Введение:Различия в технологиях определяют успех или неудачу, поэтому отбор должен быть “точным”.”

При реализации проектов в области транспортировки нефти и газа, муниципальной инфраструктуры и других крупных проектов разумный выбор технологии сварки стальных труб напрямую влияет на качество проекта и стоимость строительства. В настоящее время LSAW и SSAW, как две основные технологии сварки, часто ставят инженеров и техников в тупик при их выборе из-за значительных различий в процессе формовки, механических свойствах и сценариях применения. Возьмем в качестве примера национальные ключевые проекты: в проекте транспортировки газа с запада на восток используются стальные трубы LSAW для обеспечения безопасной передачи трубопроводов высокого давления, а в дренажной сети прибрежного города используются стальные трубы со спиральной дуговой сваркой под флюсом для реализации экономичного строительства. Для решения этой проблемы технического выбора в данной статье будет проведен систематический анализ технических характеристик двух различий сварочных процессов, создана матрица технического выбора на основе инженерных потребностей, чтобы обеспечить научную основу для принятия решений по проекту.

Сравнение технических принципов: LSAW против SSAW

LSAW (прямошовная дуговая сварка под флюсом)

Процесс формовки: стальной лист прокатывается в трубную заготовку по направлению длины, после чего производится сварка одним продольным прямым швом.

Направление сварки: сварной шов параллелен оси стальной трубы, тепловой поток при сварке равномерный, остаточное напряжение низкое (стандарт DNV-OS-F101 требует, чтобы остаточное напряжение не превышало 15% от предела текучести).

SSAW (спиральная дуговая сварка под флюсом)

Процесс формовки: стальной лист непрерывно прокатывается по спирали под углом (обычно 20°-25°) для формирования спирального сварного шва.

Направление сварки: шов распределяется по спирали, а длина шва на 30%-50% больше, чем у LSAW, но есть риск геометрической концентрации напряжений.

Различия в производственных процессах

1. Декомпозиция производственного процесса

LSAW：

Предварительная обработка стального листа → формовка JCOE → предварительная сварка → внутренняя/наружная дуговая сварка под флюсом → расширение → неразрушающий контроль → антикоррозийная обработка.

Ключевая точка контроля: отклонение прямолинейности сварного шва составляет менее 0,2% (стандарт API 5L).

SSAW：

Размотка полосовой стали → спиральная формовка → непрерывная сварка → летучие ножницы фиксированной длины → шлифовка сварного шва → гидростатическое испытание.

Основная задача: точный контроль угла спирали (±0,5°).

Различия в эксплуатационных характеристиках: прочность, жесткость, риск возникновения дефектов

1. Сравнение механических свойств

Прочность на разрыв:

Прочность сварного шва LSAW может достигать 98%-100% от основного материала (API 5L требует более 485 МПа), в то время как прочность SSAW составляет около 90%-95% от основного материала из-за компонента напряжения спирального шва.

Ударная вязкость:

В условиях низкой температуры (20℃) энергия удара по Шарпи при сварке LSAW превышает или равна 40 Дж (GB/T 9711 Class B), а энергия удара при сварке SSAW обычно меньше или равна 35 Дж из-за широкой зоны термического влияния (HAZ).

2. Тип дефекта и эффективность обнаружения

LSAW：

Основными дефектами являются недогрев или шлаковые включения, которые могут быть охвачены ультразвуковым контролем (УЗК) с коэффициентом обнаружения более 99%. Технология УЗК с фазированной решеткой используется в проекте транспортировки газа с запада на восток для снижения коэффициента ошибочного определения дефектов до менее чем 0,1%.

SSAW：

Спиральный шов подвержен дефекту “изгиб полумесяца” (вызванному формирующим напряжением), поэтому следует использовать рентгеновский контроль по всей окружности (RT), но скорость обнаружения низкая (только 60% UT), а чувствительность к дефектам трещин низкая.

