لوله های درزدار (Welded Pipes):

لوله ها چه درزدار و چه بدون درز باشند عمدتاً به یکی از دو روش مرسوم و شناخته شده ERW و SAW تولید می شوند. در هر دو روش، فولاد خام ابتدا بصورت نرم با قابلیت عملیات بیشتری درمی آید که میتواند به شکل بیلت داغ یا تسمه های تخت باشد. سپس با کشش بیلت داغ به شکل لوله بدون درز یا با وارد آوردن نیروهایی به لبه های تسمه فولادی تخت و جوشکاری آنها به یکدیگر به لوله درزدار تبدیل می شود. در اینجا به انواع روش های تولید لوله درزدار میپردازیم:

 

 

1- روش ERW  (Electric Resistance Welding) در این روش، یک ورق صاف فولادی به روش فرم دهی سرد تبدیل به شکل استوانه ای (لوله) می شود. سپس جریان برق در دولبه استوانه فولادی عبور داده می شود و باعث ذوب شدن لبه ها و اتصال آنها می شود بدون اینکه از فیلر جوشکاری استفاده شده باشد.

دو روش رایج  ERW عبارتند ازHigh Frequency Welding  که شامل  Contact (تماسی) و  Induction (القایی)، و Rotary Contact Wheel Welding می‌باشند.

در روش های اولیه ERW از برق متناوب با فرکانس پایین جهت گرم کردن ورق استفاده میشد. این فرآیند طی سالهای 1920 تا 1970 بکار میرفت ولی با فرکانس بالا جایگزین شد تا کیفیت جوش بالاتری ایجاد شود و عیوبی مانند درز جوش ناقص و خوردگی در درزجوش ها حذف شود. روش فرکانس بالا همچنان کاربرد دارد و شامل دو روش می باشد: (القایی و تماسی).  روش Contact موثرتر با راندمان بالاتری است و برای لوله های با قطر و ضخامت زیاد کاربرد دارد .

2- روش SAW (Submerged Arc Welding ): در این روش بین قطعه کار یک الکترود که بصورت پیوسته تغذیه می شود یک قوس الکتریکی تشکیل می شود. دو روش برای این فرآیند تولید وجود دارد که شامل  LSAW و SSAW  می باشد.  در روش LSAW ابتدا لبه های در طول ورق پخ زده می شوند، سپس با دستگاه فرم دهی به شکل U و در نهایت به شکل مقطع دایره ای (لوله) در می آیند. داخل و خارج لبه های ورق بصورت تک خال جوشکاری می شوند سپس تحت عملیات تنش زدایی قرار میگیرد تا تنش های داخلی برطرف گردد و ابعاد لوله با تلرانس دقیق و دلخواه بدست آید. در نهایت تست هیدرواستاتیک و تست های غیر مخرب(NPT)  و تست های نهایی انجام می شود تا لوله ها آماده تحویل شوند. قطر لوله هایی که به روش LSAW تولید می شوند عمدتاً بالاتر از روش ERW است و شامل سایزهای “16  تا “60 می شود و این لوله ها مقاومت خوبی در فشارهای کاری بالا و مقاومت به خوردگی مناسبی در دماهای کاری پایین دارند.

در روش SSAW که با نام HSAW  هم شناخته می شود، خط جوش به شکل مارپیچ است و تکنولوژی جوشکاری مشابه روش LSAW است و تفاوت در این است  که خط جوش در روش LSAW به صورت (مستقیم) و در روش SSAW بصورت اسپیرال (مارپیچ) است. دراین روش تسمه فولادی رول می شود تا آماده جوشکاری لبه ها گردد. محدوده سایز لوله های اسپیرال از “20 تا ”100 است . مزیت در این روش این است که با توجه به سایز تسمه فولادی می توانیم به قطر متفاوت برای لوله برسیم. عیب این روش، ابعاد فیزیکی بد لوله است چراکه طول درز جوش ها بلندتر از طول لوله می باشد و موجب پدیدار شدن عیوب ترک خوردگی و سایر عیوب می شود .

سایر روش های تولید: در روش EFW یک ورق فولادی فرم دهی میشود تا به شکل استوانه ای برسد. لبه های ورق حرارت داده می شود تا حدی که به حالت نیمه ذوب درآمده و تحت نیرو قرارمی گیرند و اتصال شکل می گیرد. درز لوله های تولید شده به این روش مستعد خوردگی  ترک های hook هستند. این روش در حال حاضر برای تولید لوله مرسوم نیست.

روش Lap welding : فولاد در کوره حرارت داده می شود و سپس به شکل استوانه رول می شود. سپس لبه های ورق فولادی scarfed می شوند که شامل هم پوشانی لبه های داخلی ورق فولادی و لبه های Tapered شده ورق در طرف مقابل می باشد. درز جوش ها سپس به وسیله welding ball جوشکاری می شوند و لوله حرارت داده شده از میان غلتک ها عبور داده می شود و درز جوش تحت فشار و نیرو قرار می گیرد تا bond تشکیل شود.

این روش نیز در حال حاضر به عنوان روش اصلی تولید لوله بکار گرفته نمی شود و جوش هایی که به روش lap welding ایجاد می شوند به اندازه سایر روش ها و تکنولوژی های مدرن قابل اعتماد نیستند.

