Tuberías soldadas en espiral vs. longitudinales: guía de selección completa
En la industria moderna y la construcción de infraestructura, Tuberías de acero Juegan un papel irremplazable como materiales importantes para el transporte de medios, estructuras portantes y dispositivos de protección. Las tuberías de acero soldado, debido a sus procesos de fabricación flexibles, rendimiento confiable y costo moderado, se han convertido en el tipo de tubería más utilizado en varios proyectos de ingeniería. Con la diversificación de los requisitos de ingeniería y la mejora continua de las normas técnicas, las diferencias de rendimiento y los rangos aplicables de diferentes tipos de tuberías de acero soldado se han convertido en consideraciones importantes para el diseño, la adquisición y la construcción de ingeniería. Este artículo comienza con la clasificación básica de tuberías de acero soldado e introduce sistemáticamente las características del proceso, las propiedades mecánicas, los campos de aplicación y las estrategias de selección de tuberías soldadas longitudinalmente y tuberías soldadas en espiral, ayudando a los lectores a comprender completamente las características técnicas y el valor práctico de Tubos de acero soldados.
Los tubos de acero soldados se dividen principalmente en dos categorías según el tipo de soldadura: tubos soldados longitudinalmente y tubos soldados en espiral. Aunque ambos pertenecen a la categoría de tubos de acero soldados, existen diferencias obvias en los procesos de producción, las características de rendimiento y los campos de aplicación. Comprender estas diferencias es de gran importancia para la selección de materiales de ingeniería y las decisiones de aprovisionamiento.
La soldadura de una tubería soldada longitudinalmente es paralela al eje de la tubería y el proceso de producción es relativamente simple. La soldadura de una tubería soldada en espiral se distribuye en forma de espiral y se fabrica mediante un proceso de formación de flexión continua. Cada tipo de tubería de acero tiene sus propias ventajas y es adecuada para diferentes escenarios de ingeniería.
Las tuberías de acero soldadas por arco sumergido con costura en espiral, generalmente conocidas como tuberías soldadas en espiral, tuberías en espiral o tuberías de acero en espiral, se hacen doblando tiras de acero laminadas en caliente en forma de espiral y luego soldando las costuras interior y exterior utilizando soldadura automática por arco sumergido. Este método de formación único da a las tuberías soldadas en espiral muchas ventajas que las tuberías soldadas longitudinalmente no tienen.
Los tubos soldados en espiral se pueden utilizar ampliamente en la producción de tubos de acero de gran diámetro, principalmente por las siguientes cuatro razones:
Alta flexibilidad de producción: simplemente cambiando el ángulo de formación, se pueden producir tuberías de varios diámetros a partir del mismo ancho de banda. Esto significa que los fabricantes no necesitan preparar múltiples anchos de materias primas, lo que reduce en gran medida los costos de inventario y la complejidad de la producción.
Longitud ilimitada: debido al proceso de formación de flexión continua, la longitud fija de los tubos de acero se puede ajustar arbitrariamente según las necesidades de ingeniería, a diferencia de los tubos soldados longitudinales que están limitados por la longitud de la placa.
Alta precisión dimensional y resistencia: la distribución en espiral de la costura de soldadura alrededor de toda la circunferencia de la tubería garantiza una mayor precisión dimensional y resistencia general.
Adecuado para la producción de lotes pequeños y múltiples especificaciones: cuando los proyectos de ingeniería requieren múltiples especificaciones de tuberías de acero, las líneas de producción de tuberías soldadas en espiral pueden ajustar rápidamente los parámetros y cambiar de tamaño de manera flexible para cumplir con los requisitos personalizados.
Desde la perspectiva del rendimiento de uso, las tuberías soldadas en espiral tienen ventajas únicas. Dado que los defectos son paralelos a la costura de soldadura, los defectos de costura de soldadura de las tuberías en espiral se manifiestan como defectos oblicuos. Durante el uso, la dirección de tensión principal de la tubería de acero es a lo largo de la dirección axial, en cuyo punto la longitud de defecto equivalente de la soldadura en espiral es menor que la de las tuberías soldadas longitudinalmente.
