Введение

Every industrial pipeline is a steel artery, meant to hold up under a thousand or more pounds of pressure for decades on end. And the single most important factor in determining any pipe’s long-term reliability is the weld seam. If the weld fails, the pipe fails. And in the world of large diameter line pipe, there are two main types of manufacturing processes: the стальная труба lsaw, and the ssaw steel pipe. There is a single, most basic difference between those two types: the angle and direction of the weld. It’s a simple variant with huge ramifications for their relative mechanical performance.

В этой статье на уровне инженера рассматриваются фундаментальные различия между этими двумя типами сварных швов и то, как их производственные процессы создают разное распределение напряжений, потенциальные типы дефектов и риск отказа, а также как современный контроль качества обеспечивает надежность обоих типов. Это авторитетное руководство по наиболее важным техническим различиям, которые необходимо знать, чтобы сделать правильный выбор для своего критически важного проекта.

Целостность сварного шва глубокое погружение в сравнение lsaw и ssaw труб

 

Как производство диктует геометрию сварного шва

Чтобы понять, что такое сварной шов, мы должны знать, откуда он взялся. Способ изготовления придает сварному шву индивидуальность. Он также определяет ориентацию сварного шва по отношению к нагрузкам, которым будет подвергаться труба.

Процесс производства LSAW - это пакетный процесс. Процесс прямолинеен и линеен - он начинается с отдельного стального листа и заканчивается трубой, которая представляет собой цилиндр из того же листа после ряда операций. В наиболее распространенном методе JCOE При этом края плоского стального листа сначала загибаются внутрь (“J-ing”), после чего лист формируется в форму “C”, а затем с помощью мощного пресса сворачивается в трубчатую форму “O”. После прихватки шов сваривается изнутри и снаружи одновременно с помощью техники дуговой сварки под флюсом (SAW). Последним важным этапом производства высококачественных труб LSAW является механическое расширение, при котором труба доводится до конечного размера путем продавливания ее через пресс, что также способствует снятию внутреннего напряжения. Конечным результатом этого процесса является единый, прямой сварной шов, параллельный продольной оси трубы.

Процесс производства SSAW - это непрерывный процесс, в ходе которого горячекатаный рулон стали разматывается и подается на набор роликов, которые сгибают стальную полосу в спираль или спиралевидную форму. Когда края спирали сходятся вместе, они свариваются изнутри и снаружи непрерывным методом SAW. Диаметр трубы определяется шириной стального рулона и углом формовки. В результате на теле трубы образуется длинный, спиральный или винтовой сварной шов. Прямой и параллельный оси трубы и спиральный, расположенный под углом к оси трубы - это фундаментальное различие обуславливает их радикально разное механическое поведение под внутренним давлением.

The Core Difference: Анализ распределения напряжений

Когда труба подвергается внутреннему давлению (P), в стенке трубы возникают два основных напряжения:

1. Напряжение в обруче (σh): Она действует по окружности и является силой, стремящейся расколоть трубу. Она является доминирующим напряжением и рассчитывается как σh=PD/2t (где D - диаметр, а t - толщина).

2. Осевое напряжение (σa): Это напряжение действует по всей длине трубы и составляет половину величины обрушивающего напряжения, которое рассчитывается как σa=PD/4t.

Соотношение 2:1 между кольцевым и осевым напряжением является наиболее важным фактором при проектировании трубопровода.

-. Такая конструкция предъявляет чрезвычайно жесткие требования к качеству, однородности и свойствам материала сварного шва, поскольку любой незначительный дефект может быть увеличен и превратиться в точку разрушения под действием прямого первичного напряжения.

· Напряженное состояние сварного шва SSAW: Спиральный шов трубы SSAW ориентирован гораздо более благоприятно. При типичном угле спирали (α) от 40 до 75 градусов главное напряжение обруча не прикладывается перпендикулярно к шву. Вместо этого напряжение распадается на составляющие, что значительно снижает нормальное напряжение, действующее непосредственно на шов. Напряжение на сварном шве является функцией как кольцевого, так и осевого напряжений, и благодаря углу оно всегда ниже максимального кольцевого напряжения. Такое оптимальное распределение напряжений позволяет шву избегать пикового главного напряжения, Таким образом, снижается концентрация напряжений и повышается общая несущая способность трубы, особенно в системах большого диаметра.

