräsputkien raaka-aine on kiinteä-leveä teräslevy tai teräsnauha. Teräsputkien valmistuksen aikana litteää terästä taivutetaan ja valssataan sylinterimäisiksi putkiaihioiksi useiden muodostustelojen kautta. Teräsnauhan kaksi yhdensuuntaista reunaa on kohdistettu putken rungon pituussuuntaan, minkä jälkeen rako hitsataan ja sulatetaan siistin pitkittäisen suoran sauman muodostamiseksi. Halkaisijaltaan keski- ja pienikokoisissa suorissa saumaputkissa käytetään korkeataajuista resistanssihitsausta (ERW), jossa teräsnauhan reunoja lämmitetään korkeataajuisella-virralla, jotta saavutetaan välitön ekstruusio ja sulaminen ilman lisäainemetallin tarvetta. Suuren halkaisijan paksuisiin{8}}seinämäisiin suoriin saumaputkiin käytetään pitkittäistä upokaarihitsausta (LSAW), jossa käytetään hitsauslankaa ja juoksutetta tunkeumahitsaukseen. Käytetystä prosessista riippumatta hitsisauma ulottuu putken rungon koko pituudelle.
2. SpiraalihitsausPeriaate
Spiraalihitsaus on erityinen putkenvalmistusprosessi, jossa yhdistyvät kalteva jatkuva muovaus ja upokaarihitsaus. Toisin kuin suorasaumaisten teräsputkien suora taivutus, teräsnauha syötetään muodostuslaitteeseen kiinteässä kulmassa ja rullataan jatkuvasti sylinterimäiseksi putkiaihioksi kierrevalssauksen kautta, jolloin muodostuu yhtenäisiä spiraalirakoja. Tämän jälkeen upotettu kaarihitsausjärjestelmä suorittaa jatkuvan hitsauksen spiraaliradalla ja muodostaa lopulta tasaisen ja tiiviin kierrehitsauksen. Kierrehitsaukset ovat vinossa tietyssä kulmassa ja hitsin pituus ylittää putken pituuden. Kierrehitsauksen perusperiaate on työstää kiinteä-leveä teräsnauha halkaisijaltaan erikokoisiksi teräsputkiksi kulmaa säätämällä, jolloin saavutetaan joustava halkaisijatuotanto, jota ei voida saavuttaa suorasaumahitsauksella.
Valmistusprosessien erot
1. Suorasauman hitsausprosessi
Suorasaumaputkien valmistusprosessi on yksinkertainen ja pitkälle automatisoitu. Koko prosessi sisältää teräskelojen purkamisen, tasoituksen, reunan leikkaamisen, oikaisun, pitkittäishitsauksen, hitsauksen viimeistelyn, jäähdytyksen, mitoituksen, oikaisun ja pituus{1}}leikkauksen. Suorasaumaiset ERW-putket hitsataan korkeataajuisella-vastuslämmityksellä, jolla on nopea hitsausnopeus ja korkea tuotantotehokkuus. LSAW-suorasaumissa putkissa käytetään paksua teräslevyä ja useita uppokaarihitsauksia, joissa raon tarkkuutta ja tunkeutumissyvyyttä valvotaan tarkasti. Suoran sauman tuotantolinjan muodostusparametrit ovat kiinteät, muodostus on vakaa ja mittatarkkuus on korkea. Sen tuotannon joustavuus on kuitenkin rajallinen. Jokainen teräsnauhan leveys vastaa vain yhtä putken halkaisijaa, joten erittäin-halkaisijaltaan suurien putkien tuotantovalikoimaa rajoittaa teräsnauhan leveys.