3. Данные об усталостном ресурсе

Согласно DNV-RP-C203 стандартное испытание на циклическую нагрузку:

Усталостная прочность стальной трубы LSAW при 10^7 циклах составляет 220 МПа.

Из-за концентрации напряжений усталостная прочность стальной трубы SSAW падает до 180 МПа.

Руководство по выбору: Подберите технологию по сценарию

1. Транспортировка нефти и газа под высоким давлением (давление > 10 МПа)

Принудительный выбор LSAW:

На примере восточного газопровода между Китаем и Россией, сварной шов трубы LSAW марки X80 (толщина стенки 21,4 мм) работает под давлением 12 МПа, а квалифицированный показатель неразрушающего контроля сварного шва составляет 99,98%.

2. Городское водоснабжение и водоотведение/ газ низкого давления (давление менее 4 МПа)

Рекомендуем SSAW:

В проекте дренажа в одном из городов Юго-Восточной Азии используется труба SSAW (диаметр 2600 мм), которая достигает большого диаметра и низкой стоимости за счет спиральной формовки. Общая стоимость проекта на 28% ниже, чем у схемы LSAW.

3. Морская техника (высокая коррозия, динамические нагрузки)

Только LSAW соответствует требованиям:

DNV-OS-F101 четко оговаривает, что подводный трубопровод должен быть сварен прямошовной трубой. Трубопровод LSAW на нефтяном месторождении Северного моря в Норвегии прослужил 20 лет в морской воде с содержанием Cl- 50000ppm, а потеря толщины стенки составила всего 0,3 мм.

4. Транспортировка шахтной пульпы (сценарии с высоким уровнем износа)

Гибридный подход:

При использовании трубы SSAW в качестве магистрали (низкая стоимость) и замене ключевого участка колена на трубу LSAW (высокая износостойкость), комплексная стоимость снижается на 15%.

Передовые тенденции в промышленности: интеграция интеллектуальных, экологичных и новых материалов

Интеллектуальная модернизация сварки

LSAW：

Для компенсации погрешности формования листа в режиме реального времени используется система лазерного слежения, а точность контроля прямолинейности сварного шва повышается до ±0,1 мм (Оптимизация процесса дуговой сварки высокопрочной стали 2022).

SSAW：

Модель прогнозирования качества сварки на основе искусственного интеллекта позволяет заранее выявлять потенциальные дефекты с помощью данных тепловидения, что позволило снизить количество брака с 2% до 0,5%.

Зеленая технология производства

LSAW：

Потребление энергии сокращается на 40%, а выбросы CO₂ - на 35% за счет замены предварительного нагрева газом на электромагнитный индукционный нагрев.

SSAW：

Тонкостенная высокопрочная сталь (например, X70, толщина стенки 8 мм) разработана для снижения расхода материала на 20% при соблюдении требований к прочности.

Новый прорыв в области материалов

Сверхвысокопрочная сталь X120:

Процесс LSAW позволил получить сварку стали марки X120 (предел текучести больше или равен 120ksi) с толщиной стенки 18% меньше, чем X80, что подходит для водородных трубопроводов сверхвысокого давления.

Заключение: Не существует абсолютных преимуществ или недостатков технологии, адаптация к сцене - это основа

Конкуренция LSAW и SSAW заключается в балансе треугольника “производительность-стоимость-эффективность”. Инженерам необходимо выйти за рамки поверхностного сравнения технических параметров и глубоко проанализировать сценарий проекта:

Высокое давление, низкая температура, коррозионная среда: Надежность LSAW незаменима;

Низкое и среднее давление, большой диаметр, сценарии, чувствительные к стоимости: SSAW имеет лучшие показатели общей стоимости.

Как говорится в отчете Международной трубной ассоциации (IPA): “Умные и экологичные технологии будут менять ландшафт сварочных технологий в течение следующего десятилетия, но принцип ‘пригодность превыше всего’ никогда не выйдет из моды”.”