Оценка потенциальных дефектов и рисков отказов

В наше время заводы делают все очень хорошо и тщательно проверяют. Но каждый метод сварки при изготовлении труб сопряжен со своими рисками, с которыми нужно справляться по-разному.

При изготовлении труб LSAW основной риск связан с использованием плохой стали, а не с тем, как изготовлена труба. Если стальной лист имеет дефекты внутри, например, линии слабости, они проявятся в сварочной части. Поскольку линия сварки короткая и прямая, рабочие могут легко проверить ее и найти любые проблемы. Но если есть дефект, он с большей вероятностью сломается, потому что находится под углом 90 градусов к основному напряжению по всей длине трубы, как если бы вы сломали палочку мела.

При использовании труб SSAW наибольшее беспокойство вызывает сохранение их формы, поскольку труба постоянно изготавливается и сваривается. Поскольку трубы LSAW имеют самый короткий сварной шов, трубы SSAW, где сварной шов оборачивается вокруг трубы, имеют гораздо более длинные швы. Это может означать больше шансов на ошибку. Однако вероятность разрыва меньше из-за способа изготовления. Угол сварного шва помогает остановить распространение трещины. Если трещина начинается, вместо того чтобы идти прямо по трубе, она закручивается вокруг нее, затрачивая больше энергии, что снижает вероятность внезапного разрыва.

Критическая роль неразрушающего контроля (NDT)

To counter these risks, rigorous Non-Destructive Testing (NDT) is a mandatory and indispensable part of production for both LSAW and SSAW pipes, as stipulated by standards like API 5L.

· Рентгеновский контроль: Радиографическое исследование используется для получения четкого изображения внутренней структуры сварного шва, выявления объемных дефектов, таких как пористость, шлаковые включения и отсутствие проплавления.

· Ультразвуковой контроль: Ультразвуковой контроль чрезвычайно чувствителен к плоскостным дефектам, таким как трещины и отсутствие плавления, которые зачастую более опасны, чем объемные дефекты. Обычно ультразвуковому сканированию подвергается весь сварной шов каждой трубы.

· Инспекция магнитных частиц (MPI): Этот метод используется на концах и фасках труб для обнаружения поверхностных трещин, которые могут помешать сварке в полевых условиях.

· Гидростатические испытания: В качестве заключительного испытания каждая отдельная труба заполняется водой и находится под давлением, значительно превышающим ее эксплуатационные характеристики. Это испытание проверяет общую прочность и герметичность корпуса трубы и сварного шва, обеспечивая окончательную уверенность в ее целостности.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что это сравнение между LSAW и SSAW не просто для того, чтобы сделать вывод, кто из них лучше, а для того, чтобы выяснить, какой из них предпочтительнее для конкретного применения. С одиночным и коротким сварным швом, который легко проверить и который подвергается прямому напряжению, трубы LSAW, безусловно, могут быть хорошим выбором для применения в условиях высокого давления и большой толщины. Трубы SSAW, имеющие спиралевидный сварной шов, естественно, превосходят по трещиностойкости и распределению напряжений, что делает их надежным и экономичным решением, особенно для трубопроводов большого диаметра (водо- и газопроводов).

И наконец, надежность зависит от производителя. Производитель, который строго соблюдает международные стандарты (например, API 5L), вкладывает значительные средства в технологию производства/НДТ и придерживается системы управления качеством, может обеспечить безопасную и надежную трубу, какой бы ни была ориентация сварного шва. Являясь профессиональным поставщиком труб, стальная труба allland мы можем предоставить высококачественную продукцию LSAW/SSAW, экспертное руководство, чтобы помочь вам выбрать наиболее ценное и подходящее решение в соответствии с вашими конкретными техническими/коммерческими требованиями к проекту.