I tubi di acciaio sono un componente importante utilizzato nel trasporto di petrolio e gas, nell'ingegneria municipale, nelle industrie chimiche, nell'industria manifatturiera meccanica, nell'ingegneria energetica e nelle infrastrutture offshore.
In base ai diversi processi produttivi, i tubi industriali in acciaio si dividono principalmente in due categorie: tubi in acciaio senza saldatura e tubi saldati a resistenza(ERW) tubi di acciaio. Sebbene entrambi questi tubi possano soddisfare i requisiti di trasporto di fluidi e di carico strutturale-, i principi di formatura, i processi di produzione, le caratteristiche strutturali, le proprietà meccaniche, l'accuratezza dimensionale e gli ambiti di applicazione presentano differenze significative. Durante l'effettivo approvvigionamento e la progettazione delle condutture, molti ingegneri potrebbero avere qualche malinteso sui limiti prestazionali dei tubi in acciaio ERW e dei tubi in acciaio senza saldatura, che possono portare a una selezione impropria dei materiali, potenziali rischi per la sicurezza o sprechi di costi.
I tubi in acciaio senza saldatura sono prodotti mediante punzonatura e laminazione, senza cordoni di saldatura; mentre i tubi in acciaio ERW sono realizzati mediante piegatura a freddo di nastri di acciaio e quindi saldati mediante resistenza alle alte-frequenze. La differenza fondamentale nei processi di produzione porta a differenze significative nella microstruttura, nella resistenza alla compressione e nella stabilità della durata. Pertanto, questo articolo mette a confronto questi due tipi di tubi sotto aspetti diversi per fornire una base ragionevole per la produzione industriale e la selezione dei materiali tecnici.
Le differenze nelle definizioni di base e nei principi di formazione
1. Il principio dei tubi di acciaio senza saldatura
I tubi in acciaio senza saldatura sono tubi cavi in acciaio realizzati attraverso un processo continuo di formatura a caldo. Non necessitano di saldatura durante il processo di fabbricazione. Il principio fondamentale della produzione è la perforazione a caldo e la laminazione continua. I tubi senza saldatura sono formati da una solida billetta di acciaio che viene riscaldata ad alta temperatura, quindi forata, laminata, dimensionata e raffreddata. In condizioni plastiche ad alta-temperatura, la solida billetta d'acciaio rotonda viene perforata da una macchina perforatrice per formare una billetta a tubo cavo, quindi vengono utilizzati più passaggi di laminazione per controllare con precisione lo spessore della parete e il diametro esterno. Poiché durante il processo di fabbricazione non sono previsti processi di taglio, giunzione o saldatura, il corpo del tubo conserva completamente la struttura continua in fibra metallica della materia prima. Non ci sono punti deboli strutturali come cordoni di saldatura. Pertanto, questa caratteristica determina che i tubi in acciaio senza saldatura abbiano un'elevata integrità strutturale complessiva e una capacità di carico-uniforme.
2. Il principio dei tubi d'acciaio saldati ERW
I tubi in acciaio ERW sono tipici tubi in acciaio saldati longitudinalmente, prodotti tramite il processo di saldatura a resistenza ad alta-frequenza. Il principio di base è utilizzare nastri di acciaio laminati a caldo-come materia prima, quindi utilizzare più rulli formatori per arrotolare continuamente i nastri di acciaio piatti fino a dargli la forma di un tubo cavo cilindrico. Quindi, sfruttando l'effetto pelle e l'effetto di prossimità della corrente ad alta-frequenza, i bordi del pezzo grezzo del tubo vengono rapidamente riscaldati fino allo stato plastico. Sotto l'effetto di estrusione meccanica dei rulli formatori, i bordi fusi dopo il riscaldamento vengono estrusi e formati, formando una stretta saldatura longitudinale. A differenza del processo di formatura dei tubi senza saldatura, i tubi in acciaio ERW sono prodotti mediante una combinazione di "formatura + saldatura", con cordoni di saldatura presenti nel corpo del tubo. Sebbene la moderna tecnologia di saldatura ad alta{9}}frequenza possa avvicinare la resistenza della saldatura a quella del materiale di base, l'area di saldatura è ancora una zona di modifica metallurgica e la sua microstruttura è diversa dal materiale di base. Questa è la differenza strutturale più evidente tra i tubi in acciaio ERW e i tubi in acciaio senza saldatura.
