Giới thiệu
Quy trình sản xuất ống thép xoắn hàn nhúng nóng bắt đầu từ thép cuộn cán nóng được làm phẳng, được định hình nguội thành phôi ống xoắn liên tục, sau đó hàn dọc theo mối hàn xoắn bằng phương pháp hàn hồ quang chìm, và cuối cùng được mạ kẽm nhúng nóng để bảo vệ chống ăn mòn. Tại Bắc Mỹ, toàn bộ quy trình sản xuất tuân thủ các tiêu chuẩn ASTM A252, A53 và A139; tại các khu vực khác, tuân thủ các tiêu chuẩn GB/T 9711 và EN 10219. Đây là lý do tại sao các nhà máy thép đạt tiêu chuẩn sản xuất ống thép xoắn hàn đạt chuẩn có thể cung cấp khả năng thay thế lẫn nhau về các yêu cầu thông số kỹ thuật.
Tại sao ống thép xoắn hàn sử dụng thép cuộn thay vì thép tấm làm nguyên liệu thô?
Ống thép hàn hồ quang chìm xoắn (thường được viết tắt là SSAW) được sản xuất bằng thép cuộn cán nóng hẹp hơn thay vì các tấm thép đơn lẻ. Sự lựa chọn này là chìa khóa để có thể sản xuất ống thép đường kính lớn một cách kinh tế và hiệu quả: thép cuộn có thể được cấp liên tục vào máy định hình trong nhiều giờ mà không cần dừng để thay đổi vật liệu, trong khi ống hàn dọc làm từ thép tấm yêu cầu nạp một tấm thép mới cho mỗi ống được sản xuất.
Bản thân thép cuộn là một sản phẩm cán nóng, được sản xuất ở nhiệt độ trên nhiệt độ kết tinh lại của thép, sau đó được làm nguội và cuộn lại, rồi vận chuyển đến nhà máy ống xoắn. Tất cả các hoạt động tiếp theo—định hình, hàn, định cỡ—diễn ra ở hoặc gần nhiệt độ phòng. Do đó, theo định nghĩa kỹ thuật, định hình ống xoắn là một quá trình định hình nguội được thực hiện trên nền thép cán nóng, chia sẻ các nguyên tắc quy trình tương tự như các dây chuyền cắt theo chiều dài và xẻ rãnh xử lý thép cuộn thành tấm phẳng hoặc dải.
Phân tích từng bước: Từ thép cuộn phẳng đến ống tròn
Mở cuộn và chuẩn bị mép dải thép
Sau khi mở cuộn, thép cuộn được cấp liên tục vào dây chuyền, và đầu dẫn và đầu cuối của các cuộn liên tiếp được nối với nhau bằng hàn đối đầu để đảm bảo dây chuyền sản xuất hoạt động không bị gián đoạn. Trước khi bắt đầu định hình, các mép của dải thép được gia công bằng máy phay mép để tạo góc vát chính xác, vì hình dạng mép quyết định trực tiếp đến độ khớp và chất lượng nóng chảy của cả hai mặt sau khi dải thép được cuộn thành hình dạng ống.
Định hình xoắn
Dải thép đi vào đầu định hình ở một góc cấp liệu cố định. Chính góc cấp liệu này, chứ không chỉ đơn thuần là chiều rộng dải, quyết định đường kính ngoài của ống thép thành phẩm. Khi dải thép tiến về phía trước theo hình xoắn ốc liên tục, mép dẫn của mỗi vòng gặp mép cuối của vòng trước, tạo thành mối hàn xoắn dọc theo đó quá trình hàn diễn ra. Về cơ bản, đây là một quá trình định hình bằng con lăn tuân theo các quy luật kiểm soát kích thước giống như tất cả các quá trình định hình nguội bằng con lăn: thực hiện uốn có kiểm soát, tiến dần và loại bỏ các đoạn mép phẳng còn sót lại trước khi ống được coi là đạt yêu cầu về độ tròn.
Hàn hồ quang chìm (SAW) bên trong và bên ngoài
Ống thép xoắn hàn sử dụng quy trình hàn hồ quang chìm (SAW) hai mặt, trong đó hồ quang được chìm dưới lớp thuốc trợ dung dạng hạt trong quá trình hàn, tạo ra các mối hàn sạch, thâm nhập sâu với ít vảy hàn bắn ra. Vì mối hàn kéo dài theo hình xoắn ốc thay vì chạy thẳng dọc theo trục ống, tổng chiều dài mối hàn của ống thép xoắn hàn thường dài hơn 30% đến 100% so với ống hàn dọc có cùng chiều dài—một sự đánh đổi trong quy trình để liên tục sản xuất ống đường kính lớn bằng cách sử dụng thép cuộn tương đối hẹp.
