กระบวนการหลัก เศรษฐศาสตร์เชิงเทคนิค และการใช้งานของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงสองด้านแบบเชื่อมด้วยอาร์คจุ่ม

ท่อเหล็กเชื่อมด้วยกระบวนการอาร์คใต้น้ำท่อเหล็กเป็นผลิตภัณฑ์สำคัญในอุตสาหกรรมท่อส่งสมัยใหม่ แสดงให้เห็นถึงการบูรณาการอย่างลึกซึ้งระหว่างวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีการเชื่อม ผ่านกระบวนการผลิตและสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ท่อเหล็กเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสองด้านที่มีตะเข็บตรง ด้วยสมรรถนะเชิงโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยี จึงครองตำแหน่งที่ขาดไม่ได้ในท่อส่งระยะไกลและโครงสร้างรองรับอาคาร กระบวนการผลิตท่อเหล็กประเภทนี้ผสานรวมเทคโนโลยีการเชื่อมแบบอัตโนมัติและกระบวนการขึ้นรูปที่แม่นยำ ทำให้ได้ความแข็งแรงสูงและประสิทธิภาพการปิดผนึกสูงของตะเข็บเชื่อมผ่านการเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสองด้าน จึงเป็นวัสดุสำคัญในการรับรองความปลอดภัยของการส่งพลังงาน

อันดับแรก การวิเคราะห์กระบวนการหลักของการเชื่อมท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงสองด้านด้วยการเชื่อมแบบจุ่มอาร์ค
การผลิตท่อเหล็กเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสองด้านเริ่มต้นด้วยการแปรรูปแผ่นเหล็กแผ่นรีดร้อนคุณภาพสูงอย่างแม่นยำ ขั้นแรก แผ่นเหล็กจะถูกแปรรูปให้ได้ความกว้างที่ต้องการโดยใช้เครื่องกัด จากนั้นจึงผ่านกระบวนการอัดขึ้นรูปหลายขั้นตอนบนเครื่องขึ้นรูป JCOE เพื่อขึ้นรูปเป็นท่อเปล่า ขั้นตอนการเชื่อมแกนกลางใช้กระบวนการเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสองด้าน: ขั้นแรก จะทำการเชื่อมรอยเชื่อมเบื้องต้นที่ผนังด้านในของท่อเปล่า จากนั้นจึงทำการเชื่อมรอยเชื่อมหลักให้เสร็จสมบูรณ์โดยใช้การเชื่อมแบบจุ่มอาร์คที่ผนังด้านนอก และสุดท้าย ทำการเชื่อมเสริมที่ผนังด้านใน วิธีการเชื่อมแบบหลายชั้นนี้ช่วยให้การแทรกซึมของรอยเชื่อมสูงถึงกว่า 70% ของความหนาของแผ่นเหล็ก ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของรอยเชื่อมได้อย่างมาก ในระหว่างการเชื่อม อาร์คใต้ชั้นฟลักซ์จะหลอมโลหะที่อุณหภูมิสูงถึง 1600℃ ก่อให้เกิดชั้นสแลกป้องกันที่ช่วยป้องกันอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันรูพรุนและสิ่งเจือปนในสแลก
เมื่อเปรียบเทียบกับท่อเหล็กเชื่อมตรงแบบธรรมดา การเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสองด้านจะสร้างโครงสร้างเฟอร์ไรต์ละเอียดคล้ายเข็มในบริเวณรอยเชื่อม ทำให้ความทนทานต่อแรงกระแทกเพิ่มขึ้นกว่า 30% การทดสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิคและการตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์แบบออนไลน์ช่วยให้มั่นใจได้ว่าคุณภาพภายในของรอยเชื่อมเป็นไปตามมาตรฐานสากล เช่น API 5L หรือ GB/T 9711 ผลิตภัณฑ์ทั่วไป เช่น ท่อเหล็กเกรด X80 มีความแข็งแรงคราสูงสุดถึง 555 MPa และสามารถทนต่อแรงดันส่งผ่านได้เกิน 15 MPa ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงการท่อส่งระดับชาติ เช่น ท่อส่งก๊าซตะวันตก-ตะวันออก