Más importante aún, los materiales de acero para tuberías exhiben características anisotrópicas. Durante el rodado, la tenacidad al impacto (valor CVN) en la dirección de rodadura puede ser tres veces mayor que la perpendicular a la dirección de rodadura. La dirección de tensión principal de los tubos soldados longitudinales es exactamente perpendicular a la dirección de resistencia al impacto más baja de la tubería, mientras que los tubos en espiral evitan esta dirección débil, convirtiendo la desventaja de una costura de soldadura más larga en una ventaja.
Las tuberías de acero soldadas longitudinalmente tienen costuras de soldadura paralelas al eje de la tubería y generalmente se dividen en tuberías soldadas eléctricas métricas, tuberías soldadas eléctricas de paredes delgadas, tuberías de aceite de enfriamiento de transformadores y otros tipos. En comparación con con las tuberías soldadas en espiral, las tuberías soldadas longitudinalmente tienen un proceso de producción más simple y directo.
Las tuberías soldadas longitudinalmente se pueden dividir en dos categorías principales según el proceso de producción: tuberías soldadas longitudinales de alta frecuencia y tuberías soldadas longitudinales de arco sumergido (LSAW).
Las tuberías soldadas longitudinales de alta frecuencia adoptan tecnología de soldadura por resistencia de alta frecuencia, con alta eficiencia de producción, adecuada para la producción en masa de tuberías de diámetro medio y pequeño.
Las tuberías soldadas longitudinales de arco sumergido (LSAW) utilizan tecnología de soldadura por arco sumergido con materiales de relleno y fundente protector granular. El diámetro de las tuberías producidas puede alcanzar los 1.500 milímetros, con principales tecnologías de conformado, incluida la tecnología de conformado JCOE y la soldadura por arco sumergido de conformado laminado.
Para la producción de tuberías LSAW de gran diámetro, las placas de acero que ingresan a la línea de producción deben someterse a los siguientes procedimientos estrictos:
Inspección ultrasónica de placa completa para garantizar que la materia prima esté libre de defectos.
Fresado de ambos bordes de la placa de acero para cumplir con los requisitos de ancho de placa, paralelismo de borde y forma de ranura.
Pre-doblando los bordes para lograr la curvatura requerida.
En la máquina formadora JCO, las placas predobladas se presionan primero en forma de "J", luego en forma de "C" y finalmente en forma de "O" abierta.
Después de la formación, la soldadura continua se realiza utilizando soldadura blindada con gas, seguida de soldadura por arco sumergido de múltiples hilos en los lados interno y externo.
Después de la soldadura, se realiza una inspección del 100% de la soldadura y el metal base en ambos lados, incluida la inspección de televisión industrial de rayos X.
La expansión de la tubería mejora la precisión dimensional y la distribución interna de la tensión.
Finalmente, la tubería se somete a pruebas hidrostáticas, procesamiento final e inspección ultrasónica repetida. Los productos calificados son tratados con anticorrosión y recubrimientos de acuerdo con los requisitos del usuario.
En la selección real de materiales de ingeniería, las diferencias de rendimiento entre tuberías soldadas en espiral y longitudinal se reflejan principalmente en cuatro dimensiones: rendimiento de resistencia, estrés residual, control de calidad y precisión geométrica. Estas diferencias determinan directamente los escenarios aplicables y el valor de ingeniería de los dos tipos de tuberías.
La resistencia de las tuberías soldadas en espiral es generalmente mayor que la de las tuberías soldadas longitudinales. Las palanquillas más estrechas pueden producir tuberías en espiral de mayor diámetro, y se pueden producir tuberías de diferentes diámetros a partir de palanquillas del mismo ancho. Esta ventaja de utilización de materiales hace que las tuberías soldadas en espiral sean competitivas en costos en aplicaciones de gran diámetro.