Differenze nei processi di produzione
1. Il processo di produzione ditubi in acciaio senza saldatura
La produzione di tubi in acciaio senza saldatura è un processo complesso. L'intero processo comprende l'ispezione delle billette di acciaio, il riscaldamento ad alta-temperatura, la perforazione rotazionale, la laminazione continua, la raddrizzatura delle dimensioni, il raffreddamento, il taglio-della lunghezza, il rilevamento dei difetti e l'ispezione del prodotto finito. Innanzitutto, la billetta d'acciaio tonda solida viene riscaldata in un forno di riscaldamento a una temperatura superiore a 1200 gradi. Lo scopo di ciò è consentirgli di avere una sufficiente capacità di deformazione plastica. Quindi, la macchina perforatrice fora la billetta d'acciaio per formare un guscio tubolare cavo. Successivamente, il guscio tubolare entra nel laminatoio e subisce molteplici riduzioni e correzioni del diametro esterno per garantire uno spessore di parete uniforme e soddisfare i requisiti di precisione dimensionale. Infine, il tubo d'acciaio viene raffreddato, raddrizzato e tagliato in prodotti finiti. L'intero processo si basa sulla laminazione a caldo e sulla deformazione plastica, senza alcuna procedura di saldatura. Pertanto, il ciclo di produzione dei tubi di acciaio senza saldatura è lungo, il consumo di energia è elevato e l’efficienza produttiva è relativamente bassa. Pertanto, questi inconvenienti sono più evidenti quando si producono specifiche di tubi in acciaio senza saldatura con-diametro grande e pareti sottili-.
2. Il processo di produzione dei tubi ERW
I tubi ERW sono fabbricati su una linea di produzione continua ed efficiente di piegatura a freddo e saldatura. I processi principali includono lo svolgimento di bobine di acciaio, l'appiattimento del materiale in nastro, la rifilatura dei bordi, la laminazione e la formatura continua, la saldatura a resistenza ad alta-frequenza, la rimozione dei cordoni di saldatura, il raffreddamento, il dimensionamento, la raddrizzatura, il-taglio al volo e i test non-distruttivi. La materia prima per i tubi ERW sono i rotoli di acciaio laminati a caldo-, che possono essere alimentati e prodotti continuamente. La fase di produzione principale è la saldatura allo stato solido-ad alta frequenza-, che può ottenere la fusione senza la necessità di fili e flusso di saldatura. La caratteristica dell'intera linea di produzione è la capacità di funzionamento continuo, ciclo produttivo breve e alta efficienza. Rispetto alla produzione di tubi senza saldatura, il processo ERW presenta un consumo energetico inferiore, un livello di automazione più elevato e una maggiore capacità produttiva; tuttavia, i prodotti sono limitati dalla larghezza del materiale in nastro e dal processo di formatura, inoltre esistono alcune limitazioni sulla produzione di tubi con diametro ultra-spesso-e ultra-grande-.
Differenze strutturali e microscopiche
1. Integrità strutturale
Il tubo in acciaio senza saldatura ha una struttura complessivamente uniforme senza saldature o punti deboli nel corpo del tubo. La sua struttura interna in fibra metallica è continua e uniforme in tutte le direzioni e la distribuzione delle sollecitazioni è coerente quando resiste alla pressione interna e alle forze esterne. La differenza è che i tubi in acciaio ERW presentano saldature evidenti. L'area di saldatura subisce i processi di fusione, ricristallizzazione e raffreddamento rapido, con conseguenti differenze nella struttura dei grani. Pertanto, l'uniformità strutturale dei tubi in acciaio ERW è leggermente inferiore a quella dei tubi in acciaio senza saldatura e la saldatura è sempre la parte chiave di ispezione e l'anello relativamente debole del corpo del tubo.
2. Le differenze tra precisione dimensionale e qualità della superficie
I materiali dei tubi ERW hanno una maggiore precisione dimensionale e una qualità superficiale più stabile. Poiché adotta la tecnologia di laminazione dei nastri e di dimensionamento preciso, la tolleranza dello spessore delle pareti, la rotondità e la rettilineità dei materiali dei tubi ERW sono ben controllate, le pareti interne ed esterne sono lisce e la deviazione dimensionale è ridotta. I tubi senza saldatura vengono formati mediante punzonatura e laminazione ad alta-temperatura e l'uniformità dello spessore delle pareti viene facilmente influenzata dalla temperatura di riscaldamento e dalla stabilità di laminazione. Pertanto, la tolleranza dello spessore delle pareti e la rugosità superficiale dei tubi senza saldatura sono relativamente più elevate.
