لوله فولادی کربنی درز مارپیچی ASTM A139: درجه ها، ساخت و راهنمای کاربرد

لوله درز اسپیرال ASTM A139 چیست؟

ASTM A139/A139M مشخصات استاندارد برای لوله‌های فولادی جوش‌شده برقی-همجوشی (قوسی){3} است که در آن درز به‌صورت مارپیچ شکل می‌گیرد، که معمولاً به‌عنوان درز مارپیچی یا لوله‌های مارپیچی جوش داده می‌شود. این مشخصات اندازه لوله های اسمی 4 اینچ (NPS 4) و بزرگتر را پوشش می دهد که از نوار یا سیم پیچ فولاد کربنی ساخته شده است که به صورت مارپیچ شکل می گیرد و با جوش قوس زیردریایی در سطوح داخلی و خارجی به هم متصل می شود. از آنجایی که درز به‌جای یک خط طولی منفرد به‌صورت مورب در سراسر لوله کشیده می‌شود، لوله در شرایط بارگذاری خاص، رفتار متفاوتی با محصولات جوش‌داده‌شده طولی یا بدون درز دارد و مهندسان باید قبل از مشخص کردن آن، این تفاوت‌ها را درک کنند.

لوله درز مارپیچی به عنوان یک روش اقتصادی برای تولید لوله با قطر بزرگ- از نوار نسبتاً باریک توسعه داده شد. همان عرض سیم پیچ را می توان به سادگی با تغییر زاویه مارپیچ به قطرهای مختلف تبدیل کرد که این فرآیند را برای قطرهای غیر استاندارد بسیار انعطاف پذیر می کند. ASTM A139 چهار درجه به نام های A، B، C و D را به ترتیب افزایش حداقل استحکام تسلیم تشخیص می دهد. این استاندارد همچنین لوله های انتهایی ساده و انتهایی اریب را با سطوح لخت یا پوشش داده شده مطابق توافق بین خریدار و سازنده پوشش می دهد.

توجه به این نکته مهم است که لوله ASTM A139 در درجه اول برای انتقال مایع، بخار، گاز یا هوا در فشارهای متوسط ​​و برای اهداف ساختاری در نظر گرفته شده است. برای سرویس در دمای بالا که در آن مقاومت در برابر خزش مورد نیاز است، در نظر گرفته نشده است، و همچنین به طور خودکار برای سرویس ترش مناسب نیست. این برنامه ها به مشخصات مختلفی مانند ASTM A106، A333، API 5L یا مواد واجد شرایط NACE MR0175/ISO 15156 نیاز دارند و مهندس مسئول باید مشخصات را با شرایط خدمات واقعی مطابقت دهد.

تعیین درجه و خواص مکانیکی

چهار درجه ASTM A139 با حداقل استحکام تسلیم و حداقل استحکام کششی آنها، همانطور که در جداول استاندارد نشان داده شده است، تعریف می شوند. در شرایط SI، مقادیر اسمی مورد استفاده در صنعت تقریباً عبارتند از:

این ارقام مقادیری هستند که بیشتر در متون فنی و مستندات پروژه ذکر شده است. سند حاکم برای هر خرید همیشه نسخه فعلی ASTM A139/A139M همراه با سفارش خرید است. از آنجایی که مشخصات بر اساس شیمی{3}}به جای محصول-شکل- است، سازنده باید مطابق با آنالیز حرارتی، آزمایش کشش، آزمایش‌های مسطح یا خمش و آزمایش هیدرواستاتیک روی هر لوله، دقیقاً مطابق با بندهای مشخصات، مطابقت را نشان دهد.