Cắt theo chiều dài bằng cưa bay
Máy cưa bay phía sau hoạt động đồng bộ với ống thép đang di chuyển, cắt ống thành các chiều dài quy định mà không cần dừng dây chuyền định hình, cho phép nhà máy ống xoắn hoạt động liên tục thay vì theo mẻ. Các đoạn ống đã cắt sau đó được chuyển ra ngoài dây chuyền để kiểm tra và hoàn thiện tiếp theo.
Kiểm tra mối hàn và kích thước
Mỗi mối hàn được kiểm tra bằng phương pháp kiểm tra siêu âm (UT), kiểm tra chụp ảnh phóng xạ (X-Ray), hoặc kết hợp cả hai theo các thông số kỹ thuật cụ thể và ứng dụng cuối cùng; các đường ống chịu áp lực cũng yêu cầu kiểm tra thủy tĩnh toàn bộ chiều dài. Độ ô van, độ dày thành ống và độ thẳng đều được đo theo dung sai cho phép của các tiêu chuẩn áp dụng—ba chỉ số này cũng là tiêu chí cốt lõi để đo lường chất lượng của tất cả các quá trình định hình nguội. Kiểm soát độ lệch ô van trong khoảng 1% đường kính ống và độ mỏng thành ống cục bộ ở mức vài phần trăm của chiều dày danh nghĩa là các mốc chuẩn thường xuyên cho kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt trên các dây chuyền định hình tiêu chuẩn.
Định cỡ, gia công đầu ống, vát mép và kiểm tra cuối cùng
Ống thép đi qua các con lăn định cỡ để hiệu chỉnh độ lệch tròn nhỏ còn sót lại từ quá trình định hình, và các đầu ống được gia công mặt đầu và vát mép để đảm bảo độ vuông góc với trục cho việc hàn lắp ráp hoặc kết nối cơ khí tại hiện trường. Trước khi chuyển sang quy trình mạ kẽm, kiểm tra thủy tĩnh cuối cùng và kiểm tra trực quan hoàn tất tất cả các giai đoạn sản xuất của giai đoạn thép trần.
Mạ kẽm nhúng nóng: Biến ống thép trần thành ống chống ăn mòn
Mạ kẽm là một hoạt động xử lý độc lập, không phải là sản phẩm phụ của nhà máy ống, và tuân theo các nguyên tắc cơ bản giống như mạ kẽm nhúng nóng cho các cấu kiện kết cấu khác. Ống thép trải qua quá trình tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ bằng axit để loại bỏ vảy cán và gỉ sét, rửa sạch, nhúng trợ dung, và sấy khô trước khi được nhúng hoàn toàn vào bể kẽm nóng chảy. Nhiệt độ bể kẽm thường được duy trì trong khoảng từ 450°C đến 470°C, hàm lượng kẽm được kiểm soát ít nhất 98,5%, và một lượng nhỏ nhôm được thêm vào để thúc đẩy sự hình thành lớp phủ sạch, bám dính tốt.
Vì việc mạ kẽm được thực hiện sau khi ống thép đã được định hình, hàn, cắt và kiểm tra hoàn chỉnh (thay vì mạ kẽm trước khi định hình như thép cuộn mạ sẵn), lớp kẽm bao phủ toàn bộ ống thành phẩm, bao gồm cả các mặt đầu đã cắt và toàn bộ mối hàn. Trình tự các hoạt động này quan trọng hơn đối với ống so với hầu hết các loại sản phẩm khác, vì trong quá trình sử dụng thực tế, thiệt hại do ăn mòn là nghiêm trọng nhất nếu có khoảng trống lớp phủ tại các mặt đầu cắt và vị trí mối hàn.
So sánh giữa ống thép hàn hồ quang chìm xoắn (SSAW) và ống hàn dọc
Yếu tố so sánh | Ống thép hàn hồ quang chìm xoắn (SSAW) | Ống hàn dọc (LSAW / ERW) |
Nguyên liệu thô ban đầu | Thép cuộn cán nóng hẹp hơn | Thép tấm rộng (LSAW) hoặc thép cuộn (ERW) |
Phương pháp sản xuất | Sản xuất liên tục; các cuộn được nối đầu-cuối | Sản xuất theo mẻ (thép tấm) hoặc liên tục (cuộn đường kính nhỏ) |
Tổng chiều dài mối hàn mỗi ống | Tăng thêm 30%–100% (mối hàn xoắn) | Ngắn hơn (một mối hàn thẳng dọc duy nhất) |
Phạm vi đường kính áp dụng thực tế | Có khả năng sản xuất đường kính cực lớn bằng thép cuộn hẹp hơn | Đường kính lớn yêu cầu thép tấm cực rộng tương ứng |
Các tình huống ứng dụng điển hình | Cọc ống, đường ống dẫn nước/khí chính, cột kết cấu | Đường ống truyền tải áp suất cao, cấu kiện chịu lực kết cấu quan trọng |
Lợi thế chi phí ở đường kính lớn | Nhìn chung hiệu quả chi phí hơn | Chi phí thép tấm và chi phí xử lý tăng đáng kể theo đường kính |
Các lĩnh vực ứng dụng thực tế của ống thép xoắn hàn mạ kẽm nhúng nóng
Cọc ống thép là ứng dụng gắn liền nhất với tiêu chuẩn ống thép xoắn hàn ASTM A252, thường được sử dụng trong kỹ thuật nền móng, kết cấu công trình biển và tường chắn, nơi bản thân ống thép đóng vai trò là cọc đóng chịu lực hoặc trụ khoan. Trong các ứng dụng này, mạ kẽm kéo dài đáng kể tuổi thọ sử dụng, vì cọc ống tiếp xúc liên tục với đất hoặc nước trong suốt vòng đời của kết cấu với gần như không có cơ hội bảo trì sơn lại.