Differenze di prestazioni meccaniche e sicurezza
Tolleranza alla pressione e stabilità strutturale
Il tubo in acciaio senza saldatura ha un'eccellente resistenza complessiva alla compressione e agli urti. Grazie all'assenza di cordoni di saldatura è possibile evitare completamente i comuni difetti di saldatura come le microfessure. In condizioni di pressione ultra-elevata, bassa temperatura e condizioni di lavoro con urti intensi, il tubo in acciaio senza saldatura può comunque mantenere proprietà meccaniche stabili ed è meno probabile che si rompa improvvisamente. I tubi in acciaio ERW possono soddisfare i requisiti di pressione di esercizio della maggior parte delle tubazioni convenzionali, ma l'area di saldatura è più sensibile ai carichi di fatica e agli impatti a bassa-temperatura.
Differenze nell'ambito dell'applicazione
1. Applicazioni dei tubi in acciaio senza saldatura
I tubi in acciaio senza saldatura vengono utilizzati principalmente in condizioni di lavoro estremamente impegnative. Ad esempio, i principali scenari applicativi includono condotte per caldaie ad alta-pressione, condotte petrolchimiche ad alta-temperatura e alta-pressione, linee principali di trasporto di gas naturale ad alta-pressione, condotte di energia idraulica, ingegneria criogenica a bassa-temperatura e apparecchiature di produzione meccanica ad alta-precisione, ecc. Questi campi hanno requisiti estremamente elevati di sicurezza strutturale, che richiedono tassi di difetto zero ed eccellente adattabilità ad ambienti estremi. Pertanto, in queste applicazioni sono preferibili tubi in acciaio senza saldatura.
2. L'applicazione dei tubi ERW
I tubi ERW sono ampiamente utilizzati in scenari convenzionali a media e bassa pressione, come condotte di approvvigionamento idrico e di drenaggio urbano, condotte antincendio, palancole di tubi con struttura in acciaio, condotte di trasporto secondario per petrolio e gas nell'industria generale, condotte di trasporto nell'industria leggera e nel settore chimico, nonché condotte di supporto meccanico generale.
La differenza fondamentale tra i tubi in acciaio saldati ERW e i tubi in acciaio senza saldatura risiede nei principi di produzione e nei meccanismi di formatura completamente diversi.
I tubi in acciaio senza saldatura vengono prodotti attraverso un processo di punzonatura e laminazione ad alta-temperatura, privo di saldature, struttura metallica uniforme, eccellenti proprietà meccaniche complessive e forte adattabilità ad ambienti di lavoro estremi. Tuttavia, i costi di produzione sono elevati, l’efficienza è bassa e le tolleranze dimensionali sono ampie.
D'altro canto, i tubi in acciaio ERW sono prodotti mediante formatura a freddo di materiali in lamiera e saldatura a resistenza ad alta-frequenza. Presentano i vantaggi di elevata efficienza produttiva, basso costo, elevata precisione dimensionale e superficie liscia. Tuttavia, il loro svantaggio è la differenza strutturale tra la saldatura e il materiale di base.
Quando si selezionano i materiali per applicazioni ingegneristiche, è necessario considerare la pressione di esercizio effettiva, la temperatura ambientale e il costo di bilancio e scegliere di conseguenza il tipo appropriato di materiale per tubi. I tubi in acciaio senza saldatura sono adatti per scenari industriali con alta pressione, bassa temperatura, alto rischio ed elevata affidabilità, mentre i tubi in acciaio ERW sono la scelta più economica ed efficiente nel trasporto convenzionale di condotte a bassa e media-pressione e nell'ingegneria strutturale. Con il continuo progresso delle tecnologie di saldatura e trattamento termico, il divario prestazionale tra i tubi in acciaio ERW di alta- qualità e i tubi in acciaio senza saldatura si sta gradualmente riducendo, il che promuoverà ulteriormente il futuro sviluppo dell'industria manifatturiera dei tubi in acciaio verso la diversificazione e il perfezionamento.
