Nahtlose vs. LSAW vs. spiralgeschweißte Rohre: Herstellungsprozesse, Unterschiede und industrielle Anwendungen

Nahtlose Rohre, längsgeschweißte Rohre und spiralgeschweißte Rohre sind die drei Haupttypen von Stahlrohren, und ihre jeweiligen Eigenschaften und Herstellungsverfahren bestimmen ihre jeweiligen Anwendungen.

Werfen wir einen Blick darauf, wie diese verschiedenen Arten von Stahlrohren hergestellt werden.

Methoden zur Herstellung von Stahlrohren

Hauptmerkmale:Nahtlose Stahlrohre haben am gesamten Umfang keine Schweißnaht. Sie werden durch Durchstechen eines massiven Stahlbarrens hergestellt.

Herstellung nahtloser Rohre (Mannesmann-Walzverfahren)

Herstellung nahtloser Rohre (Warmstrangpressen – Warmhohlschmieden)

Hauptherstellungsprozesse:

1. Warmwalzprozess (Heißlochen/Komprimieren) (primäre Methode):

Schritte:

Massiver runder Knüppel → Im Ofen auf plastischen Zustand erhitzt → Lochwalzwerk erzeugt Hohlmantel (Bildung eines hohlen Rohrohrs) → Pilgerwalzwalzen (Dehnung, Wandreduktion, Durchmesserkontrolle) → Kalibrier-/Reduzierwalzwerk für Präzisionsendbearbeitung → Abkühlen → Richten → Schneiden → Inspektion.

Repräsentative Prozesse:
Mannesmann-Piercing, Schrägrollpiercing usw.

Merkmale:
Hohe Produktionseffizienz und in der Lage, dickwandige Rohre mit großem-Durchmesser herzustellen; Dies ist die vorherrschende Herstellungsmethode.

2. Kaltziehverfahren (Kaltwalzen):
 

Schritte:

Warm-gewalztes Rohr als Rohling → Säurebeizen zur Entfernung von Oxidzunder → Phosphatierung/Verseifung zur Schmierung → Kaltziehen durch Matrizen (oder Kaltwalzen) → Wärmebehandlung (um innere Spannungen abzubauen) → Richten → Endbearbeitung.

Merkmale:

Hohe Maßgenauigkeit, hervorragende Oberflächengüte und hervorragende mechanische Eigenschaften-aber mit höheren Produktionskosten und geringerem Produktionsvolumen. Wird häufig für Rohre mit kleinem-Durchmesser, Präzisionsrohren oder dünnwandigen Rohren verwendet.

Vorteile:

• Gleichmäßige mechanische Eigenschaften: Keine Schweißnaht; homogene Mikrostruktur sowohl in Umfangs- als auch in Längsrichtung, was zu einer hohen Druckfestigkeit führt.
• Hohe Druck- und Korrosionsbeständigkeit: Geeignet für anspruchsvolle Anwendungen unter hohem Druck, extremen Temperaturen oder korrosiven Umgebungen (z. B. Kesselrohre, Hydraulikzylinder).
• Vielseitige Querschnitte-: Kann komplexe Formen-herstellen, einschließlich runder, quadratischer, rechteckiger und ovaler Profile.

Nachteile:

• Hohe Produktionskosten: Komplexer Prozessablauf, hoher Energieverbrauch und erheblicher Metallverlust (geringe Materialausbeute).
• Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Gleichmäßigkeit der Wandstärke: Insbesondere bei dickwandigen Rohren können Innenflächen Exzentrizität und Oberflächenfehler aufweisen.
• Größen- und Spezifikationsbeschränkungen: Eingeschränkt durch Knüppelgröße und Verarbeitungsausrüstung; Die maximale Einzellänge und der Außendurchmesser sind begrenzt (normalerweise kleiner oder gleich Φ660 mm).

Typische Anwendungen:

Erdöl- und chemische Industrie (Hochtemperatur- und Hochdruckleitungen), Kraftwerkskessel, Hydrauliksysteme, Lagerhülsen, Kanonen-/Laufrohre und hochpräzise mechanische Strukturkomponenten.

