I tubi di acciaio utilizzati nei sistemi energetici, di trasmissione dell'acqua, nell'edilizia e nei sistemi industriali sono comunemente fabbricati tramite processi di saldatura anziché tramite produzione senza giunzioni. Tra le categorie di tubi saldati, i tubi saldati ad arco sommerso longitudinale (LSAW), quelli saldati ad arco sommerso a spirale (SSAW) e quelli saldati a resistenza elettrica (ERW) sono quelli più ampiamente applicati. Sebbene tutti e tre coinvolgano la formatura di piastre o bobine di acciaio in forme cilindriche e la saldatura della giunzione, i loro processi di produzione, capacità dimensionali, caratteristiche di prestazione meccanica e posizionamento economico differiscono in modo significativo.
Comprendere queste differenze è essenziale quando si selezionano i tipi di tubi per specifiche applicazioni ingegneristiche, in particolare in oleodotti e gasdotti, sistemi strutturali e ambienti di servizio a pressione.
Processi produttivi e caratteristiche strutturali
Tubi ERW
I tubi ERW sono prodotti mediante formatura a freddo- di una bobina di acciaio in una forma cilindrica, seguita da saldatura a resistenza elettrica ad alta-frequenza lungo la giuntura longitudinale. Il processo di saldatura utilizza corrente elettrica e pressione per forgiare la giuntura senza materiale di apporto. Poiché la zona-influenzata dal calore è relativamente stretta e il processo è altamente automatizzato, i tubi ERW offrono in genere una buona precisione dimensionale e un aspetto liscio della saldatura.
La produzione ERW è particolarmente efficiente per diametri da piccoli a medi e spessori di parete moderati. Il processo consente un'elevata velocità di produzione e un controllo di qualità coerente, rendendo i tubi ERW ampiamente utilizzati in applicazioni strutturali, condotte a pressione da bassa- a media-e tubi meccanici.
Tubi LSAW
I tubi LSAW sono realizzati con piastre di acciaio anziché con bobine. La piastra viene modellata in una forma cilindrica utilizzando metodi UOE (formatura a U-, formatura a O- ed espansione) o metodi di formatura JCOE, quindi saldata longitudinalmente utilizzando la saldatura ad arco sommerso. Il metallo d'apporto viene aggiunto durante la saldatura e il processo in genere include passaggi di saldatura interni ed esterni.
Poiché LSAW utilizza piastre di acciaio spesse e processi di formatura controllata, è adatto per diametri grandi e spessori di parete pesanti. I tubi risultanti presentano un'elevata integrità strutturale e un'eccellente capacità di carico-della pressione, rendendoli comuni nei sistemi di trasmissione di petrolio e gas ad alta-pressione.
Tubi SSAW
I tubi SSAW sono prodotti formando a spirale una bobina di acciaio con un angolo specifico e saldando la giuntura mediante saldatura ad arco sommerso. La configurazione a spirale consente di produrre tubi di-diametro grande partendo da bobine relativamente più strette. Il cordone di saldatura elicoidale distribuisce le sollecitazioni in modo diverso rispetto ai cordoni longitudinali.
I tubi SSAW vengono spesso utilizzati nella trasmissione dell'acqua di grande-diametro, nelle palificazioni e nei sistemi di tubazioni a pressione- da bassa a media-. Sebbene possano essere prodotti economicamente in grandi dimensioni, le loro caratteristiche di prestazione meccanica dipendono fortemente dalla qualità della saldatura e dal controllo di ispezione.
La tabella seguente mette a confronto le principali caratteristiche di produzione dei tre tipi di tubi.
| Tipo di tubo | Materia prima | Orientamento della saldatura | Gamma di diametri tipici | Efficienza produttiva | Applicazioni comuni |
|---|---|---|---|---|---|
| ERW | Bobina d'acciaio | Longitudinale | Da piccolo a medio | Alto | Condutture strutturali e generali |
| LSAW | Piastra in acciaio | Longitudinale | Da medio a grande | Moderare | Trasmissione ad alta-pressione |
| SAW | Bobina d'acciaio | Spirale | Da medio a molto grande | Alta per grandi diametri | Sistemi idrici e di palificazione |
Questo confronto evidenzia come il materiale in ingresso e la configurazione della saldatura influenzino la capacità dimensionale e il costo di produzione.
