I tubi in acciaio saldati sono materiali indispensabili nelle moderne infrastrutture industriali, ampiamente utilizzati nel trasporto di petrolio e gas, nei progetti idrici comunali, nell'ingegneria dei ponti, nei progetti marittimi e nella costruzione di impianti eolici, tra gli altri.
Secondo diversi metodi di saldatura e formatura, i tubi d'acciaio saldati sono principalmente suddivisi in tubi d'acciaio saldati con giunture diritte e tubi d'acciaio saldati a spirale. Tra questi, i tubi in acciaio saldati con cuciture diritte includono la saldatura a resistenza(ERW) tubi di acciaioe saldatura longitudinale ad arco sommerso(LSAW) tubi in acciaio. Le saldature di questo tipo di tubo in acciaio sono saldature longitudinali diritte lungo il corpo del tubo. Al contrario, i tubi in acciaio saldati a spirale (SSAW) adottano la tecnologia della formatura a spirale continua e della saldatura ad arco sommerso, formando saldature a forma di spirale- inclinate sulla superficie del corpo del tubo.
Sebbene entrambi i tipi di tubi in acciaio siano prodotti mediante processi di formatura e saldatura della lamiera e possano soddisfare i requisiti di trasporto di fluidi e carico strutturale-, presentano differenze fondamentali nei principi di formatura, nella distribuzione della saldatura, nei processi di produzione, nelle caratteristiche di sollecitazione meccanica, nelle prestazioni dimensionali e nelle condizioni di lavoro applicabili. Nell'ingegneria reale e nell'approvvigionamento dei materiali, è molto importante distinguere le differenze essenziali tra saldatura continua e saldatura a spirale, il che aiuta a evitare una selezione errata e i conseguenti rischi operativi.
Definizione di base e differenze nei principi di formazione
1. Principio della saldatura continua longitudinale
La saldatura continua si riferisce a un processo di saldatura in cui viene formato un cordone di saldatura diritto continuo lungo la direzione longitudinale del tubo d'acciaio. La materia prima per i tubi in acciaio con giunture diritte è una piastra o un nastro di acciaio a larghezza fissa-. Durante la produzione di tubi in acciaio, l'acciaio piatto viene piegato e laminato in tubi cilindrici grezzi attraverso più rulli formatori. I due bordi paralleli della striscia di acciaio sono allineati lungo la direzione longitudinale del corpo del tubo, quindi lo spazio viene saldato e fuso per formare una giuntura diritta longitudinale ordinata. Per i tubi ad aggraffatura diritta di diametro medio e piccolo, viene utilizzata la saldatura a resistenza ad alta-frequenza (ERW), in cui i bordi del nastro di acciaio vengono riscaldati da corrente ad alta-frequenza per ottenere estrusione e fusione istantanee, senza la necessità di metallo d'apporto. Per i tubi ad aggraffatura diritta con pareti spesse e di grande diametro-, viene utilizzata la saldatura longitudinale ad arco sommerso (LSAW), utilizzando filo di saldatura e flusso per la saldatura a penetrazione. Indipendentemente dal processo utilizzato, il cordone di saldatura si estende per l'intera lunghezza del corpo del tubo.
2. Saldatura a spiralePrincipio
La saldatura a spirale è uno speciale processo di produzione di tubi che combina la formatura continua inclinata e la saldatura ad arco sommerso. A differenza della piegatura diritta dei tubi di acciaio con aggraffatura diritta, il nastro di acciaio viene alimentato nel dispositivo di formatura con un angolo fisso e viene arrotolato continuamente in un tubo cilindrico grezzo attraverso la laminazione a spirale, creando spazi a spirale uniformi. Successivamente, il sistema di saldatura ad arco sommerso esegue una saldatura continua lungo il percorso a spirale, formando infine una saldatura a spirale liscia e densa. Le saldature a spirale sono inclinate di un certo angolo e la lunghezza della saldatura supera la lunghezza del tubo. Il principio fondamentale della saldatura a spirale è quello di trasformare un nastro di acciaio a larghezza fissa- in tubi di acciaio di diversi diametri regolando l'angolo, ottenendo una produzione di diametro flessibile che non può essere ottenuta con la saldatura continua.