Hauptmerkmale: Die Schweißnaht ist eine gerade Linie parallel zur Rohrlängsachse. Diese Rohre werden hergestellt, indem Stahlplatten oder -spulen in eine zylindrische Form gebracht und dann die Naht verschweißt werden.

Elektrisch widerstandsgeschweißtes (ERW) Rohr

Heißelektrisches widerstandsgeschweißtes (heißes ERW) Rohr

Hauptherstellungsprozesse:

 

1. Hochfrequenz-elektrisches widerstandsgeschweißtes Rohr (HF-ERW):

Verfahren:

Stahlband (Spule) wird kontinuierlich geformt → Hochfrequenzstrom wird angelegt, wobei der Skin-Effekt und der Proximity-Effekt ausgenutzt werden, um die Schweißkanten schnell in einen geschmolzenen Zustand zu erhitzen → Festkörperschweißen wird unter dem Druck von Quetschwalzen erreicht (kein Zusatzdraht erforderlich).

Merkmale:

Hohe Geschwindigkeit, hohe Effizienz, niedrige Kosten; minimale Wärmeeinflusszone (HAZ), wodurch eine gute Schweißnahtintegrität gewährleistet wird.

Gemeinsame Standards:

ASTM A500 (strukturelle Anwendungen), JIS G3444 (mechanische Anwendungen).

2. Längsunterpulvergeschweißtes (LSAW) Rohr:

Umformprozesse:

JCOE-Umformung: Die Stahlplatte wird zunächst kantengebogen, dann schrittweise über J--, C-- und O{3}}-Umformschritte zu einer zylindrischen Hülle geformt, gefolgt von der Erweiterung (Aufweitung auf den endgültigen Durchmesser).

UOE-Formung: Stahlblechkanten werden vor{0}}gebogen, dann in eine U--Form gepresst, gefolgt von einer O--Form und schließlich vor der Ausdehnung verschweißt. Diese Methode erfordert eine Ausrüstung mit hoher-Kapazität und eignet sich ideal für die-Großproduktion.

Schweißen:

Nach der Formgebung wird das Unterpulverschweißen (UPW) sowohl innen als auch außen angewendet.{0}}Der Lichtbogen brennt unter einer körnigen Flussmittelschicht und sorgt so für eine hohe Automatisierung und eine hervorragende Schweißqualität.

Merkmale:

Kann Rohre mit großem-Durchmesser (bis zu Φ1620 mm oder größer) und dickwandigen Rohren mit hervorragender Druckbeständigkeit und struktureller Festigkeit herstellen.

Typische Anwendungen:

HF-ERW-Rohre: Strukturelle Gerüste (z. B. Gerüste), Möbel, Niederdruck-Flüssigkeitsförderung, Automobilantriebswellen.

LSAW-Rohre: Öl- und Gasfernleitungen, Offshore-Plattformstrukturen, kommunale Wasser-/Gasnetze und Türme von Windkraftanlagen.

Vorteile:

Hohe Produktionseffizienz und niedrige Kosten: Insbesondere HF-ERW-Rohre ermöglichen eine kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsfertigung.

Hohe Maßgenauigkeit und hervorragende Oberflächenqualität: Vor-vorverarbeitete Rohstoffe sorgen für eine gleichmäßige Wandstärke und ein ästhetisch ansprechendes Finish.

Hohe Flexibilität: Der Rohrdurchmesser kann durch Variation der Breite des Stahlbandes angepasst werden-und ermöglicht so die Produktion mehrerer Durchmesser aus einer einzigen Spule.

Nachteile:

Vorliegen einer Längsschweißnaht: Die Schweißnaht stellt eine potentielle Schwachstelle dar; Daher ist eine strenge Kontrolle der Schweißqualität unerlässlich.

Durchmesser durch Plattenbreite begrenzt: Der maximale Rohrdurchmesser ist im Allgemeinen auf weniger als oder gleich π × Stahlplattenbreite beschränkt (in der Praxis wird er durch die Kapazität der Formungsausrüstung weiter begrenzt).

