Τι είναι ο σωλήνας σπειροειδούς ραφής ASTM A139;
Το ASTM A139/A139M είναι η τυπική προδιαγραφή για ηλεκτρικό-συγκολλημένο χαλύβδινο σωλήνα-σύντηξης (τόξου)-στον οποίο η ραφή σχηματίζεται ελικοειδώς, πιο γνωστό ως σπειροειδής ραφή ή σπειροειδής συγκολλημένος σωλήνας. Η προδιαγραφή καλύπτει ονομαστικά μεγέθη σωλήνων 4 ιντσών (NPS 4) και μεγαλύτερα, κατασκευασμένα από λωρίδα ή πηνίο ανθρακούχου χάλυβα που σχηματίζεται σε έλικα και ενώνεται με συγκόλληση με βυθισμένο τόξο τόσο στην εσωτερική όσο και στην εξωτερική επιφάνεια. Επειδή η ραφή εκτείνεται διαγώνια κατά μήκος του σωλήνα και όχι κατά μήκος μιας ενιαίας διαμήκους γραμμής, ο σωλήνας συμπεριφέρεται διαφορετικά από τα διαμήκη συγκολλημένα ή χωρίς ραφή προϊόντα υπό ορισμένες συνθήκες φόρτωσης και οι μηχανικοί θα πρέπει να κατανοήσουν αυτές τις διαφορές πριν τον προσδιορίσουν.
Ο σωλήνας σπειροειδούς ραφής αναπτύχθηκε ως ένας οικονομικός τρόπος παραγωγής σωλήνα-μεγάλης διαμέτρου από σχετικά στενή λωρίδα. Το ίδιο πλάτος πηνίου μπορεί να διαμορφωθεί σε πολλές διαφορετικές διαμέτρους απλά αλλάζοντας τη γωνία της έλικας, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία εξαιρετικά ευέλικτη για μη-τυπικές διαμέτρους. Το ASTM A139 αναγνωρίζει τέσσερις βαθμούς, που ονομάζονται A, B, C και D, με σειρά αυξανόμενης ελάχιστης αντοχής διαρροής. Το πρότυπο καλύπτει επίσης τόσο το απλό άκρο όσο και το λοξότμητο ακραίο σωλήνα, είτε με γυμνές είτε με επικαλυμμένες επιφάνειες όπως συμφωνήθηκε μεταξύ του αγοραστή και του κατασκευαστή.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο σωλήνας ASTM A139 προορίζεται κυρίως για τη μεταφορά υγρού, ατμού, αερίου ή αέρα σε μέτριες πιέσεις και για δομικούς σκοπούς. Δεν προορίζεται για σέρβις σε υψηλές-θερμοκρασίες όπου απαιτείται αντίσταση ερπυσμού, ούτε είναι αυτόματα κατάλληλο για ξινίλες. Αυτές οι εφαρμογές απαιτούν διαφορετικές προδιαγραφές όπως ASTM A106, A333, API 5L ή υλικά που πληρούν τα κριτήρια NACE MR0175/ISO 15156 και ο υπεύθυνος μηχανικός πρέπει να ταιριάζει με τις προδιαγραφές στις πραγματικές συνθήκες σέρβις.