Differenze nei processi di produzione
1. Processo di saldatura continua
Il processo di produzione dei tubi a aggraffatura diritta è semplice e altamente automatizzato. L'intero processo comprende lo svolgimento di bobine di acciaio, l'appiattimento, la rifilatura dei bordi, la raddrizzatura, la saldatura longitudinale, la finitura della saldatura, il raffreddamento, la calibratura, la raddrizzatura e il taglio-della lunghezza. I tubi a aggraffatura diritta ERW sono saldati utilizzando un riscaldamento con resistenza ad alta-frequenza, caratterizzato da un'elevata velocità di saldatura e da un'elevata efficienza produttiva. I tubi a giuntura diritta LSAW utilizzano la formatura di piastre di acciaio spesse e passaggi multipli di saldatura ad arco sommerso, con un controllo rigoroso sulla precisione della fessura e sulla profondità di penetrazione. I parametri di formatura della linea di produzione di giunture diritte sono fissi, la formatura è stabile e la precisione dimensionale è elevata. Tuttavia, la sua flessibilità produttiva è limitata. Ogni larghezza del nastro di acciaio corrisponde a un solo diametro del tubo, quindi la gamma di produzione di tubi di diametro ultra-grande è limitata dalla larghezza del nastro di acciaio.
2. Processo di saldatura a spirale
Il processo di saldatura a spirale utilizza la formatura a spirale dinamica continua e la saldatura ad arco sommerso su entrambi i lati. Il flusso di processo comprende lo svolgimento, la raddrizzatura dei nastri, la fresatura precisa delle facce finali, la formatura di spirali ad angolo regolabile-, la saldatura ad arco sommerso su entrambi i lati sia all'interno che all'esterno, la lucidatura dei cordoni di saldatura, il raffreddamento a circolazione, la correzione delle dimensioni, il taglio al volo-e i test non distruttivi sui cordoni di saldatura completi. La caratteristica più importante di questo processo è l'angolo di formatura regolabile. Modificando l'angolo di avanzamento del nastro di acciaio, i produttori possono produrre tubi con diametri esterni diversi utilizzando la stessa materia prima, migliorando significativamente la flessibilità produttiva. L'intero processo di produzione è continuo e ininterrotto, adatto alla produzione su larga-scala di tubi con pareti di-grande-diametro e medio-spessore-. Tuttavia, il sistema di formatura e saldatura a spirale presenta requisiti elevati per la corrispondenza dei parametri ed è necessario un controllo preciso dell'angolo di formatura, della velocità di saldatura, della corrente e della tensione per evitare l'offset della saldatura e la deformazione della formatura.
Differenze strutturali
1. Caratteristiche della struttura di saldatura
Per i tubi saldati con cordone diritto, è presente un solo cordone di saldatura longitudinale nella struttura complessiva, con un percorso di saldatura breve e una linea retta. La microstruttura della saldatura è stabile. La zona interessata dal calore è concentrata e stretta e l'uniformità strutturale complessiva del corpo del tubo è buona. Per i tubi saldati a spirale vengono adottati cordoni di saldatura continui a forma di spirale-. Rispetto ai tubi con aggraffatura diritta della stessa specifica, la lunghezza del cordone di saldatura è maggiore. Il cordone di saldatura più lungo aumenta l'area di saldatura complessiva e teoricamente aumenta anche la possibilità che si presentino difetti di saldatura. Tuttavia, il cordone di saldatura a spirale continuo evita lacune locali dei giunti di saldatura. Inoltre, il cordone di saldatura a spirale presenta caratteristiche di sovrapposizione e continuità, migliorando così l'integrità strutturale complessiva del corpo del tubo.
Precisione dimensionale e flessibilità produttiva
Il tubo saldato a cucitura diritta ha una migliore precisione dimensionale e qualità della superficie. Il processo di formatura è stabile, con piccole tolleranze per diametro esterno, spessore e rotondità delle pareti, pareti interne ed esterne lisce e rettilineità uniforme. I parametri di formatura standardizzati rendono il tubo a giuntura diritta più adatto per installazioni precise e progetti di tubazioni con requisiti elevati-. Lo svantaggio però è che la flessibilità di produzione è scarsa, limitata dalla larghezza del nastro di acciaio e non è possibile modificare in modo flessibile i diametri dei tubi durante il processo di produzione. Al contrario, il tubo saldato a spirale ha una precisione dimensionale leggermente inferiore rispetto al tubo con aggraffatura diritta, con una tolleranza di ellitticità inferiore, ma ha una flessibilità di produzione estremamente elevata. Regolando l'angolo della spirale, una singola specifica di nastro di acciaio può produrre decine di specifiche di diametri di tubo diversi, riducendo significativamente i costi dello stampo e abbreviando il ciclo di produzione per tubi di grande diametro-personalizzati.