Considerazioni sulle prestazioni meccaniche e sull'ingegneria
Forza e capacità di pressione
I tubi ERW generalmente offrono una buona resistenza per i sistemi a pressione-moderata. Poiché la saldatura viene formata tramite riscaldamento a resistenza e pressione di forgiatura, la giunzione può raggiungere proprietà meccaniche paragonabili al metallo base se adeguatamente controllata. Tuttavia, le limitazioni relative allo spessore delle pareti limitano l'uso degli ERW in tubazioni di grande diametro-a pressione estremamente elevata.
I tubi LSAW, prodotti con piastre spesse e saldatura ad arco sommerso su entrambi i lati-, sono in grado di sopportare pressioni interne elevate. Il processo di formatura ed espansione controllata migliora la rotondità e la distribuzione delle sollecitazioni residue, rendendo LSAW adatto per infrastrutture critiche di condutture.
I tubi SSAW possono anche sopportare pressioni significative, in particolare nei diametri più grandi. Tuttavia, poiché il cordone di saldatura è più lungo a causa della configurazione a spirale, il controllo della qualità tramite test non distruttivi è particolarmente importante per mantenere l'affidabilità.
Precisione dimensionale e tolleranza
I tubi ERW in genere forniscono una precisione dimensionale superiore nelle dimensioni piccole e medie grazie alla lavorazione automatizzata della bobina. I tubi LSAW offrono un eccellente controllo della rotondità e dello spessore delle pareti nei diametri maggiori grazie ai processi di espansione post-. I tubi SSAW possono presentare variazioni dimensionali leggermente maggiori a causa della geometria della formatura a spirale, sebbene le attrezzature moderne abbiano notevolmente migliorato la precisione.
Ispezione e controllo qualità
Tutti e tre i tipi di tubi richiedono test non distruttivi come l'ispezione ultrasonica o radiografica. Per le applicazioni ad alta-pressione, i tubi LSAW e SSAW sono spesso sottoposti a test più rigorosi sui cordoni di saldatura a causa delle sezioni più spesse e degli ambienti di servizio critici.
La tabella seguente mette a confronto le caratteristiche-correlate alle prestazioni.
| Aspetto prestazionale | ERW | LSAW | SAW |
|---|---|---|---|
| Spessore massimo della parete | Moderare | Alto | Da moderato ad alto |
| Livello di pressione adeguato | Da basso a medio | Alto | Da medio ad alto |
| Capacità di grande diametro | Limitato | Eccellente | Eccellente |
| Lunghezza della saldatura | Corto | Corto | Lungo (spirale) |
| Livello di costo tipico | Inferiore | Più alto | Competitivo per i grandi diametri |
Questo confronto mostra come la capacità strutturale aumenta con la complessità della produzione.
Selezione-basata sull'applicazione
Trasmissione di petrolio e gas
Le linee principali di petrolio e gas ad alta-pressione spesso preferiscono i tubi LSAW per la loro resistenza, affidabilità e conformità ai rigorosi standard delle tubazioni. Per le linee di raccolta o i sistemi a pressione- moderata, i tubi ERW vengono spesso selezionati per via dell'efficienza in termini di costi.
I tubi SSAW sono comunemente utilizzati nei sistemi di trasmissione a pressione-grande e con diametro inferiore, dove l'ottimizzazione dei costi è importante.
Uso strutturale e palificazione
Per le colonne strutturali e i pali di fondazione, sono ampiamente utilizzati sia i tubi ERW che SSAW. I tubi SSAW sono particolarmente adatti per palificazioni di grande-diametro grazie all'efficienza produttiva nelle dimensioni più grandi.
Trasmissione dell'acqua e infrastrutture
I sistemi idrici municipali spesso utilizzano tubi SSAW per diametri grandi perché la produzione a spirale consente una produzione- economicamente vantaggiosa di tubi larghi. I tubi ERW sono preferiti per le reti di distribuzione più piccole.
Conclusione
I tubi LSAW, SSAW ed ERW offrono ciascuno vantaggi distinti in base al metodo di produzione, alla capacità dimensionale, alle prestazioni meccaniche e a considerazioni economiche. I tubi ERW forniscono una produzione efficiente e un'elevata precisione dimensionale per diametri da piccoli a medi e applicazioni a pressione moderata. I tubi LSAW offrono resistenza e affidabilità superiori per sistemi di trasmissione ad alta-pressione di grande-diametro. I tubi SSAW offrono soluzioni economiche per condotte di grande-diametro e applicazioni strutturali, in particolare dove si applicano condizioni di pressione moderata. La selezione del tipo di tubo appropriato richiede il bilanciamento dei requisiti di pressione, della gamma di diametri, delle esigenze strutturali e del budget del progetto per ottenere prestazioni ingegneristiche ottimali e affidabilità a lungo termine.