ترکیب شیمیایی در محدوده تعیین شده توسط استاندارد کنترل می شود. کربن، منگنز، فسفر و گوگرد عناصر اصلی مورد نظارت هستند و محدودیت‌ها به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که مواد با روش‌های معمولی قابل جوش باقی بمانند. برای کاربردهایی که به چقرمگی اضافی نیاز دارند، خریدار می‌تواند مشخصات پایه را با آزمایش ضربه بریدگی Charpy V{2}}، محدودیت در معادل کربن، یا معاینه اولتراسونیک تکمیل کند، که همه آنها باید به جای فرض، در استعلام نوشته شوند.

فرآیند تولید درز حلزونی

تولید لوله درز مارپیچ به صورت پیوسته و بسیار مکانیزه می باشد. یک سیم‌پیچ از نوار فولاد کربنی گرم-نوردیده شده، تراز شده و لبه‌ها-بریده می‌شود، سپس با زاویه مارپیچ کنترل‌شده به دستگاه شکل‌دهی وارد می‌شود. لبه ها به تدریج خم می شوند به طوری که نوار یک استوانه پیوسته را تشکیل می دهد و لبه های کناری توسط فرآیند قوس غوطه ور جوش داده می شوند. از آنجایی که درز با محور لوله موازی نیست، هر دو جوش داخلی و خارجی در امتداد مارپیچ قرار می‌گیرند، به همین دلیل است که این فرآیند به عنوان لوله مارپیچ دو طرفه جوش‌کاری زیرپودری (DSAW) نیز نامیده می‌شود.

زاویه مارپیچ یکی از مهم ترین متغیرهای فرآیند است. زاویه تندتر، طول درز کوتاه‌تری را در هر واحد لوله ایجاد می‌کند، اما همچنین باعث افزایش مولفه باری می‌شود که جوش باید در هنگام تحت فشار قرار گرفتن لوله حمل کند. در عمل، زاویه بهینه‌سازی می‌شود تا جوش، که معمولاً قوی‌تر از فلز اصلی است، عنصر محدودکننده طرح نباشد. این ملاحظات هندسی دلیلی است که لوله مارپیچ می تواند به رفتار ترکیدگی قابل مقایسه با لوله طولی در زمانی که کیفیت جوش معادل است دست یابد.

پارامترهای جوشکاری توسط سیستم‌های حلقه بسته کنترل می‌شوند که جریان، ولتاژ، سرعت حرکت و تغذیه سیم را کنترل می‌کنند. ناحیه جوش معمولاً با آزمایش خودکار اولتراسونیک در دو طرف درز بررسی می شود و انتهای لوله به صورت مکانیکی کالیبره می شود تا گردی پس از جوشکاری بازیابی شود. تلورانس های ابعادی برای قطر، ضخامت دیوار، صافی و مربع انتهایی در برابر استاندارد تأیید می شود، زیرا هندسه ضعیف در انتها یکی از دلایل مکرر مشکلات جوشکاری میدانی است.

تست و تضمین کیفیت

هر طول لوله ASTM A139 تحت آزمایش هیدرواستاتیک قرار می گیرد که در آن لوله با آب پر می شود و تا سطحی که از ضخامت دیواره و قدرت تسلیم درجه محاسبه می شود تحت فشار قرار می گیرد. این آزمایش سفتی{2}}نشتی را تأیید می‌کند و نشان می‌دهد که جوش و فلز اصلی می‌توانند تنش حلقه مورد نیاز را حفظ کنند. فراتر از تست هیدرواستاتیک، این مشخصات به آزمایش‌های مسطح بر روی نمونه‌های معرف نیاز دارد که سلامت و شکل‌پذیری جوش را نشان می‌دهد و آزمایش‌های کششی که طبقه‌بندی مقاومت درجه را تأیید می‌کند.

زمانی که لوله برای انجام وظایف حیاتی تعیین می شود، خریداران معمولاً الزامات تکمیلی را اضافه می کنند: بازرسی 100٪ اولتراسونیک از درز جوش، بررسی رادیوگرافیک جوش های میدانی در محل نصب، شناسایی مواد مثبت در هر گرما، یا{1}}بازرسی شخص ثالث با آزمایش شاهد. این یک رویه استاندارد در صنعت است که به گواهی‌های آزمایش آسیاب (MTR) نیاز داشته باشد که هر گرمای فولاد را به تجزیه و تحلیل شیمیایی و نتایج آزمایش مکانیکی آن ردیابی می‌کند و به کاربر نهایی یک رکورد قابل بازرسی از کیفیت می‌دهد.