لوله های فولادی طبق استاندارد API5L برای خطوط لوله در صنایع نفت وگاز بکار میروند و برای شرایط کاری مختلف هستند. متریال این لوله ها عموما کربن استیل و مطابق مشخصات فنی استاندارد API Spec 5L است و مناسب دمای کاری پائین و بالا و همچنین مقاوم بر خوردگی در محیط های خورنده و سرویس های ترش H2S هستند. گرید های رایج  API 5L عبارتند از :

API 5L Gr. B PSL1, PSL2, Sour Service pipe
Medium: X42,  X46
Medium: X52
Medium and high: X56
High level: API 5L X60 PSL1, PSL2 LSAW line pipe
High: API 5L X65 PSL1, PSL2 LSAW/SSAW line pipe
Premium high: API 5L X70
Premium high: API 5L X80

PSL2 pipe comes with suffix letter of N, Q, M, eg API 5L X52N, API 5L X60Q/M
Sour service pipe with suffix letter NS, QS, MS, eg API 5L X65QS

R: As rolled
N: Normalizing rolled, Normalized formed, Normalized
Q: Tempered and quenched
M: Thermomechanical rolled or thermomechanical formed
S: Sour Service Use

 

ترکیب شیمیایی لوله های درزدار API 5L تحت کنترل سخت گیرانه تری نسبت به لوله بدون درز این استاندارد است ولی استحکام کششی و تنش تسلیم در هر دو یکسان است .لوله ها در ضخامت ها و فشارهای کاری مختلف از SCH 5S  تا SCH 160 تولید می شوند. انتهای لوله ها می تواند بصورت پخ دار (Beveled) یا ساده (Plain)  باشد. محدوده سایز معمولا از ”½ تا ”60 است. پوشش نهایی لوله ها می تواند بصورت طبیعی (بدون پوشش خاص)، Vanished , Black painting  ,3PE, FBE و … باشد .

روش تولید ERW معمولا برای لوله های با سایز کوچکتر از ”24 است. LSAW برای سایز های ”20 تا ”40 مناسب است. فرم دهی در این روش به شکل های J ,C ,O ,E  می تواند باشد و به این دلیل به روش LSAW , روش JCOE نیز گفته می شود. روش SSAW برای سایزهای تا “60 مناسب است.

تفاوت لوله های تولید شده به روش SAW و ERW:

این دو روش از نظر تکنولوژی فرم دهی و جوشکاری و غیره خیلی تفاوت دارند و بنابراین عملکرد آنها تفاوت هایی دارد که بدین شرح است :

• کیفیت سطح لوله های تولید شده به روش ERW بالاتر از روش SAW (LSAW, SSAW) است و سطوح صیقلی تر می باشند. در اکثر لوله های SAW موضوع تقویت جوش ها در داخل و خارج موجب کاهش کیفیت سطوح می شود.
• عیوب در لوله های ERW کمتر از SAW است. از آنجاییکه Solvent در لوله های SAW وجود دارد، این موضوع باعث ایجاد عیوب بیشتری می شود. عیوب در لوله های ERW صرفا شامل Wire-line و جوش مستقیم می شود و در بازرسی ها به راحتی قابل مشاهده است و مخصوصا در روش تست UT.
• ضریب تنش پسماند در لوله های ERW کمتر از لوله های SAW است.
• اگر عملکرد هر دو لوله ERW ,SAW یکسان است ولی در صورت بروز عیب و مشکل در لوله ERW انجام تعمیرات و جوشکاری امکانپذیراست ولی در مورد SAW اینطور نیست و موجب ترک خوردن یا خوردگی می شود و بنابراین لوله ERW با دوام تراست.

رایج‌ترین استاندارد های لوله درزدار شامل ASTM A53 برای متریال کربن استیل  و ASTM A312 برای متریال استنلس استیل است. از نظر ابعادی نیز استانداردهای ASME B36.10 وASME B36.19 رفرنس اصلی می باشند. همچنین استاندارد API 5L برای لوله های درزدار ERW در خطوطه لوله. هر دو استاندارد ASME و API ، قطر نامی و ضخامت لوله ها را در قالب گروه هایی به نام Schedule (رده ) عرضه می کنند. در طی چند سال گذشته لوله های درز دار بدلیل عملکرد و قیمتشان جایگزین مقرون به صرفه ای برای لوله های بدون درز شده اند که البته به خاطره وجود تکنولوژی های مدرن جوشکاری در تولید لوله های ERW (بطور مثال روش های HFI و HFW و جوش فرکانس بالا ) بوده است. از طرف دیگر وجود برخی برتری ها در لوله های بدون درز موجب شده تا در بعضی از کاربرد ها غیر قابل جایگزینی با لوله های درزدار باشند. مقاومت و استحکام مکانیکی در لوله های بدون درز مشابه بیلت های فولادی است در صورتیکه لوله های درز دار شبیه کویل ها و ورق های فولادی است. لوله های تولید شده به روش LSAW رقابت میکنند با لوله های بدون درز و لوله های  ERWدر سایز های “16 تا “24 ولی بدلیل اینکه لوله بدون درز تا سایز “24 عمدتاً تولید می شود، کاربرد آنها در سایز بالای “24 بیشتر می باشد. دو نوع اصلی لوله های LSAW رقابت می کنند با لوله های طولی (با درز جوش تکی یا درز جوش دوبل DSAW) و درز جوش اسپیرال می باشد که شامل HSAW ,SSAW یا SAWL است بنابراین تفاوت  DSAW و LSAW این است که DSAW دارای درز جوش هم داخل وهم خارج لوله است ولی در LSAW فقط یک درز جوش سمت خارج آن دارد . تفاوت LSAW و ERW این است که لوله های LSAW با ورق های فولادی تولید می شوند ولی فرآیند تولید لوله های ERW از کویل های فولادی شروع می شود. در مجموع لوله های بدون درز بدلیل نداشتن درز جوش استحکام بالاتری دارند و خطر خوردگی و شکست در آنها کمتر است، ضمن اینکه دقت ابعادی و تلرانس ها دقیق تر هستند ولی عیب آنها این است که گرانتر هستند و زمان تحویل نیز به دلیل کم بودن تعداد کم تولید کنندگان، طولانی تراست.