Durchmesseraufweitungstechnologie und Klassifizierung von geradnahtigen Stahlrohren

Hinsichtlich des Schweißprozesses sind die Schweißverfahren für spiralgeschweißte und geradnahtgeschweißte Stahlrohre gleich, jedoch weisen geradnahtgeschweißte Rohre zwangsläufig viele T-förmige Schweißnähte auf, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Schweißfehlern erheblich steigt. Zudem sind die Schweißrückstände an den T-förmigen Schweißnähten stark beansprucht, und das Schweißgut befindet sich oft in einem dreidimensionalen Spannungszustand, was die Rissbildung begünstigt.

Gemäß den Verfahrensvorschriften für das Unterpulverschweißen muss jede Schweißnaht einen Lichtbogenanfangs- und einen Lichtbogenlöschpunkt aufweisen. Beim Schweißen einer Umfangsnaht an einem geraden Rohr kann diese Bedingung jedoch nicht erfüllt werden, wodurch Lichtbogenlöschpunkte und somit weitere Schweißfehler entstehen können.

Wenn Stahlrohre unter Innendruck stehen, entstehen üblicherweise zwei Hauptspannungen in der Rohrwand: die Radialspannung δ und die Axialspannung δ. Die resultierende Spannung δ an der Schweißnaht ergibt sich aus der Formel, wobei α der Steigungswinkel der spiralgeschweißten Rohrnaht ist.

Der Steigungswinkel der spiralgeschweißten Rohrnaht beträgt üblicherweise Grad, daher entspricht die resultierende Spannung an der Spiralnaht der Hauptspannung der geradnahtgeschweißten Rohrnaht. Bei gleichem Betriebsdruck kann die Wandstärke spiralgeschweißter Rohre mit gleichem Durchmesser im Vergleich zu geradnahtgeschweißten Rohren reduziert werden.

Durchmesseraufweitungstechnologie für geradnahtgeschweißte Rohre:
1. Im Vorrundungsstadium werden die Sektorblöcke so weit geöffnet, bis alle Sektorblöcke die Innenwand des Stahlrohrs berühren. Zu diesem Zeitpunkt ist der Radius jedes Punktes im inneren kreisförmigen Rohr des Stahlrohrs innerhalb des Stufenbereichs nahezu gleich, und das Stahlrohr ist vorläufig abgerundet.
2. In der Phase des nominalen Innendurchmessers beginnt der Sektorblock, seine Bewegungsgeschwindigkeit von der vorderen Position aus zu verringern, bis er die erforderliche Position erreicht, die die erforderliche innere Umfangsposition des fertigen Rohrs ist.
3. In der Rückprallkompensationsphase beginnt der Sektorblock, die Geschwindigkeit ausgehend von der Position in Phase 2 weiter zu reduzieren, bis die gewünschte Position erreicht ist. Diese Position entspricht der inneren Umfangsposition des Stahlrohrs vor dem prozessbedingten Rückprall.
4. In der druckerhaltenden und stabilen Phase verbleibt der sektorförmige Block für eine gewisse Zeit an der inneren Umfangsposition des Stahlrohrs, bevor er zurückfedert. Diese druckerhaltende und stabile Phase ist für den Anlagen- und Durchmesseraufweitungsprozess erforderlich.
5. In der Entlastungsphase zieht sich der Sektorblock rasch von seiner inneren Umfangsposition im Stahlrohr zurück, bevor er wieder in seine ursprüngliche Expansionsposition zurückfedert. Dies ist der minimale Kontraktionsdurchmesser des Sektorblocks, der für den Expansionsprozess erforderlich ist.