Đường ống dẫn nước, khí đốt và chất lỏng nói chung đại diện cho một lĩnh vực ứng dụng chính khác, nơi dịch vụ áp suất thấp hơn tuân theo tiêu chuẩn ASTM A139, và các thông số kỹ thuật truyền tải dầu khí tuân theo tiêu chuẩn API 5L. Ngoài ra, ống thép xoắn hàn mạ kẽm nhúng nóng được sử dụng rộng rãi trong các cột kết cấu, trụ lan can và cơ sở hạ tầng nông nghiệp—các tình huống mà việc sử dụng thép cuộn để sản xuất ống chống ăn mòn đường kính lớn kinh tế hơn nhiều so với sử dụng thép tấm.
Các câu hỏi thường gặp (FAQ)
1. Độ bền của ống hàn mối hàn xoắn có cao bằng ống hàn mối hàn dọc không?
Có. Khi được sản xuất theo cùng các tiêu chuẩn áp dụng, bản thân mối hàn xoắn không làm giảm độ bền của ống thép. Độ bền phụ thuộc vào mác thép, chiều dày thành ống và chất lượng mối hàn; bất kể hướng mối hàn, các thông số kỹ thuật và phương pháp kiểm tra cho các chỉ số này vẫn nhất quán.
2. Tại sao chiều dài mối hàn của ống thép xoắn hàn dài hơn ống hàn dọc?
Vì mối hàn đi theo đường xoắn ốc dọc theo ống thép thay vì chạy thẳng theo trục, một ống có cùng chiều dài yêu cầu một mối hàn tuyến tính dài hơn tương ứng để hoàn tất việc khép kín. Đây là một sự đánh đổi trực tiếp trong quy trình để liên tục sản xuất ống đường kính lớn bằng cách sử dụng thép cuộn hẹp hơn nhiều so với chu vi ống.
3. Việc mạ kẽm sau khi hàn có gây ra vấn đề tại mối hàn không?
Không, miễn là mối hàn đã vượt qua kiểm tra chất lượng. Kẽm nóng chảy không phân biệt giữa kim loại nền và kim loại mối hàn—miễn là bề mặt sạch và được xử lý trợ dung đúng cách, nó sẽ phủ đều. Đây chính xác là lý do tại sao mạ kẽm sau khi hoàn thiện toàn bộ (thay vì trước khi gia công) cung cấp khả năng bảo vệ vượt trội cho các sản phẩm hàn.
4. Điều gì quyết định đường kính ống thành phẩm trên dây chuyền ống xoắn?
Nó được quyết định bởi góc định hình mà thép cuộn đi vào đầu định hình, không phải bởi chiều rộng thép cuộn. Cùng một chiều rộng thép cuộn có thể sản xuất ống thép có đường kính khác nhau bằng cách điều chỉnh góc cấp liệu, đây là một trong những lý do tại sao một nhà máy ống xoắn có thể bao phủ một phạm vi rộng các đường kính ống bằng cách sử dụng một số lượng hạn chế các thông số thép cuộn.
Kết luận: Lựa chọn ống thép xoắn hàn dựa trên quy trình, không chỉ dựa trên giá cả
Quy trình sản xuất mới thực sự quyết định liệu một ống thép xoắn hàn mạ kẽm nhúng nóng có đáp ứng các yêu cầu hiệu suất quy định hay không: chất lượng của thép cuộn nguyên liệu, kiểm soát định hình của dây chuyền nhà máy, tính toàn vẹn của mối hàn được xác minh thông qua kiểm tra thực tế (thay vì chỉ dựa vào chứng chỉ), và mạ kẽm được thực hiện sau khi hoàn thiện (thay vì trước đó). Những chi tiết quy trình này quan trọng hơn nhiều so với nội dung cơ bản được thể hiện trong các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn, và chúng đáng để yêu cầu nhà cung cấp giải thích chi tiết trong quá trình mua hàng, thay vì giả định rằng tất cả các ống thép xoắn hàn có báo giá tương tự đều được sản xuất theo cùng một tiêu chuẩn.
*Một phần các quy trình trên được tham khảo từ Sổ tay Quy trình của công ty chúng tôi.