Стальная труба LSAW против стальной трубы ERW: Раскрытие основных технологических различий при сварке стальных труб от дуги до тока

When you are going to steel pipes, are you still struggling with – price or quality? The data appears to show that electric resistance welding pipes are faster in welding than the lsaw steel pipe ones by 15 times. So why is an lsaw steel pipe still the most appropriate alternative for high-pressure pipelines? In this article, the differences between arc fusion welding and resistance welding, as validated with lab data and engineering scenarios, are discussed to facilitate your project requirements’ accurately identification.

Принципиальные различия в источниках тепла

Дуговая сварка плавлением по сравнению со сваркой давлением с теплотой Джоуля

Стальная труба LSAW: Глубокое проникновение с помощью дуговой сварки плавлением
При сварке стальных труб методом LSAW (Longitudinal Submerged Arc Welding) используется проволока и флюс. Высокая температура (~3000°C) дуги расплавляет основной металл и присадочный материал, которые затем образуют расплавленную ванну глубиной 3-5 мм. Основным преимуществом метода является возможность выполнения глубоких сварных швов, где даже глубина проплавления составляет более 8 мм, таким образом, вся толщина трубы будет прочной. Однако введение большого количества тепла приводит к образованию более широкой зоны термического влияния (ЗТВ) шириной 3-5 мм, что может способствовать локальному огрублению зерна и, как следствие, снижению прочности на разрыв.

Стальная труба ERW: Мгновенная сварка давлением с помощью высокочастотного тока Электрическая сварка сопротивлением, обычно сокращенно называемая ERW стальных труб, использует высокочастотный (100-400 кГц) электрический ток, проходящий через край полосы, где существует контактное сопротивление, что приводит к выделению тепла Джоуля. Металл расплавляется до жидкого состояния за 0,1-0,5 секунды, затем под давлением ролика происходит бесшовное соединение. Плотность энергии источника тепла значительно высока (~10⁶ Вт/см²), однако очень короткая продолжительность нагрева ограничивает зону контакта до 0,1-0,3 мм, при этом размер зерна материала практически не меняется.

Сравнение характеристик источника тепла между LSAW и ERW

Сравнение процессов формовки: предварительная гибка против непрерывной роликовой формовки

LSAW steel pipe JCOE Process: Пределы точности и толщины
Метод производства стальных труб LSAW, использующий процесс JCOE (предварительная гибка → обжим → O-образная формовка → расширение), позволяет добиться точности гибки ±0,1 мм за каждый проход. Она может использоваться для производства труб с большой толщиной стенки (8-40 мм) и большими размерами (406-1500 мм) для применения, например, при транспортировке нефти и газа. Несмотря на то, что новая линия стоит более 28 миллионов долларов США, скорость ее производства довольно низкая - до 1-2 метров в минуту.

Непрерывная формовка стальных труб ERW: Эффективность превыше всего
Стальные трубы ERW формируют полосовую сталь в круглую трубу с помощью непрерывных валков и, таким образом, представляют собой один из эффективных методов производства, который обеспечивает скорость цикла 10-30 метров в минуту и при этом потребляет всего 30-50% энергии по сравнению с трубами LSAW. Тем не менее, это высокочастотный ток с ограничением по глубине, что приводит к ограничению толщины материала до ≤20 мм, а углеродный эквивалент материала должен быть ≤0,45, чтобы избежать охрупчивания шва.

Сравнение параметров процесса

Характеристики сварного шва и механизмы образования дефектов

1.Стальная труба LSAW: Deep Penetration and Hidden Risks
Сварные швы стальных труб LSAW известны своей прочностью (540 МПа в соответствии с API 5L Стандарты) и в то же время имеют некоторые негативные последствия, такие как включение шлака или отсутствие проплавления при многослойной сварке. Из-за шлаковых включений в одном из проектов газопровода был нанесен экономический ущерб в размере 50 миллионов йен из-за утечки. Для обнаружения необходимо использовать ультразвуковой контроль (UT) и радиографический контроль (RT), чтобы коэффициент дефектности не превышал 0,5%.

2.Стальная труба ERW: Эффективность без компромиссов
Сварные швы стальных труб ERW зависят от качества склеивания. Неправильный контроль параметров может привести к появлению оксидных включений (серых пятен) или холодных сварных швов (неполное проплавление). Производитель выхлопных труб для автомобилей забраковал 100 000 изделий из-за серых пятен и потерял более 10 миллионов иен. Новые линии ERW, оснащенные вихретоковым и ультразвуковым контролем в режиме онлайн, позволяют снизить уровень дефектов до ≤0,1%.

Поддержка лабораторных данных

Усталостная прочность: По данным сторонних испытаний, срок службы стальных труб LSAW при циклических нагрузках в 2,3 раза выше, чем у стальных труб ERW (Источник: BaoSteel 2022 Welding Technology White Paper).

Ударная вязкость: Сварные швы стальных труб LSAW достигают ≥40 Дж при -50°C (ASTM A333), в то время как сварные швы стальных труб ERW достигают только ≥27 Дж (ASTM A53).

Логика выбора и границы применения

1.Сценарии высокого давления: Стальная труба LSAW Домен
Стальные трубы LSAW могут использоваться в условиях высокого давления, например ≥12 МПа (например, китайско-российский восточный газопровод), благодаря толстым стенкам и глубокому проникновению, способным выдержать огромное давление. Однако стальные трубы ERW могут применяться только при давлении ≤8 МПа (согласно ASTM A53) и могут работать, просто следуя требованиям контроля качества таких сварных швов.

2.Сценарии, чувствительные к затратам: Стальная труба ERW Экономическое преимущество
Стальные трубы ERW позволяют снизить удельные затраты и время производства на 30-50% и рекомендуются для городских газовых сетей и сельскохозяйственной ирригации. В то же время, более низкий уровень брака труб LSAW является причиной снижения эксплуатационных расходов на 40% в долгосрочной перспективе.

3.Экстремальные условия: LSAW стальная труба Незаменимость

Низкие температуры: Стальные трубы LSAW сохраняют прочность при температуре -50°C, подходят для арктических месторождений.

Коррозия: Однородная микроструктура стальных труб LSAW продлевает срок службы 30% в морской среде.

Сравнение случаев

Заключение: Оптимизация с учетом конкретных сценариев

Спор между стальными трубами LSAW и стальными трубами ERW не сводится к вопросу о том, что одна из них лучше другой. Напротив, речь идет о том, какая из них более уместна в конкретном случае. Трубы LSAW незаменимы при высоком давлении, толщине стенок и экстремальных условиях эксплуатации. Трубы ERW не имеют себе равных в чувствительном к затратам секторе среднего и низкого давления. Ключевыми моментами в этом процессе являются ссылки на отраслевые стандарты, такие как API 5L и ASTM A53, проведение испытаний третьей стороной и контроль затрат в рамках бюджета.