Klassifizierung vonStahlrohre mit gerader Naht:
1. Hochfrequenzgeschweißte Rohre mit gerader Naht: Hochfrequenzgeschweißte Rohre mit gerader Naht werden aus Stahlband (Coilblech) hergestellt und im Hochfrequenz-Schweißverfahren kontinuierlich auf einer Produktionslinie gefertigt. Die Materialfestigkeit liegt in der Regel unter 450 MPa. Zu den verwendeten Werkstoffen gehören J55, L450, X60, Q235, Q345, Q420 und Q460. Der Durchmesserbereich der Rohre mit gerader Naht liegt zwischen 14 und 610 mm, die Wandstärke zwischen 1 und 23,8 mm. Die Herstellung erfolgt in einem mehrstufigen, kontinuierlichen Formverfahren mit hoher Produktionseffizienz (Produktionsgeschwindigkeit 15–40 m/min). Die Produktionslinie ist mit Anlagen zum Kalibrieren, Richten, Runden und für weitere Bearbeitungsschritte ausgestattet. Die Stahlrohre zeichnen sich durch hervorragende Rundheit, Geradheit und optimale Schweißqualität aus.
2. Längsgeschweißte Rohre: Längsgeschweißte Rohre werden aus einem einzigen Stahlblech durch JCO- oder UO-Umformung, Unterpulverschweißen oder eine Kombination aus Unterpulverschweißen und anderen Schweißverfahren hergestellt. Gängige Profile sind beispielsweise X70, X80 und X120. Der Durchmesserbereich geradlinig geschweißter Rohre liegt zwischen 406 und 1422 mm, die Wandstärke zwischen 8 und 44,5 mm.

Für die Kantenbearbeitung wird Frästechnik eingesetzt. Bei der Umformung verwenden einige Hersteller neben den konventionellen JCO- und UO-Technologien auch fortschrittliche Verfahren wie das progressive Umformen (PFP) und das Walzbiegen (RBE). Beim Schweißen kommen automatische Vorschweißanlagen mit Argon- oder CO₂-Schutzgas sowie spezielle Mehrdraht- (4- und 5-Draht) Innen- und Außen-Unterpulverschweißanlagen zum Einsatz. Als Stromversorgung dienen Rechteckwellen- und Gleichstromquellen. Die Durchmesseraufweitung erfolgt mechanisch über die gesamte Rohrlänge. Die Inspektion umfasst die Online-Fehlerprüfung der Bleche, die automatische radiografische und die automatische Wellenfehlerprüfung sowie die hydraulische Druckprüfung des Stahlrohrs nach dem Schweißen. Nach der Durchmesseraufweitung erfolgt eine sekundäre Online- oder Offline-Fehlerprüfung mittels radiografischer Wellenprüfung.

Beim Sandstrahlen und Entrosten von Stahlrohren mit geraden Nähten wird ein Hochleistungsmotor eingesetzt, der die Sprühdüsen mit hoher Drehzahl antreibt. Dadurch werden Strahlmittel wie Stahlkugeln, Stahlsand, Eisendrahtsegmente und Mineralien unter der starken Zentrifugalkraft des Motors auf die Oberfläche der Stahlrohre gesprüht. Neben der Entfernung von Oxiden, Rost und Schmutz wird durch die Einwirkung der Strahlmittel auf die Oberfläche auch die gewünschte gleichmäßige Rauheit erzielt.

Beim Sandstrahlen und Entrosten von Stahlrohren mit geraden Nähten wird ein Hochleistungsmotor eingesetzt, der die Sprühdüsen mit hoher Drehzahl antreibt. Dadurch werden Strahlmittel wie Stahlkugeln, Stahlsand, Eisendrahtsegmente und Mineralien unter der starken Zentrifugalkraft des Motors auf die Oberfläche der Stahlrohre gesprüht. Neben der Entfernung von Oxiden, Rost und Schmutz wird durch die Einwirkung der Strahlmittel auf die Oberfläche auch die gewünschte gleichmäßige Rauheit erzielt.

Nach der Rostentfernung mittels Sprühverfahren wird nicht nur die physikalische Adsorption an der Stahlrohroberfläche erhöht, sondern auch die mechanische Haftung zwischen der Korrosionsschutzschicht und der Stahlrohroberfläche verbessert. Daher ist die Rostentfernung mittels Sprühverfahren ein ideales Verfahren zur Rostentfernung und Korrosionsschutzbehandlung von Rohrleitungen. Kugelstrahlen wird im Allgemeinen hauptsächlich zur Oberflächenbehandlung der Innenseite von Stahlrohren eingesetzt, während Kugelstrahlen vorwiegend zur Oberflächenbehandlung von Stahlrohren mit geraden Nähten verwendet wird.