Стальная труба, сваренная под флюсомЭто ключевой продукт в современных промышленных трубопроводах. Разнообразие производственных процессов и сценариев применения демонстрирует глубокую интеграцию материаловедения и сварочных технологий. Двусторонняя стальная труба с прямым швом, сваренная под флюсом, благодаря своим уникальным структурным свойствам и технологическим преимуществам, занимает незаменимое место в таких областях применения, как магистральные трубопроводы и несущие конструкции зданий. Производственный процесс этого типа стальных труб сочетает в себе автоматизированную сварку с процессами точной формовки. Двусторонняя сварка под флюсом обеспечивает высокую прочность и герметичность сварного шва, что делает этот материал ключевым для обеспечения безопасности передачи энергии.
Во-первых, анализ основного процесса сварки двухсторонних стальных труб прямым швом под флюсом.
Производство двухсторонних стальных труб с прямым швом, сваренных под флюсом, начинается с высокоточной механической обработки высококачественной горячекатаной стальной пластины. Сначала стальная пластина фрезеруется до необходимой ширины на фрезерном станке, затем следует несколько последовательных этапов формовки на формовочном станке JCOE для формирования заготовки трубы с открытым концом. На этапе сварки сердцевины используется двухсторонняя сварка под флюсом: сначала к внутренней стенке заготовки приваривается предварительный шов, затем выполняется сварка под флюсом внешней стенки для завершения основного шва, и, наконец, выполняется ремонтный шов на внутренней стенке. Этот послойный метод сварки обеспечивает проплавление шва более чем на 70% толщины пластины, что значительно повышает прочность соединения. Во время сварки дуга, покрытая слоем флюса, расплавляет металл при высокой температуре 1600 °C. Образующийся шлаковый слой эффективно изолирует воздух, предотвращая такие дефекты, как пористость и шлаковые включения. По сравнению с традиционными трубами, сваренными прямым швом, двухсторонняя сварка под флюсом создает в зоне сварного шва мелкоигольчатую ферритную структуру, что приводит к ударной вязкости, которая более чем на 30% выше, чем у традиционных сварных швов. Онлайн-ультразвуковой контроль и рентгеновский контроль гарантируют, что внутреннее качество сварного шва соответствует международным стандартам, таким как API 5L и GB/T 9711. Типичные изделия, такие как трубы из стали марки X80, имеют предел текучести до 555 МПа и могут выдерживать давление передачи, превышающее 15 МПа. Они широко используются в национальных трубопроводных проектах, таких как газопровод Запад-Восток.
Во-вторых, сравним технические и экономические преимущества двухсторонних стальных труб, сваренных под флюсом прямым швом, и труб, сваренных спиральным швом. Хотя двухсторонние стальные трубы, сваренные под флюсом спиральным швом (например, марки L485M по стандарту GB/T 9711), обладают преимуществами непрерывного производства и больших диаметров, трубы, сваренные прямым швом, превосходят их по стабильности давления и точности размеров. Из-за спирального распределения сварных швов в трубах, сваренных спиральным швом, разложение кольцевых напряжений может привести к слабым местам в условиях высокого давления. В отличие от этого, продольный сварной шов трубы, сваренной прямым швом, подвергается напряжению, выровненному с главным напряжением, что приводит к давлению разрыва, как правило, на 10-15% выше. Сравнительные испытания на проекте нефтепровода показали, что усталостная долговечность труб, сваренных прямым швом, той же спецификации достигла 2 миллионов циклов, что примерно в 1,5 раза выше, чем у труб, сваренных спиральным швом. С точки зрения себестоимости производства, трубы с прямым швом диаметром менее 1420 мм могут достигать коэффициента использования материала в 96%, в то время как трубы со спиральным швом страдают от потерь примерно в 5% из-за ограничений по ширине листа. Однако при сверхбольшом диаметре (например, более 3000 мм) сварные трубы со спиральным швом устраняют необходимость в изготовлении на заказ сверхшироких стальных листов, и их экономические преимущества начинают проявляться. Примечательно, что сварные трубы с прямым швом легче автоматизировать для расширения. Механическое расширение позволяет поддерживать отклонение округлости в пределах 0,5%D, что является ключевым фактором обеспечения точного соединения труб.
В-третьих, инновационные процессы и специальные области применения для стальных труб с прямым швом, сваренных под флюсом с двух сторон.
В последние годы технология сварки труб под флюсом прямым швом продолжает демонстрировать прорывные результаты. В проекте подводного трубопровода в Южно-Китайском море использовались трубы прямого шва из стали марки X65 с двухслойным антикоррозионным покрытием FBE+PP. Благодаря добавлению 0,06% Nb в качестве микролегирующего элемента, их ударная вязкость при низких температурах -40 °C достигла более 220 Дж. В полярном трубопроводостроении трубы из стали марки X100, изготовленные с использованием термомеханического контроля (ТМК), позволили уменьшить толщину стенки на 15% при сохранении превосходной трещиностойкости. Трубы для специализированных применений, таких как атомные электростанции, должны соответствовать требованиям стандарта RCC-M по характеристикам в направлении Z. В трубах прямого шва, используемых в защитной оболочке атомной электростанции, применяются специально подготовленные листы из низкосернистой и фосфорсодержащей стали (S ≤ 0,002%). В сочетании с многопроходной сваркой с узким зазором это позволяет добиться уменьшения толщины поперечного сечения более чем на 75%. В секторе транспортировки угольной пульпы композитные прямошовные трубы с футеровкой из керамического слоя толщиной 6 мм обладают в восемь раз большей износостойкостью, чем обычные стальные трубы.
В-четвертых, тенденции развития отрасли и проблемы производства стальных труб с прямым швом, сваренных под флюсом с двух сторон.
Благодаря развитию интеллектуального производства ведущие отечественные компании оцифровали весь процесс производства сварных труб с прямым швом. На одном из заводов внедрена система MES, позволяющая в режиме реального времени контролировать более 200 параметров, включая сварочный ток (контроль колебаний в пределах ±15 А) и энергию линии (18-22 кДж/см), что повысило процент годной продукции до 99,92%. Однако производство высококачественной стали для трубопроводов по-прежнему зависит от импорта сырья. Например, 80% стальных листов марок X90/X100 должны закупаться у таких компаний, как Nippon Steel. Требования к охране окружающей среды также стимулируют технологические инновации. Использование нового поколения низкодымных флюсов позволило снизить концентрацию пыли в сварочных цехах с 15 мг/м³ до 3 мг/м³. По мере роста спроса на строительство водородных трубопроводов исследования и разработки сварных труб с прямым швом, устойчивых к водородному охрупчиванию, станут ключевым приоритетом. В настоящее время в стране проводятся опытные испытания изделий из стали марки L415H с индексом чувствительности к водородному растрескиванию (HIC) ≤2%. Однако для глубоководных трубопроводов длиной более 1500 метров остается актуальной проблема контроля остаточных напряжений в сварных швах толстостенных труб с прямым швом (≥40 мм).
От суши до моря, от традиционных источников энергии до новых технологий передачи энергии, двухсторонние стальные трубы с прямым швом, сваренные под флюсом, продолжают демонстрировать свою ключевую роль в промышленности. Их технологическая эволюция отражает трансформацию китайского производства от расширения масштабов к повышению качества и открывает безграничные возможности, предоставляемые интеграцией новых материалов и процессов. В контексте углеродной нейтральности эти высокопрочные и долговечные трубопроводные изделия, несомненно, будут играть еще более важную роль в реконструкции глобальной энергетической инфраструктуры.
Дата публикации: 10 сентября 2025 г.