2. Spiraalihitsausprosessi
Kierrehitsausprosessissa käytetään jatkuvaa dynaamista spiraalinmuodostusta ja kaksipuolista kaarihitsausta -. Sen prosessivirta sisältää aukirullauksen, nauhan oikaisun, tarkan päätypinnan jyrsinnän, säädettävän-kulmakierteen muovauksen, kaksipuolisen upokaarihitsauksen sisä- ja ulkopuolelta, hitsaussauman kiillotuksen, kiertojäähdytyksen, koon korjauksen, fli{4}}leikkauksen ja täydellisen hitsaussauman hajoamattoman{{5}. Tämän prosessin näkyvin ominaisuus on säädettävä muotoilukulma. Teräsnauhan syöttökulmaa muuttamalla valmistajat voivat valmistaa samasta raaka-aineesta ulkohalkaisijaltaan erilaisia putkia, mikä lisää merkittävästi tuotannon joustavuutta. Koko tuotantoprosessi on jatkuva ja keskeytymätön, ja se soveltuu suurien-halkaisijaisten, keskipaksujen{12}}putkien tuotantoon. Kierremuovaus- ja hitsausjärjestelmällä on kuitenkin korkeat vaatimukset parametrien sovittamiselle, ja muovauskulman, hitsausnopeuden, virran ja jännitteen tarkka ohjaus on tarpeen hitsauksen siirtymän ja muovauksen muodonmuutosten välttämiseksi.
Rakenteelliset erot
1. Hitsausrakenteen ominaisuudet
Suorissa hitsatuissa putkissa koko rakenteessa on vain yksi pitkittäinen hitsisauma, jossa on lyhyt hitsausreitti ja suora viiva. Hitsin mikrorakenne on vakaa. Lämmön vaikutusalue on keskittynyt ja kapea, ja putkirungon yleinen rakenteellinen yhtenäisyys on hyvä. Kierrehitsatuissa putkissa käytetään jatkuvatoimisia kierre{3}}muotoisia hitsisaumoja. Verrattuna saman spesifikaation suoriin saumaputkiin, hitsisauman pituus on pidempi. Pidempi hitsisauma kasvattaa kokonaishitsausalaa ja lisää teoriassa myös olemassa olevien hitsausvirheiden mahdollisuutta. Jatkuva kierrehitsatussauma kuitenkin välttää paikalliset hitsausraot. Lisäksi spiraalihitsaussaumalla on päällekkäisyyden ja jatkuvuuden ominaisuudet, mikä parantaa putken rungon yleistä rakenteellista eheyttä.
Mittatarkkuus ja tuotannon joustavuus
Suorasaumalla hitsatulla putkella on parempi mittatarkkuus ja pinnanlaatu. Muovausprosessi on vakaa, ja siinä on pienet toleranssit ulkohalkaisijalle, seinämän paksuudelle ja pyöreydelle, sileät sisä- ja ulkoseinät sekä tasainen suoruus. Standardoidut muovausparametrit tekevät suorasaumaputkesta sopivamman tarkkaan asennukseen ja korkeita{2}}vaatimuksia vastaaviin putkilinjaprojekteihin. Haittapuolena on kuitenkin se, että tuotannon joustavuus on huono, teräsnauhan leveyden rajoittama, eikä sitä voida joustavasti vaihtaa putken halkaisijaan tuotantoprosessin aikana. Sitä vastoin kierrehitsatulla putkella on hieman pienempi mittatarkkuus kuin suorasaumaputkella, pienemmällä elliptisyystoleranssilla, mutta sillä on erittäin korkea tuotannon joustavuus. Kierrekulmaa säätämällä yksi teräsnauhan spesifikaatio voi tuottaa kymmeniä eri putkien halkaisijamäärityksiä, mikä vähentää merkittävästi muottikustannuksia ja lyhentää mittatilaustyönä tehtyjen suurten{6}}putkien tuotantosykliä.