Vantaggi e limitazioni tecniche
1. Vantaggi e svantaggi della saldatura continua
La saldatura continua presenta i vantaggi di un'elevata velocità di saldatura, un'elevata efficienza produttiva, un elevato tasso di qualificazione del prodotto, una formazione regolare della saldatura, una zona interessata dal calore stretta e proprietà meccaniche stabili. Viene applicato principalmente nel processo di produzione di materiali per tubi con diametro medio-, pareti sottili-e pareti medie-spesse-. Un numero inferiore di saldature può ridurre la probabilità che si verifichino difetti e facilitare l'ispezione e la manutenzione complete. I suoi principali svantaggi risiedono nella scarsa flessibilità, nella capacità produttiva limitata per grandi diametri e nella debole capacità di dispersione delle sollecitazioni. In condizioni di pressione ultra-elevata e di variazione del carico, la saldatura a cordoni diritti è più soggetta a guasti dovuti alla concentrazione delle sollecitazioni.
2. Vantaggi e svantaggi delle saldature a spirale
I principali vantaggi della saldatura a spirale risiedono nella capacità di regolare in modo flessibile il diametro, nelle eccellenti prestazioni di dispersione delle sollecitazioni, nella forte capacità produttiva per tubazioni di grande-diametro e nell'elevata sicurezza strutturale. Le saldature a spirale possono inibire efficacemente la propagazione delle cricche e sono adatte per il trasporto ad alta-pressione su lunghe-distanze. Gli svantaggi principali sono tempi di saldatura più lunghi, minore efficienza di produzione della singola-macchina, rischio più elevato di difetti minori all'aumentare della lunghezza della saldatura e precisione dimensionale leggermente inferiore.
Differenze nell'applicazione industriale
Grazie alle loro caratteristiche prestazionali distinte, i tubi saldati con cordoni diritti e i tubi saldati a spirale hanno stabilito chiari confini di applicazione nell'ingegneria industriale. I tubi saldati con giunture diritte sono ampiamente utilizzati nella fornitura e nel drenaggio dell'acqua urbana, nelle condotte antincendio, nella costruzione di pali di tubi strutturali, nel trasporto di gas a bassa-pressione e nelle condutture di supporto di apparecchiature meccaniche. Grazie all'elevata precisione dimensionale e alla qualità stabile della saldatura, i tubi a aggraffatura diritta -di alta qualità ERW e LSAW sono adatti anche per progetti di condutture ad alta- pressione a breve-distanza. Mentre i tubi saldati a spirale vengono utilizzati principalmente per condotte interregionali di gas e petrolio-, condotte municipali di trasmissione dell'acqua di grande-diametro, pali di ingegneria navale, infrastrutture per l'energia eolica e condotte idrauliche a pressione, che sono progetti di trasporto a lunga-distanza.
La differenza principale tra la saldatura a cordoni diritti e la saldatura a spirale risiede nelle diverse traiettorie di formatura, modelli di distribuzione della saldatura, ecc. La saldatura a cordoni diritti presenta saldature lineari, elevata precisione dimensionale, elevata efficienza produttiva e una struttura semplice ed è adatta per progetti di tubazioni standardizzate, di diametro da medio a piccolo e ad alta-precisione. La saldatura a spirale utilizza saldature a spirale inclinate e può regolare in modo flessibile il diametro. È indispensabile nella costruzione di condotte di grande-diametro, lunga-distanza e ad alta-pressione. Nessuno dei due processi di saldatura presenta superiorità o inferiorità assoluta. Il loro valore applicativo dipende dalle condizioni ingegneristiche effettive, dai livelli di pressione, dalle specifiche del diametro del tubo e dai budget di costo. Con il continuo aggiornamento dell’automazione della saldatura e delle tecnologie di rilevamento intelligente, il divario prestazionale tra i due si sta gradualmente riducendo. In futuro, l'applicazione raffinata e differenziata delle tecnologie di saldatura continua e di saldatura a spirale promuoverà ulteriormente lo sviluppo di alta-qualità dei settori della produzione di tubi in acciaio e dell'ingegneria delle condutture.
