Čelične cijevi važna su komponenta koja se koristi u transportu nafte i plina, komunalnom inženjerstvu, kemijskoj industriji, industriji strojne proizvodnje, elektroenergetici i infrastrukturi na moru.
Prema različitim procesima proizvodnje, industrijske čelične cijevi uglavnom se dijele u dvije kategorije: bešavne čelične cijevi i otporno zavarene cijevi(ERW) čelične cijevi. Iako obje ove cijevi mogu zadovoljiti zahtjeve transporta tekućine i podnošenja-strukturalnog opterećenja, njihovi principi oblikovanja, proizvodni procesi, strukturne karakteristike, mehanička svojstva, točnost dimenzija i opseg primjene imaju značajne razlike. Tijekom stvarne nabave i projektiranja 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 proizvode se probijanjem i valjanjem, bez zavarivanja; dok se ERW čelične cijevi izrađuju hladnim savijanjem čeličnih traka, a zatim zavaruju pomoću visoko-frekventnog otpora. Temeljna razlika u proizvodnim procesima dovodi do značajnih razlika u mikrostrukturi, tlačnoj čvrstoći i stabilnosti životnog vijeka. Stoga ovaj članak uspoređuje ove dvije vrste cijevi s različitih aspekata kako bi pružio razumnu osnovu za industrijsku proizvodnju i odabir inženjerskih materijala.
Razlike u osnovnim definicijama i načelima oblikovanja
1. Princip bešavnih čeličnih cijevi
Bešavne čelične cijevi su šuplje čelične cijevi izrađene kontinuiranim postupkom toplog oblikovanja. Ne zahtijevaju zavarivanje tijekom procesa proizvodnje. Osnovno načelo proizvodnje jezgre je vruće bušenje i kontinuirano valjanje. Bešavne cijevi se oblikuju od čvrste čelične gredice koja se zagrijava na visoku temperaturu, zatim probija, valja, dimenzionira i hladi. U uvjetima plastike na visokoj-temperaturi, čvrsti okrugli čelični trupac se buši strojem za bušenje kako bi se formirao trupac šuplje cijevi, a zatim se koristi više prolaza valjanja za preciznu kontrolu debljine stijenke i vanjskog promjera. Budući da tijekom procesa proizvodnje nema procesa rezanja, spajanja ili zavarivanja, tijelo cijevi u potpunosti zadržava kontinuiranu strukturu metalnih vlakana sirovog materijala. Nema strukturnih slabosti kao što su zavareni šavovi. Stoga ova karakteristika određuje da bešavne čelične cijevi imaju visoku ukupnu strukturnu cjelovitost i ujednačenu nosivost-opterećenja.
2. Princip ERW zavarenih čeličnih cijevi
ERW čelične cijevi tipične su uzdužno zavarene čelične cijevi koje se proizvode visoko-postupkom otpornog zavarivanja. Osnovno načelo je korištenje vruće{2}}valjanih čeličnih traka kao sirovina, a zatim korištenje više valjaka za oblikovanje za kontinuirano valjanje ravnih čeličnih traka u oblik cilindrične šuplje cijevi. Zatim, iskorištavanjem efekta kože i efekta blizine visoko-frekventne struje, rubovi sirove cijevi se brzo zagrijavaju do plastičnog stanja. Pod mehaničkim učinkom istiskivanja valjaka za oblikovanje, spojeni rubovi nakon zagrijavanja se istiskuju i oblikuju, tvoreći čvrsti uzdužni zavar. Za razliku od procesa oblikovanja bešavnih cijevi, ERW čelične cijevi proizvode se kombinacijom "oblikovanje + zavarivanje", sa zavarenim šavovima prisutnim u tijelu cijevi. Iako moderna visoko{9}}tehnologija zavarivanja može čvrstoću zavara približiti čvrstoći osnovnog materijala, područje zavara još uvijek je zona metalurške modifikacije, a njegova mikrostruktura razlikuje se 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. Cjelokupni proces uključuje pregled čeličnih trupaca, visoko{1}}temperaturno zagrijavanje, rotacijsko bušenje, kontinuirano valjanje, ravnanje veličine, hlađenje, rezanje po duljini, otkrivanje grešaka i pregled gotovog proizvoda. Prvo se čvrsta okrugla čelična gredica zagrijava u peći za grijanje na temperaturu iznad 1200 stupnjeva. Svrha toga je omogućiti mu dovoljan kapacitet plastične deformacije. Zatim, stroj za bušenje buši čeličnu gredicu kako bi se formirala šuplja cjevasta ljuska. Zatim, cjevasta ljuska ulazi u valjaonicu i podvrgava se višestrukim smanjivanjima i korekcijama vanjskog promjera kako bi se osigurala jednolika debljina stijenke i zadovoljili zahtjevi točnosti dimenzija. Na kraju se čelična cijev hladi, ravna i reže u gotove proizvode. Cijeli proces se oslanja na vruće valjanje i plastičnu deformaciju, bez ikakvih postupaka zavarivanja. Stoga je proizvodni ciklus bešavnih čeličnih cijevi dug, potrošnja energije visoka, a učinkovitost proizvodnje relativno niska. Stoga su ovi nedostaci očitiji pri proizvodnji specifikacija bešavnih čeličnih cijevi velikog-promjera i tankih-zida.