ประการที่สอง คือ การเปรียบเทียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจกับท่อเหล็กเชื่อมแบบเกลียว
แม้ว่าท่อเหล็กเชื่อมแบบเกลียวสองด้าน (เช่น เหล็กเกรด L485M ตามมาตรฐาน GB/T 9711) จะมีข้อดีในด้านการผลิตต่อเนื่องและขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ แต่ท่อเหล็กเชื่อมแบบตรงนั้นเหนือกว่าในด้านความเสถียรในการรับแรงดันและความแม่นยำของขนาด เนื่องจากรอยเชื่อมของท่อเหล็กแบบเกลียวเรียงตัวเป็นเกลียว การกระจายความเค้นตามแนวเส้นรอบวงภายใต้สภาวะแรงดันสูงอาจทำให้เกิดจุดอ่อน ในขณะที่รอยเชื่อมตามแนวยาวของท่อเหล็กเชื่อมแบบตรงจะรับแรงในทิศทางเดียวกับความเค้นหลัก และแรงดันแตกมักจะสูงกว่า 10%-15% การทดสอบเปรียบเทียบในโครงการท่อส่งน้ำมันแสดงให้เห็นว่าอายุการใช้งานของท่อเหล็กเชื่อมแบบตรงที่มีข้อกำหนดเดียวกันนั้นสูงถึง 2 ล้านรอบ ซึ่งสูงกว่าท่อเหล็กเชื่อมแบบเกลียวประมาณ 1.5 เท่า จากมุมมองด้านต้นทุนการผลิต อัตราการใช้ประโยชน์จากวัสดุของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1420 มม. สามารถสูงถึง 96% ในขณะที่ท่อเหล็กเชื่อมแบบเกลียวมีการสูญเสียวัสดุเศษเหลือประมาณ 5% เนื่องมาจากข้อจำกัดด้านความกว้างของแผ่นเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในด้านขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่พิเศษ (เช่น 3000 มม. ขึ้นไป) ท่อเหล็กเชื่อมแบบเกลียวไม่จำเป็นต้องใช้แผ่นเหล็กที่มีความกว้างพิเศษตามสั่ง และข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจของท่อเหล็กเชื่อมแบบเกลียวก็เริ่มปรากฏให้เห็น ที่สำคัญคือ ท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงนั้นง่ายต่อการทำให้เป็นระบบอัตโนมัติด้วยกระบวนการขยายเส้นผ่านศูนย์กลาง การขยายตัวทางกลช่วยให้สามารถควบคุมความเบี่ยงเบนของความกลมได้ภายใน 0.5%D ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองความแม่นยำของการเชื่อมต่อท่อ

ประการที่สาม กระบวนการที่เป็นนวัตกรรมและสถานการณ์การใช้งานพิเศษ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการเชื่อมท่อแบบอาร์คใต้น้ำด้วยตะเข็บตรงได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง: ในโครงการท่อส่งใต้ทะเลในทะเลจีนใต้ ท่อเหล็กเกรด X65 แบบตะเข็บตรงเคลือบสารป้องกันการกัดกร่อนสองชั้น FBE+PP โดยการเติมธาตุผสมไมโคร Nb 0.06% สามารถรับแรงกระแทกได้มากกว่า 220J ที่อุณหภูมิ -40℃ นอกจากนี้ ในการก่อสร้างท่อส่งในเขตขั้วโลก ท่อเหล็กเกรด X100 ที่ผลิตโดยใช้กระบวนการควบคุมทางความร้อนและเชิงกล (TMCP) สามารถลดความหนาของผนังท่อลงได้ 15% ในขณะที่ยังคงรักษาความต้านทานการแตกร้าวได้ดีเยี่ยม
ในงานเฉพาะทาง เช่น ท่อในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จำเป็นต้องปฏิบัติตามตัวชี้วัดประสิทธิภาพในทิศทาง Z ตามมาตรฐาน RCC-M ท่อเหล็กตะเข็บตรงสำหรับถังบรรจุของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ใช้แผ่นเหล็กกำมะถันฟอสฟอรัสสูตรพิเศษที่มีปริมาณกำมะถันต่ำ (S≤0.002%) ร่วมกับกระบวนการเชื่อมแบบหลายรอบที่มีช่องว่างแคบ ทำให้ได้อัตราการลดพื้นที่ในทิศทางความหนามากกว่า 75% ในด้านการขนส่งถ่านหินเหลว ท่อเหล็กตะเข็บตรงแบบผสมที่มีการบุด้วยเซรามิกหนา 6 มม. มีความต้านทานการสึกหรอสูงกว่าท่อเหล็กธรรมดาถึงแปดเท่า และมีอายุการใช้งาน 15 ปีในโรงงานเตรียมถ่านหินแห่งหนึ่งในมณฑลชานซี