Hauptmerkmale:
Die Schweißnaht verläuft spiralförmig um den Rohrkörper. Wie längsgeschweißte Rohre werden auch spiralgeschweißte Rohre hergestellt, indem Stahlplatten oder -spulen in eine zylindrische Form gebracht und dann die Naht verschweißt werden.

WIG-geschweißte Rohre (Wolfram-Inertgas).

Unterpulvergeschweißte Spiralrohre (SAWH), hergestellt im Spiralschweißverfahren

Hauptherstellungsprozess:
 

Umformen und Schweißen:

Ein Stahlband (Coil) vorgegebener Breite wird in einem vorgegebenen Spiralwinkel (Umformwinkel) kontinuierlich zu einem zylindrischen Rohrmantel geformt.

Beim Formen wird doppelseitiges Unterpulverschweißen (SAW) gleichzeitig auf die inneren und äußeren Spiralnähte angewendet, um eine hohe Schweißnahtintegrität und Produktivität zu gewährleisten.

Durch Anpassen der Bandbreite und des Spiralwinkels können Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern aus demselben -breiten Stahlband-hergestellt werden, was eine hervorragende Flexibilität bei der Produktkonfiguration bietet.

Post-Verarbeitungsschritte:

Zuschnitt auf bestimmte Längen, Schweißnahtprüfung (z. B. Röntgen/UT), hydrostatische Druckprüfung und optionale Rohraufweitung (zur Verbesserung der Maßgenauigkeit und Restspannungsentlastung).

Vorteile:
Hohe Flexibilität: Aus einem Stahlband einer bestimmten Breite können Rohre mit mehreren Durchmessern hergestellt werden, was eine äußerst anpassungsfähige Produktion ermöglicht.

Schweißnaht vermeidet Hauptspannungsrichtung: Die Spiralschweißnaht bildet einen Winkel mit der Hauptspannungsachse, was zu einer ausgewogeneren Lastverteilung und einer verbesserten Strukturintegrität unter Innendruck führt.

Reduziertes Risiko der Rissausbreitung: Die helikale Geometrie verlängert den Rissweg, wodurch es weniger wahrscheinlich ist, dass sich Defekte in Umfangsrichtung ausbreiten-und die Zuverlässigkeit erhöht wird.

Geringere Ausrüstungsinvestitionen: Im Vergleich zu LSAW-Linien (UOE/JCOE) erfordern Spiralschweißwerke relativ geringere Investitionsausgaben, was sie ideal für die Produktion von Rohren mit mittlerem bis großem Durchmesser macht.

Nachteile:
Längere Schweißnahtlänge: Die Spiralschweißnaht ist 30–100 % länger als die eines Rohrs mit gerader-Naht gleichen Durchmessers, was die Schweißarbeitsbelastung erhöht und mehr potenzielle Instabilitätsquellen mit sich bringt (z. B. Lichtbogenschwankungen, Probleme mit der Flussabdeckung).

Geringere Maßgenauigkeit und geometrische Toleranzen: Rundheit und Geradheit sind im Allgemeinen schlechter als bei ERW- oder LSAW-Rohren, insbesondere bei kleineren Durchmessern.

Höhere innere Eigenspannungen: Komplexe Verformungen beim helikalen Formen und Schweißen führen zu komplexeren Spannungsverteilungen, die eine sorgfältige Nachbehandlung (z. B. Spannungsarmglühen) erfordern.

Relativ langsamere Produktionsgeschwindigkeit: Aufgrund der kontinuierlichen Spiralformung und der beidseitigen Schweißsynchronisation sind die Produktionsraten typischerweise niedriger als bei Hochgeschwindigkeits-HF-ERW-Linien.

Typische Anwendungen:

• Niederdruck-Flüssigkeitsförderung (Wasser, Gas)
• Rammrohre (Spundwände, Strukturpfähle)
• Gehäuse und Rohre (insbesondere Varianten mit großem-Durchmesser und dünner{1}}Wandigkeit)
• Strukturelle Stützelemente (z. B. für Brücken, Gebäude, Offshore-Plattformen)
• Einige Onshore-Öl- und Gasübertragungsleitungen (bei denen die Kosten-effektivität wichtiger ist als strenge Maßanforderungen)