2. Proces proizvodnje ERW cijevi
ERW cijevi se proizvode na kontinuiranoj i učinkovitoj proizvodnoj liniji za hladno savijanje i zavarivanje. Glavni procesi uključuju odmotavanje čeličnih zavojnica, ravnanje materijala trake, obrezivanje rubova, kontinuirano valjanje i oblikovanje, visoko-otporno zavarivanje, uklanjanje zavarenih šavova, hlađenje, dimenzioniranje, ravnanje, let-rezanje i{-destruktivno ispitivanje. Sirovina za ERW cijevi su vruće-čelični koluti, koji se mogu kontinuirano puniti i proizvoditi. Osnovni proizvodni korak je visoko{7}}frekventno-zavarivanje u čvrstom stanju, kojim se može postići taljenje zavara bez potrebe za žicama za zavarivanje i praškom. Karakteristika cijele proizvodne linije je njezina sposobnost kontinuiranog rada, kratak proizvodni ciklus i visoka učinkovitost. U usporedbi s proizvodnjom bešavnih cijevi, ERW proces ima nižu potrošnju energije, višu razinu automatizacije i veći proizvodni kapacitet; međutim, proizvodi su ograničeni širinom materijala trake i postupkom oblikovanja, a postoje i određena ograničenja u proizvodnji cijevi ultra-debelih-stjenka i ultra-velikog-promjera.
Strukturne i mikroskopske razlike
1. Strukturni integritet
Bešavna čelična cijev ima ukupnu ujednačenu strukturu bez zavara ili slabih točaka u tijelu cijevi. Njegova unutarnja struktura metalnih vlakana kontinuirana je i ujednačena u svim smjerovima, a raspodjela naprezanja je dosljedna kada podnosi unutarnji pritisak i vanjske sile. Razlika je u tome što ERW čelične cijevi imaju očite zavare. Područje zavara prolazi kroz procese taljenja, rekristalizacije i brzog hlađenja, što rezultira razlikama u strukturi zrna. Stoga je strukturna ujednačenost ERW čeličnih cijevi nešto niža nego kod bešavnih čeličnih cijevi, a zavar je uvijek ključni dio za inspekciju i relativno slaba karika tijela cijevi.
2. Razlike između točnosti dimenzija i kvalitete površine
Materijali ERW cijevi imaju veću točnost dimenzija i stabilniju kvalitetu površine. Budući da usvaja tehnologiju valjanja trake i preciznog dimenzioniranja, tolerancija debljine stijenke, zaobljenost i ravnost materijala ERW cijevi su dobro kontrolirani, unutarnji i vanjski zidovi su glatki, a odstupanje dimenzija je malo. Bešavne cijevi se oblikuju probijanjem i valjanjem na visokoj{2}}temperaturi, a na ujednačenost debljine stijenke lako utječe temperatura zagrijavanja i stabilnost valjanja. Stoga su tolerancija debljine stijenke i hrapavost površine bešavnih cijevi relativno veće.