Tekniset edut ja rajoitukset
1. Suorasauman hitsauksen edut ja haitat
Suorasauman hitsauksen etuna on nopea hitsausnopeus, korkea tuotantotehokkuus, korkea tuotteen pätevyysaste, säännöllinen hitsin muodostus, kapea lämmön vaikutusalue ja vakaat mekaaniset ominaisuudet. Sitä käytetään pääasiassa keskikokoisten-halkaisijaisten, ohutseinäisten-ja keski{3}}paksujen-putkimateriaalien tuotantoprosessissa. Vähemmän hitsejä voi vähentää vikojen esiintymisen todennäköisyyttä ja helpottaa kokonaisvaltaista tarkastusta ja huoltoa. Sen tärkeimmät haitat ovat huono joustavuus, rajoitettu tuotantokapasiteetti suurille halkaisimille ja heikko jännityshajontakyky. Ultra-korkeassa paineessa ja kuormituksen muutosolosuhteissa suorasaumahitsaus on alttiimpi jännityksen keskittymisen epäonnistumiselle.
2. Kierrehitsausten edut ja haitat
Kierrehitsauksen tärkeimmät edut ovat sen kyky säätää halkaisijaa joustavasti, erinomainen jännityksen hajontakyky, vahva valmistuskyky suurille{0}}halkaisijaisille putkille ja korkea rakenteellinen turvallisuus. Spiraalihitsaukset voivat estää tehokkaasti halkeamien leviämistä ja soveltuvat pitkien-etäisyyksien-korkeapainekuljetukseen. Tärkeimmät haitat ovat pidempi hitsausaika, pienempi yksittäisen-koneen tuotannon tehokkuus, suurempi riski pienistä vioista hitsin pituuden kasvaessa ja hieman pienempi mittatarkkuus.
Erot teollisissa sovelluksissa
Selkeiden suorituskykyominaisuuksiensa ansiosta suorasaumahitsatut putket ja kierrehitsatut putket ovat luoneet selkeät sovellusrajat teollisuustekniikassa. Suorasaumaisia hitsattuja putkia käytetään laajalti kaupunkien vesihuollossa ja viemäröinnissä, palosuojaputkistoissa, rakennusten rakenteellisissa putkipaaluissa, matalapaineisissa-kaasun kuljetuksissa ja putkistoja tukevissa mekaanisissa laitteissa. Korkean mittatarkkuutensa ja vakaan hitsauslaadunsa ansiosta korkealaatuiset ERW- ja LSAW-suorasaumaputket sopivat myös lyhyen-etäisyyden korkeapaineisiin{5}}putkiprojekteihin. Vaikka kierrehitsattuja putkia käytetään pääasiassa poikki-alueellisissa öljy- ja kaasun runkoputkissa, kunnallisissa suurissa-vesisiirtoputkissa, meritekniikan putkipaaluissa, tuulivoimainfrastruktuurissa ja hydraulisissa paineputkissa, jotka ovat pitkiä-kuljetusprojekteja.
Ydinero suorasaumahitsauksen ja kierrehitsauksen välillä on erilaisissa muovausratoja, hitsin jakautumiskuvioita jne. Suorasaumahitsauksessa on lineaariset hitsit, korkea mittatarkkuus, korkea tuotantotehokkuus ja yksinkertainen rakenne, ja se soveltuu standardoituihin, halkaisijaltaan keskikokoisiin ja suuriin{1}}tarkkoihin putkilinjaprojekteihin. Spiraalihitsauksessa käytetään kaltevia spiraalihitsauksia ja halkaisijaa voidaan säätää joustavasti. Se on välttämätön suurten-halkaisijaisten, pitkien-etäisyyksien ja korkeapaineisten-putkien rakentamisessa. Kummallakaan kahdesta hitsausprosessista ei ole absoluuttista yli- tai huonolaatuisuutta. Niiden käyttöarvo riippuu todellisista suunnitteluolosuhteista, painetasoista, putken halkaisijan tiedoista ja kustannusbudjeteista. Hitsausautomaation ja älykkäiden havaitsemistekniikoiden jatkuvan parantamisen myötä näiden kahden välinen suorituskykyero pienenee vähitellen. Tulevaisuudessa suorasaumahitsaus- ja spiraalihitsaustekniikoiden hienostunut ja eriytetty sovellus edistää entisestään-teräsputkien valmistuksen ja putkien suunnittelun korkealaatuista kehitystä.