حفاظت از سطح، جابجایی و ذخیره سازی

لوله درز مارپیچی آسیاب را با روکش آسیاب می‌سازد که محافظت طولانی‌مدت در برابر خوردگی ندارد. برای سرویس دفن شده، لوله باید از بیرون پوشش داده شود و سیستم پوشش باید بعد از اینکه سطح با ساینده{2}}تمیز کردن حداقل Sa 2.5 و داشتن نمایه سطحی مناسب، اعمال شود. سیستم‌های متداول عبارتند از همجوشی-اپوکسی پیوندی، سه-پلی اتیلن سه لایه یا پلی پروپیلن سه لایه-و سیستم‌های اپوکسی زغال سنگ-یا مایع در پروژه‌های قدیمی‌تر. آسترهای داخلی مانند ملات سیمان یا اپوکسی مایع در جاهایی که سیال منتقل شده خورنده است یا در جاهایی که راندمان جریان باید حفظ شود استفاده می شود.

انضباط ذخیره سازی تأثیر مستقیمی بر عمر لوله دارد. لوله ها را باید روی زمینی صاف با چوب یا خاکریزهای لاستیکی نگهداری کرد تا از خاک دور نشوند، روی هم چیده شوند و محل درز جوش بین لایه ها چرخانده شود تا از بارگذاری نقطه ای روی جوش جلوگیری شود، و دارای کلاهک های محافظ انتهایی باشد تا آب و زباله ها از سوراخ خارج نشوند. در محیط‌های مرطوب یا ساحلی، دوره‌های ذخیره‌سازی باید به حداقل برسد یا لوله‌ها باید در زیر پوشش نگهداری شوند، زیرا حفره‌های سطحی که در انبار شروع می‌شوند، پس از دفن خط از بین نمی‌روند.

ملاحظات مهندسی و طراحی کاربردی

لوله درز مارپیچی به طور گسترده برای-شبکه‌های انتقال آب با قطر بزرگ، سیستم‌های آبیاری، خطوط ورودی و خروجی آب خام، مدارهای آب خنک‌کننده، کانال‌ها و شمع‌بندی، خطوط لایروبی و سیستم‌های جمع‌آوری گاز فشار کم-تا{2}}متوسط ​​استفاده می‌شود. مزیت هزینه آن با افزایش قطر افزایش می یابد، زیرا این فرآیند انرژی و مواد کمتری را در هر واحد لوله تحویلی نسبت به تولید بدون درز معادل مصرف می کند. برای قطرهای بالاتر از حدود 24 اینچ، لوله درز مارپیچی اغلب اقتصادی ترین گزینه موجود است.

مهندسان طراح باید سه نقطه را قبل از تعیین ASTM A139 ارزیابی کنند. ابتدا، فشار کاری باید با تنش مجاز بر اساس درجه و کد طراحی قابل اجرا، با استفاده از همان فرمول ضخامت دیواره{1}}که برای هر لوله جوش داده شده مقایسه شود. دوم، وجود بارهای چرخه ای، حرکت زمین یا خوردگی خارجی باید چقرمگی و الزامات بازرسی اضافی را ایجاد کند. ثالثاً، روش اتصال در میدان باید برنامه‌ریزی شود: جوش-لوله‌های درز مارپیچی از قوانین صلاحیت روش مشابه هر لوله فولادی کربنی پیروی می‌کند، اما محل درز در انتها باید به گونه‌ای مدیریت شود که جوش مارپیچی غلظت تنش را در تقاطع جوش دور ایجاد نکند.

سوالات متداول