مقدمة: تحدد الاختلافات التكنولوجية النجاح أو الفشل، ويجب أن يكون الاختيار “دقيقًا”

In oil and gas transmission, municipal infrastructure and other major projects, the reasonable choice of steel pipe welding process directly affects the project quality and construction costs. At present, LSAW and SSAW, as the two mainstream welding technologies, often confuse engineers and technicians in their selection due to significant differences in molding process, mechanical properties and application scenarios. Take the national key projects as an example: the West-East gas transmission project adopts LSAW steel pipe to ensure the safe transmission of high-pressure pipelines, while the coastal city drainage network uses spiral submerged arc welded steel pipe to realize the economic construction. For this technical selection problem, this paper will systematically analyze the technical characteristics of the two welding process differences, the establishment of technical selection matrix based on engineering needs, to provide a scientific decision-making basis for the project.

مقارنة المبدأ التقني: LSAW مقابل SSAW

LSAW (لحام القوس المغمور بدرزات مستقيمة)

عملية التشكيل: يتم دحرجة الصفيحة الفولاذية في أنبوب أنبوبي على طول اتجاه الطول، ويتم إجراء لحام درز طولي مستقيم واحد.

اتجاه اللحام: يكون خط اللحام موازيًا لمحور الأنبوب الفولاذي، وتكون مدخلات حرارة اللحام موحدة، ويكون الإجهاد المتبقي منخفضًا (يتطلب معيار DNV-OS-F101 أن يكون الإجهاد المتبقي أقل من 15% من قوة الخضوع)

SSAW (اللحام بالقوس المغمور الحلزوني)

عملية التشكيل: يتم دحرجة الصفيحة الفولاذية بشكل مستمر بزاوية حلزونية (عادةً 20 درجة - 25 درجة) لتشكيل لحام حلزوني.

اتجاه اللحام: يتم توزيع اللحام بشكل حلزوني، ويكون طول اللحام 30%-50% أطول من LSAW، ولكن هناك خطر تركيز الإجهاد الهندسي.

اختلافات عملية الإنتاج

1. تحلل عملية الإنتاج

LSAW ：

Steel plate pre-treatment → JCOE forming → pre-welding → internal/outside submerged arc welding → expansion → nondestructive testing → anti-corrosive treatment.

نقطة التحكم الرئيسية: انحراف استقامة اللحام أقل من 0.2% (معيار API 5L).

SSAW ：

فك شريط الفولاذ الشريطي ← التشكيل الحلزوني ← التشكيل الحلزوني ← اللحام المستمر ← اللحام بالقص الطائر ← طحن اللحام بطول ثابت ← اختبار هيدروستاتيكي.

التحدي الأساسي: التحكم الدقيق في الزاوية الحلزونية (± 0.5 درجة).

اختلافات الأداء: القوة، والمتانة، ومخاطر العيوب

1. مقارنة الخواص الميكانيكية

قوة الشد:

يمكن أن تصل قوة لحام LSAW إلى 98%-100% من المادة الأساسية (تتطلب API 5L أكثر من 485MPa)، في حين أن قوة SSAW تبلغ حوالي 90%-95% من المادة الأساسية بسبب مكون الإجهاد في اللحام الحلزوني.

ليونة التصادم:

في بيئة درجة الحرارة المنخفضة التي تبلغ 20 ℃، تكون طاقة تأثير تشاربي للحام LSAW أكبر من أو تساوي 40J (GB/T 9711 الفئة B)، وعادةً ما تكون طاقة تأثير لحام LSAW أقل من أو تساوي 35J بسبب المنطقة المتأثرة بالحرارة الواسعة (HAZ).

2. نوع العيب وكفاءة الكشف عنه

LSAW ：

تتمثل العيوب الرئيسية في التضمين غير المسخن أو الخبث، والتي يمكن تغطيتها عن طريق الاختبار بالموجات فوق الصوتية (UT) بمعدل كشف يزيد عن 99%. تُستخدم تقنية المصفوفة التدريجية UT في مشروع نقل الغاز من الغرب إلى الشرق لتقليل معدل الخطأ في تقدير العيوب إلى أقل من 0.1%.

SSAW ：

إن اللحام الحلزوني عرضة لعيب “الانحناء الهلالي” (الناجم عن إجهاد التشكيل)، لذلك يجب استخدام فحص المحيط الكامل بالأشعة السينية (RT)، ولكن سرعة الكشف بطيئة (60% فقط من UT)، والحساسية لعيوب التشقق منخفضة.

3. بيانات عمر التعب

وفقاً ل DNV-RP-C203 اختبار الحمل الدوري القياسي:

تبلغ قوة إجهاد الأنبوب الفولاذي LSAW تحت 10^7 دورة 220 ميجا باسكال.

بسبب تركيز الإجهاد، تنخفض قوة إجهاد الأنابيب الفولاذية SSAW إلى 180 ميجا باسكال.