Sin embargo, en comparación con con tuberías soldadas longitudinales de la misma longitud, la longitud de la costura de soldadura de las tuberías en espiral aumenta entre un 30% y un 100%, lo que resulta en una velocidad de producción relativamente menor. Por lo tanto, la soldadura longitudinal se utiliza principalmente para tuberías de pequeño diámetro, mientras que la soldadura en espiral se prefiere para tuberías de gran diámetro.
Hay diferencias significativas en la tensión residual. La fabricación de tuberías soldadas en espiral conduce a una mayor tensión residual, a veces cercana al límite de rendimiento. En contraste, las tuberías LSAW, debido al proceso de expansión, tienen una tensión residual casi nula, lo cual es ventajoso para aplicaciones que requieren una alta estabilidad dimensional.
En la inspección de soldaduras, el seguimiento y las pruebas ultrasónicas en línea de soldaduras en espiral son más difíciles, lo que lleva a una mayor probabilidad de defectos de soldadura que superen los estándares. Además, la desalineación de las soldaduras de tuberías en espiral es principalmente de 1,1 a 1,2 mm. Según la práctica internacional, la desalineación debe ser inferior al 10% del espesor. Para paredes delgadas, es posible que las tuberías en espiral no cumplan este requisito, mientras que las tuberías LSAW no tienen este problema.
La zona afectada por el calor de las tuberías soldadas con arco sumergido en espiral es mayor que la de las tuberías soldadas con arco LSAW, y la zona afectada por el calor es un eslabón débil en la calidad de las tuberías. Mientras tanto, la precisión dimensional geométrica de las tuberías soldadas en espiral es relativamente menor, lo que plantea ciertas dificultades en el montaje y la soldadura en campo. Para el mismo diámetro, el espesor máximo alcanzable por las tuberías soldadas en espiral es mucho menor que el de las tuberías LSAW.
En la selección real de materiales, no es simplemente una cuestión de qué tipo es mejor. La selección debe basarse en las condiciones de uso, los requisitos de presión, el diámetro, el entorno de construcción y otros factores. Entender las características de estos dos tipos de tuberías garantiza que se apliquen adecuadamente.
Las tuberías soldadas generales, comúnmente llamadas tuberías negras, se utilizan principalmente para transportar agua, gas, aire, aceite y vapor a baja presión. Están hechos de acero al carbono Q195, Q215A, Q235A, Q235B o acero dulce soldable 0317 modelo estándar 6012 y acero billet 755.
Las tuberías deben someterse a pruebas hidrostáticas, de flexión y aplanamiento, con ciertos requisitos de calidad de la superficie. Las longitudes de entrega habituales son de 4 a 10 metros, con longitud fija o longitud múltiple. Las especificaciones de las tuberías se expresan como diámetro nominal (mm o pulgada), que no es exactamente igual al diámetro interior real. Según el grosor de la pared, existen tuberías ordinarias y engrosadas, y según los extremos de las tuberías, existen tipos roscados y no roscados.
Las tuberías de acero galvanizado de baja presión soldadas, comúnmente llamadas tuberías blancas, son versiones galvanizadas por inmersión térmica de tuberías negras, que ofrecen una mejor resistencia a la corrosión para aplicaciones que requieren durabilidad.
Tubos soldados por arco sumergido con costura en espiral: Hecho de bobinas de acero laminado en caliente, formado en espiral a temperatura ambiente y soldadura por arco sumergido de con doble cara soldada. Estos tubos tienen una fuerte resistencia a la presión, buena soldabilidad y seguridad confiable después de inspecciones y pruebas estrictas. El gran diámetro permite una alta eficiencia de transporte, ahorrando la inversión en tuberías, principalmente para tuberías de petróleo y gas natural.
Tubos soldados de alta frecuencia con costura en espiral: También formados por bobinas de acero laminado en caliente y en forma de espiral a temperatura ambiente, pero soldados con soldadura solapada de alta frecuencia. Estos tubos tienen buena plasticidad, fáciles de soldar y procesar, utilizados principalmente en tuberías de transporte de petróleo y gas natural.