ประการที่สี่ แนวโน้มและความท้าทายในการพัฒนาอุตสาหกรรม
ด้วยความก้าวหน้าของการผลิตอัจฉริยะ บริษัทชั้นนำในประเทศได้ประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนกระบวนการผลิตท่อเหล็กเชื่อมตรงให้เป็นระบบดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ระบบ MES ของโรงงานสามารถตรวจสอบพารามิเตอร์มากกว่า 200 รายการแบบเรียลไทม์ รวมถึงกระแสเชื่อม (ความผันผวนถูกควบคุมภายใน ±15A) และพลังงานเชิงเส้น (18-22kJ/cm) ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราคุณภาพของผลิตภัณฑ์เป็น 99.92% อย่างไรก็ตาม ในด้านวัตถุดิบ เหล็กท่อคุณภาพสูงยังคงต้องพึ่งพาการนำเข้า ตัวอย่างเช่น เหล็กแผ่นเกรด X90/X100 ถึง 80% ต้องซื้อจากบริษัทอื่น

ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมยังเป็นแรงผลักดันให้เกิดนวัตกรรมทางเทคโนโลยี การใช้ฟลักซ์เชื่อมแบบใหม่ที่มีควันน้อยได้ลดความเข้มข้นของฝุ่นในโรงงานเชื่อมจาก 15 มก./ลบ.ม. เหลือ 3 มก./ลบ.ม. ในอนาคต ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการก่อสร้างท่อส่งพลังงานไฮโดรเจน การวิจัยและพัฒนาท่อเหล็กตะเข็บตรงที่ทนต่อการเปราะแตกเนื่องจากไฮโดรเจนจะกลายเป็นจุดสนใจหลัก ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์เหล็กเกรด L415H ที่มีดัชนีความไวต่อการแตกร้าวเนื่องจากไฮโดรเจน (HIC) ≤2% ได้ถูกทดลองผลิตในประเทศแล้ว อย่างไรก็ตาม ในด้านท่อส่งใต้ทะเลลึกที่ระดับความลึกมากกว่า 1500 เมตร ความท้าทายในการควบคุมความเค้นตกค้างจากการเชื่อมในท่อเหล็กตะเข็บตรงผนังหนา (≥40 มม.) ยังคงต้องได้รับการแก้ไข

จากบนบกถึงในทะเล จากพลังงานแบบดั้งเดิมไปจนถึงการส่งพลังงานรูปแบบใหม่ ท่อเหล็กเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสองด้านแบบตะเข็บตรงยังคงแสดงให้เห็นถึงคุณค่าหลักในฐานะหัวใจสำคัญของอุตสาหกรรม การพัฒนาทางเทคโนโลยีสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของการผลิตของจีนจากการขยายขนาดไปสู่การปรับปรุงคุณภาพ และบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ที่ไร้ขีดจำกัดที่เกิดจากการบูรณาการวัสดุและกระบวนการใหม่ๆ ในบริบทของความเป็นกลางทางคาร์บอน ผลิตภัณฑ์ท่อส่งนี้ซึ่งรวมความแข็งแรงสูงและอายุการใช้งานยาวนาน จะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในการปรับโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานของโลกอย่างไม่ต้องสงสัย