Terastorud on oluline komponent, mida kasutatakse nafta ja gaasi transportimisel, munitsipaalehituses, keemiatööstuses, mehaanilises tootmistööstuses, energeetikas ja avamere infrastruktuuris.
Erinevate tootmisprotsesside järgi jagunevad tööstuslikud terastorud peamiselt kahte kategooriasse: õmblusteta terastorud ja takistuskeevitatud torud.(ERW) terastorud. Kuigi mõlemad torud vastavad vedeliku transportimise ja konstruktsioonikoormus{1}}kandmise nõuetele, on nende vormimispõhimõtetel, tootmisprotsessidel, konstruktsiooniomadustel, mehaanilistel omadustel, mõõtmete täpsusel ja rakendusaladel olulisi erinevusi. Tegeliku hanke ja torujuhtme projekteerimise ajal võib paljudel inseneridel tekkida ERW terastorude ja õmblusteta terastorude toimivuspiiride osas teatav väärarusaam, mis võib põhjustada vale materjalivaliku, võimalikke ohutusriske või kulukaid raiskamisi.
Õmblusteta terastorusid toodetakse mulgustamise ja valtsimise teel, ilma keevisõmblusteta; samas kui ERW terastorud valmistatakse terasribade külmpainutamise teel ja seejärel keevitatakse kõrge{0}}sagedustakistusega. Tootmisprotsesside põhimõtteline erinevus toob kaasa olulisi erinevusi mikrostruktuuris, survetugevuses ja kasutusea stabiilsuses. Seetõttu võrreldakse käesolevas artiklis neid kahte tüüpi torusid erinevatest aspektidest, et luua mõistlik alus tööstuslikuks tootmiseks ja insenerimaterjalide valikuks.
Põhimõistete ja moodustamispõhimõtete erinevused
1. Õmblusteta terastorude põhimõte
Õmblusteta terastorud on õõnsad terastorud, mis on valmistatud pideva kuumvormimisprotsessi käigus. Need ei vaja tootmisprotsessi ajal keevitamist. Tootmise põhiprintsiip on kuum augustamine ja pidev valtsimine. Õmblusteta torud on valmistatud tugevast terasest toorikust, mis kuumutatakse kõrgel temperatuuril, seejärel augustatakse, rullitakse, määratakse suurus ja jahutatakse. Kõrgetemperatuurilises-plastikus torgatakse tahke ümmargune terastoorik augustusmasinaga läbi, et moodustada õõnes torutoorik, ning seejärel kasutatakse seina paksuse ja välisläbimõõdu täpseks reguleerimiseks mitut rullimist. Kuna tootmisprotsessi ajal ei toimu lõikamis-, splaissi- ega keevitusprotsesse, säilitab toru korpus täielikult toormaterjali pideva metallkiu struktuuri. Puuduvad struktuurilised nõrkused, näiteks keevisõmblused. Seetõttu määrab see omadus, et õmblusteta terastorudel on kõrge üldine konstruktsiooni terviklikkus ja ühtlane koormus{8}}kandevõime.
2. ERW keevitatud terastorude põhimõte
ERW terastorud on tüüpilised pikisuunas keevitatud terastorud, mida toodetakse kõrgsageduslikul -takistuskeevitusprotsessil. Põhiprintsiip on kasutada toormaterjalina kuumvaltsitud-terasribasid ja seejärel kasutada mitut vormimisrulli, et pidevalt rullida lamedad terasribad silindrilise õõnsa toru kujuliseks. Seejärel soojendatakse toru tooriku servad kiiresti plastiliseks olekuks, kasutades ära kõrge sagedusega voolu -nahaefekti ja lähedusefekti. Vormirullide mehaanilise ekstrusiooniefekti all pressitakse sulatatud servad pärast kuumutamist välja ja vormitakse, moodustades tiheda pikisuunalise keevisõmbluse. Erinevalt õmblusteta torude vormimisprotsessist toodetakse ERW terastorusid "vormimise + keevitamise" kombinatsiooniga, kusjuures toru korpuses on keevisõmblused. Kuigi kaasaegne kõrgsageduskeevitustehnoloogia võib muuta keevisõmbluse tugevuse lähedaseks alusmaterjali tugevusele, on keevisõmblusala siiski metallurgilise modifikatsiooni tsoon ja selle mikrostruktuur erineb alusmaterjalist. See on kõige ilmsem struktuurne erinevus ERW terastorude ja õmblusteta terastorude vahel.