Los conductos ordinarios de acero al carbono protegen los cables eléctricos en instalaciones industriales y civiles, que pertenecen a una aplicación especializada de tuberías soldadas longitudinales.
Las tuberías de pila de costura en espiral se utilizan para estructuras de edificios civiles, muelles, puentes, etc., producidas por soldadura de arco sumergido de doble cara o soldadura de alta frecuencia, diseñadas para soportar grandes cargas axiales y laterales.
Los tubos de aceite del transformador son tubos soldados longitudinalmente aplicados en equipos eléctricos, con requisitos estrictos de precisión dimensional y limpieza.
Después de entender las aplicaciones específicas de varios tubos de acero soldados, la siguiente pregunta clave es cómo hacer la elección óptima entre una amplia gama de productos. La selección afecta no solo la calidad y seguridad del proyecto, sino también el costo y la eficiencia de la construcción. La selección correcta requiere considerar de manera integral el diámetro, la presión, el medio ambiente, la construcción y otros factores para que coincida con precisión con las características técnicas con necesidades prácticas.
Generalmente, para tuberías de pequeño diámetro (típicamente <400 mm), se recomiendan tuberías soldadas longitudinales debido a su alta eficiencia de producción, bajo costo y precisión dimensional. Para tuberías de gran diámetro (> 400 mm), se recomiendan tuberías soldadas en espiral porque pueden producir tuberías de gran diámetro a partir de palanquillas estrechas, ofrecen una alta utilización de materiales y no están limitadas en longitud.
Para el transporte de fluidos a baja presión (por ejemplo, agua, gas, aire), tuberías generales o de baja presión son suficientes. Para aplicaciones de presión media y alta (por ejemplo, petróleo, gas natural), se deben usar tuberías soldadas por arco sumergido con costura en espiral o tuberías soldadas por arco de alta frecuencia, ya que se someten a un estricto control de calidad y pruebas de presión.
En entornos corrosivos, se deben utilizar tuberías galvanizadas o especialmente recubiertas. Para pilotes o aplicaciones especiales, se requieren tuberías soldadas en espiral apiladas. Para instalaciones eléctricas, se recomiendan tuberías conductivas de acero al carbono conformes con el estándar.
Para facilitar la construcción en el sitio, tuberías soldadas longitudinales, con alta precisión geométrica, permiten una alineación y soldadura más fáciles. Las tuberías en espiral, aunque un poco menos precisas, ofrecen longitudes flexibles que reducen las juntas de soldadura de campo, que también es un factor a considerar.
Los tubos de acero soldados, como materiales importantes en la industria moderna y la construcción de infraestructura, vienen en muchos tipos con características de rendimiento diversas. Tubos soldados longitudinalmente, con producción simple, alta eficiencia, bajo costo y precisión dimensional, dominan el campo de diámetro pequeño y mediano. Los tubos soldados en espiral, con alta resistencia, alta utilización de materiales y longitud flexible, son indispensables en el transporte de gran diámetro y alta presión.
En aplicaciones de ingeniería reales, las características de ambos tipos de tuberías deben considerarse integralmente en función del diámetro, la presión, el medio ambiente y las condiciones de construcción para seleccionar el tipo de producto más adecuado. Independientemente del tipo elegido, se debe prestar atención a los sistemas de control de calidad del fabricante y la certificación del producto para garantizar la adquisición de tuberías de alta calidad que cumplen con los estándares.
Con el progreso tecnológico continuo y las necesidades de aplicación cada vez más diversas, los productos de tubería de acero soldado continuarán optimizándose, proporcionando soporte material confiable para el transporte de energía, la construcción urbana y el desarrollo industrial. Entender estos fundamentos ayuda a los ingenieros, al personal de compras y a las empresas relacionadas a tomar decisiones más científicas y económicas, promoviendo el desarrollo saludable de la industria.