دليل الاختيار: مطابقة التكنولوجيا حسب السيناريو

1. نقل النفط والغاز عالي الضغط (الضغط> 10 ميجا باسكال)

الاختيار القسري لـ LSAW:

إذا أخذنا خط أنابيب الغاز الطبيعي على الطريق الشرقي بين الصين وروسيا كمثال، فإن لحام أنبوب الغاز الطبيعي من الدرجة X80 LSAW (سمك الجدار 21.4 مم) يعمل تحت ضغط 12 ميجا باسكال، والمعدل المؤهل للاختبار غير المدمر للحام هو 99.98%.

2. إمدادات المياه والصرف في المناطق الحضرية/غاز منخفض الضغط (ضغط أقل من 4 ميجا باسكال)

يوصي بـ SSAW:

يستخدم مشروع صرف في إحدى مدن جنوب شرق آسيا أنابيب SSAW (قطر 2600 مم) لتحقيق قطر كبير وتكلفة منخفضة من خلال التشكيل الحلزوني. التكلفة الإجمالية للمشروع أقل بـ 281 تيرابايت 3 تيرابايت من تكلفة مخطط LSAW.

3. الهندسة البحرية (التآكل العالي، الأحمال الديناميكية)

يتوافق مع LSAW فقط:

وتنص DNV-OS-F101 بوضوح على أن خط الأنابيب الغواصة يجب أن يكون ملحومًا بأنبوب التماس مستقيم. وقد ظل خط أنابيب LSAW في حقل نفط بحر الشمال في النرويج في الخدمة لمدة 20 عامًا في مياه البحر التي تحتوي على كلوريد الكربون 50000 جزء في المليون، وفقدان سمك الجدار 0.3 مم فقط.

4. نقل ملاط المناجم (سيناريوهات التآكل العالي)

النهج الهجين:

باستخدام أنبوب SSAW كخط رئيسي (منخفض التكلفة) واستبدال قسم الكوع الرئيسي بأنبوب LSAW (مقاومة عالية للتآكل)، يتم تقليل التكلفة الشاملة بمقدار 15%.

اتجاه حدود الصناعة: دمج الذكاء والمواد الخضراء والمواد الجديدة

ترقية اللحام الذكي

LSAW ：

تم إدخال نظام تتبع الرؤية بالليزر لتعويض خطأ تشكيل اللوحة في الوقت الحقيقي، وتم تحسين دقة التحكم في استقامة خط اللحام إلى ± 0.1 مم (تحسين عملية لحام القوس الفولاذي عالي القوة 2022).

SSAW ：

يمكن لنموذج التنبؤ بجودة اللحام المستند إلى الذكاء الاصطناعي تحديد العيوب المحتملة مسبقًا من خلال بيانات التصوير الحراري، مما يقلل من معدل الخردة من 2% إلى 0.5%.

تكنولوجيا التصنيع الأخضر

LSAW ：

يتم تقليل استهلاك الطاقة بمقدار 40% وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 35% عن طريق استبدال التسخين المسبق بالغاز بالتسخين بالحث الكهرومغناطيسي.

SSAW ：

تم تطوير فولاذ رقيق الجدران عالي القوة (مثل X70، سمك الجدار 8 مم) لتقليل استهلاك المواد بواسطة 20% مع تلبية متطلبات القوة.

طفرة في المواد الجديدة

فولاذ فائق المتانة X120:

وقد حققت عملية LSAW لحام الفولاذ بدرجة X120 (قوة الخضوع أكبر من أو تساوي 120 كيلوكسي)، مع سمك جدار 18% أقل من X80، وهو مناسب لأنابيب الهيدروجين فائقة الضغط العالي جدًا.

الخلاصة: لا توجد ميزة أو عيب مطلق للتكنولوجيا، فالتكيف مع المشهد هو جوهر

تتمثل الطبيعة التنافسية بين LSAW و SSAW في توازن مثلث “الأداء-التكلفة-الكفاءة”. يحتاج المهندسون إلى تجاوز المقارنة السطحية للمعايير التقنية وتحليل سيناريو المشروع بعمق:

الضغط العالي ودرجة الحرارة المنخفضة والبيئة المسببة للتآكل: لا يمكن الاستغناء عن موثوقية LSAW;

سيناريوهات الضغط المنخفض والمتوسط والقطر الكبير والسيناريوهات الحساسة من حيث التكلفة: يتميز SSAW بأداء أفضل من حيث التكلفة الإجمالية.

كما جاء في تقرير الرابطة الدولية للأنابيب (IPA): “ستعمل التقنيات الذكية والخضراء على إعادة تشكيل مشهد تكنولوجيا اللحام خلال العقد القادم، ولكن مبدأ ‘الملاءمة أولاً’ لن يخرج عن الموضة.”