Tootmisprotsesside erinevused
1. Tootmisprotsessõmblusteta terastorud
Õmblusteta terastorude tootmine on keeruline protsess. Kogu protsess hõlmab terastooriku kontrollimist, kõrgel-temperatuuril kuumutamist, pöörlevat läbitorkamist, pidevat valtsimist, sirgendamist, jahutamist, pikkuse-lõikamist, defektide tuvastamist ja valmistoote kontrollimist. Esiteks kuumutatakse tahke ümmargune terasest toorik kütteahjus temperatuurini üle 1200 kraadi. Selle eesmärk on võimaldada sellel piisavalt plastilist deformatsioonivõimet. Seejärel läbistab augustamismasin terasest tooriku, moodustades õõnsa torukujulise kesta. Järgmisena siseneb torukujuline kest valtspinki ning läbib mitu vähendamist ja välisläbimõõtu korrigeerimist, et tagada ühtlane seinapaksus ja täita mõõtmete täpsuse nõudeid. Lõpuks terastoru jahutatakse, sirgendatakse ja lõigatakse valmistoodeteks. Kogu protsess põhineb kuumvaltsimisel ja plastilisel deformatsioonil, ilma keevitusprotseduurideta. Seetõttu on õmblusteta terastorude tootmistsükkel pikk, energiatarbimine suur ja tootmise efektiivsus suhteliselt madal. Seega on need puudused ilmsemad, kui toodetakse suure-läbimõõduga ja õhukese{13}seinaga õmblusteta terastorusid.
2. ERW torude tootmisprotsess
ERW torusid toodetakse pideval ja tõhusal külmpainutamise ja keevitamise tootmisliinil. Peamised protsessid hõlmavad teraspoolide lahtikerimist, ribamaterjali lamedamist, servade kärpimist, pidevat valtsimist ja vormimist, kõrgsagedustakistuskeevitust, keevisõmbluste eemaldamist, jahutamist, suuruse määramist, sirgendamist, lõikamist ja mittepurustavat katset. ERW-torude tooraineks on kuumvaltsitud{5}}terasest rullid, mida saab pidevalt toita ja pidevalt toota. Südamiku tootmisetapp on kõrgsageduslik-tahke-keevitus, millega on võimalik saavutada keevisõmbluse sulatamine ilma keevitustraate ja räbusti kasutamata. Kogu tootmisliini eripäraks on pidev töövõime, lühike tootmistsükkel ja kõrge efektiivsus. Võrreldes õmblusteta torude tootmisega on ERW protsessil väiksem energiatarbimine, kõrgem automatiseerituse tase ja suurem tootmisvõimsus; tooteid piirab aga riba materjali laius ja vormimisprotsess ning üli-paksude{12}}seinaliste ja ülisuure{14}}läbimõõduga torude tootmisel on teatud piirangud.
Struktuurilised ja mikroskoopilised erinevused
1. Struktuuri terviklikkus
Õmblusteta terastorul on üldine ühtlane struktuur, ilma keevisõmblusteta ega toru korpuses nõrkade kohtadeta. Selle sisemine metallkiu struktuur on pidev ja ühtlane kõikides suundades ning pingejaotus on ühtlane, kui see talub siserõhku ja väliseid jõude. Erinevus seisneb selles, et ERW terastorudel on ilmsed keevisõmblused. Keevisõmbluspiirkonnas toimuvad sulamis-, ümberkristallumise ja kiire jahutamise protsessid, mille tulemuseks on erinevused tera struktuuris. Seetõttu on ERW terastorude konstruktsiooni ühtsus veidi madalam kui õmblusteta terastorudel ning keevisõmblus on alati peamine kontrollosa ja toru korpuse suhteliselt nõrk lüli.
2. Mõõtmete täpsuse ja pinnakvaliteedi erinevused
ERW torumaterjalidel on suurem mõõtmete täpsus ja stabiilsem pinnakvaliteet. Kuna see kasutab ribade valtsimise ja täpse suuruse määramise tehnoloogiat, on ERW torumaterjalide seina paksuse tolerants, ümarus ja sirgus hästi kontrollitud, sise- ja välisseinad on siledad ning mõõtmete kõrvalekalle on väike. Õmblusteta torud moodustatakse kõrgel-temperatuuril stantsimise ja valtsimise teel ning nende seina paksuse ühtlust mõjutavad kergesti kuumutustemperatuur ja valtsimise stabiilsus. Seetõttu on õmblusteta torude seinapaksuse tolerants ja pinnakaredus suhteliselt suuremad.