Mehanička izvedba i sigurnosne razlike
Tolerancija na pritisak i strukturna stabilnost
Bešavna čelična cijev ima izvrsnu ukupnu otpornost na pritisak i udar. Zbog nepostojanja zavarenih šavova, uobičajeni nedostaci zavarivanja kao što su mikropukotine mogu se u potpunosti izbjeći. Pod ultra- radnim uvjetima niske temperature i intenzivnih udara, bešavna čelična cijev još uvijek može zadržati stabilna mehanička svojstva i manja je vjerojatnost da će iznenada puknuti. ERW čelične cijevi mogu zadovoljiti zahtjeve za radnim tlakom većine konvencionalnih cjevovoda, ali je područje zavara osjetljivije na opterećenja od zamora i utjecaje niske-temperature.
Razlike u opsegu primjene
1. Primjena bešavnih čeličnih cijevi
Bešavne čelične cijevi se uglavnom koriste u izuzetno zahtjevnim radnim uvjetima. Na primjer, njihovi glavni scenariji primjene uključuju visoko-tlačne kotlovske cjevovode, petrokemijske visoko-temperaturne i visoko{3}}tlačne cjevovode, visoko-magistralne vodove za transport prirodnog plina, hidrauličke energetske cjevovode, nisko-temperaturno kriogeno inženjerstvo i visoko-preciznu mehaničku proizvodnu opremu, itd. Ova polja imaju iznimno visoke zahtjeve za strukturnu sigurnost, zahtijevajući nultu stopu kvarova i izvrsnu prilagodljivost ekstremnim okruženjima. Stoga se u ovim primjenama preferiraju bešavne čelične cijevi.
2. Primjena ERW cijevi
ERW cijevi naširoko se koriste u konvencionalnim scenarijima srednjeg i niskog tlaka, kao što su cjevovodi za gradsku vodoopskrbu i odvodnju, cjevovodi za zaštitu od požara, piloti cijevi za građevinske čelične konstrukcije, sekundarni transportni cjevovodi za naftu i plin u općoj industriji, transportni cjevovodi u lakoj industriji i kemijskom sektoru, kao i opće mehanički potporni cjevovodi.
Temeljna razlika između ERW zavarenih čeličnih cijevi i bešavnih čeličnih cijevi leži u njihovim potpuno različitim proizvodnim principima i mehanizmima oblikovanja.
Bešavne čelične cijevi proizvode se postupkom sveukupnog visoko{0}}temperaturnog probijanja i valjanja, bez varova, ujednačene metalne strukture, izvrsnih ukupnih mehaničkih svojstava i snažne prilagodljivosti ekstremnim radnim okruženjima. Međutim, njihovi proizvodni troškovi su visoki, učinkovitost niska, a tolerancije veličine velike.
S druge strane, ERW čelične cijevi proizvode se hladnim oblikovanjem pločastih materijala i visoko{0}}frekventnim otpornim zavarivanjem. Imaju prednosti visoke proizvodne učinkovitosti, niske cijene, visoke točnosti dimenzija i glatke površine. Međutim, njihov nedostatak je strukturna razlika između zavara i osnovnog materijala.
Prilikom odabira materijala za inženjerske primjene, treba uzeti u obzir stvarni radni tlak, temperaturu okoline i proračunsku cijenu te u skladu s tim odabrati odgovarajuću vrstu materijala cijevi. Bešavne čelične cijevi prikladne su za industrijske scenarije s visokim tlakom, niskom temperaturom, visokim rizikom i visokom pouzdanošću, dok su ERW čelične cijevi najekonomičniji i najučinkovitiji izbor u konvencionalnom transportu cjevovodima niskog i srednjeg{1}}tlaka i strukturnom inženjerstvu. Uz kontinuirani napredak tehnologija zavarivanja i toplinske obrade, razlika u performansama između visoko-kvalitetnih ERW čeličnih cijevi i bešavnih čeličnih cijevi postupno se smanjuje, što će dodatno promicati budući razvoj industrije proizvodnje čeličnih cijevi prema diverzifikaciji i profinjenosti.