Mehaanilise jõudluse ja ohutuse erinevused
Rõhutaluvus ja konstruktsiooni stabiilsus
Õmblusteta terastorul on suurepärane üldine surve- ja löögikindlus. Keevisõmbluste puudumise tõttu saab tavapäraseid keevitusvigu, näiteks mikropragusid, täielikult vältida. Ülikõrge rõhu, madala temperatuuri ja tugeva põrutustöö tingimustes suudab õmblusteta terastoru säilitada stabiilsed mehaanilised omadused ja on väiksem tõenäosus ootamatult puruneda. ERW terastorud vastavad enamiku tavapäraste torustike töörõhunõuetele, kuid keevisõmblusala on tundlikum väsimuskoormuse ja madala temperatuuri mõjude suhtes.
Rakenduste ulatuse erinevused
1. Õmblusteta terastorude rakendused
Õmblusteta terastorusid kasutatakse peamiselt äärmiselt nõudlikes töötingimustes. Näiteks hõlmavad nende peamised rakendusstsenaariumid kõrgsurvekatelde torujuhtmeid-, naftakeemia kõrge-temperatuuri ja kõrgsurvega torujuhtmeid, kõrgrõhuga maagaasi transpordi magistraalliinid, hüdraulilised toitetorustikud, madala{{5}temperatuuriga krüogeensed ehituskonstruktsioonid ja kõrged-põllumajanduslikud ohutusnõuded jne. mis eeldab defektide puudumist ja suurepärast kohanemisvõimet ekstreemsete keskkondadega. Seetõttu eelistatakse nendes rakendustes õmblusteta terastorusid.
2. ERW torude paigaldamine
ERW torusid kasutatakse laialdaselt keskmise ja madala rõhuga tavapärastes stsenaariumides, nagu linnade veevarustus- ja drenaažitorustikud, tuletõkketorustikud, hoonete teraskonstruktsioonide toruvaiad, sekundaarsed nafta- ja gaasitransporditorustikud üldtööstuses, transporditorustikud kergetööstuses ja keemiasektoris, samuti üldised mehaanilised tugitorustikud.
Põhiline erinevus ERW keevitatud terastorude ja õmblusteta terastorude vahel seisneb nende täiesti erinevates tootmispõhimõtetes ja vormimismehhanismides.
Õmblusteta terastorusid toodetakse üldiselt kõrgel{0}}temperatuuril stantsimise ja valtsimise teel, millel puuduvad keevisõmblused, ühtlane metallkonstruktsioon, suurepärased üldised mehaanilised omadused ja tugev kohanemisvõime ekstreemsete töökeskkondade jaoks. Kuid nende tootmiskulud on kõrged, efektiivsus madal ja suuruste tolerantsid on suured.
Teisest küljest valmistatakse ERW terastorusid lehtmaterjalide külmvormimise ja kõrgsagedusliku{0}}takistuskeevitamise teel. Nende eelisteks on kõrge tootmistõhusus, madal hind, suur mõõtmete täpsus ja sile pind. Nende puuduseks on aga keevisõmbluse ja alusmaterjali struktuurne erinevus.
Insenerirakenduste materjalide valimisel tuleks arvestada tegeliku töörõhu, temperatuurikeskkonna ja eelarvekuludega ning vastavalt sellele valida sobiv torumaterjal. Õmblusteta terastorud sobivad kõrge rõhu, madala temperatuuri, kõrge riski ja suure töökindlusega tööstuslikele stsenaariumidele, samas kui ERW terastorud on kõige ökonoomsem ja tõhusam valik tavapäraste madala ja keskmise rõhuga torujuhtmete transportimisel ja ehitustöödel. Keevitus- ja kuumtöötlemistehnoloogiate pideva arenguga väheneb järk-järgult erinevus kvaliteetsete ERW terastorude ja õmblusteta terastorude vahel, mis soodustab terastorude tootmise tööstuse edasist arengut mitmekesistamise ja täiustamise suunas.