Ονομασίες Βαθμών και Μηχανικές Ιδιότητες
Οι τέσσερις βαθμοί του ASTM A139 ορίζονται από την ελάχιστη αντοχή διαρροής και την ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού, όπως φαίνεται στους πίνακες του προτύπου. Σε όρους SI, οι ονομαστικές τιμές που χρησιμοποιούνται στον κλάδο είναι περίπου:
| Βαθμός | Ελάχιστη ισχύς απόδοσης | Ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού | Τυπική υπηρεσία |
|---|---|---|---|
| A | 205 MPa (30 ksi) | 330 MPa (48 ksi) | Νερό χαμηλής-πίεσης και αποστράγγιση |
| B | 240 MPa (35 ksi) | 415 MPa (60 ksi) | Γενικό νερό και αέριο χαμηλής-πίεσης |
| C | 290 MPa (42 ksi) | 435 MPa (63 ksi) | Γραμμές νερού και διεργασιών υψηλότερης-πίεσης |
| D | 315 MPa (46 ksi) | 455 MPa (66 ksi) | Απαιτητικό υδραυλικό και δομικό καθήκον |
Αυτά τα στοιχεία είναι οι τιμές που αναφέρονται πιο συχνά στην τεχνική βιβλιογραφία και στην τεκμηρίωση του έργου. το κυβερνητικό έγγραφο για οποιαδήποτε προμήθεια είναι πάντα η τρέχουσα έκδοση του ASTM A139/A139M μαζί με την εντολή αγοράς. Επειδή η προδιαγραφή βασίζεται σε χημεία και όχι σε μορφή προϊόντος
Η χημική σύνθεση ελέγχεται εντός των ορίων που ορίζει το πρότυπο. Ο άνθρακας, το μαγγάνιο, ο φώσφορος και το θείο είναι τα κύρια στοιχεία που παρακολουθούνται και τα όρια επιλέγονται έτσι ώστε το υλικό να παραμένει συγκολλήσιμο με συμβατικές διαδικασίες. Για εφαρμογές που απαιτούν πρόσθετη σκληρότητα, ο αγοραστής μπορεί να συμπληρώσει τη βασική προδιαγραφή με Charpy V{2}}δοκιμή πρόσκρουσης εγκοπής, περιορισμό σε ισοδύναμο άνθρακα ή υπερηχητική εξέταση, τα οποία θα πρέπει να γράφονται στην έρευνα αντί να θεωρούνται.
Η διαδικασία κατασκευής ελικοειδούς ραφής
Η παραγωγή του σωλήνα σπειροειδούς ραφής είναι συνεχής και άκρως μηχανοποιημένη. Ένα πηνίο από λωρίδα από ανθρακούχο χάλυβα θερμής-έλασης ξετυλίγεται, ισοπεδώνεται και κόβεται η ακμή-και στη συνέχεια τροφοδοτείται σε μια μηχανή διαμόρφωσης υπό ελεγχόμενη γωνία έλικας. Οι ακμές κάμπτονται προοδευτικά έτσι ώστε η λωρίδα να σχηματίζει έναν συνεχή κύλινδρο και οι ακμές που εφάπτονται συγκολλούνται με τη διαδικασία του βυθισμένου τόξου. Επειδή η ραφή δεν είναι παράλληλη με τον άξονα του σωλήνα, τόσο οι εσωτερικές όσο και οι εξωτερικές συγκολλήσεις εναποτίθενται κατά μήκος της έλικας, γι' αυτό η διαδικασία αναφέρεται επίσης ως σπειροειδής σωλήνας συγκόλλησης με βυθισμένο τόξο διπλής-όψης (DSAW).
Η γωνία έλικας είναι μια από τις πιο σημαντικές μεταβλητές διεργασίας. Μια πιο απότομη γωνία δημιουργεί μικρότερο μήκος ραφής ανά μονάδα σωλήνα, αλλά αυξάνει επίσης τη συνιστώσα του φορτίου που πρέπει να φέρει η συγκόλληση όταν ο σωλήνας είναι υπό πίεση. Στην πράξη η γωνία βελτιστοποιείται έτσι ώστε η συγκόλληση, η οποία είναι συνήθως ισχυρότερη από το μητρικό μέταλλο, να μην είναι το περιοριστικό στοιχείο του σχεδιασμού. Αυτή η γεωμετρική θεώρηση είναι ο λόγος που ο σπειροειδής σωλήνας μπορεί να επιτύχει συμπεριφορά διάρρηξης συγκρίσιμη με τον διαμήκη σωλήνα όταν η ποιότητα συγκόλλησης είναι ισοδύναμη.
Οι παράμετροι συγκόλλησης ελέγχονται από συστήματα κλειστού-βρόχου που παρακολουθούν το ρεύμα, την τάση, την ταχύτητα διαδρομής και την τροφοδοσία καλωδίων. Η ζώνη συγκόλλησης συνήθως εξετάζεται με αυτοματοποιημένη δοκιμή υπερήχων και στις δύο πλευρές της ραφής και τα άκρα του σωλήνα βαθμονομούνται μηχανικά για να αποκαταστήσουν τη στρογγυλότητα μετά τη συγκόλληση. Οι ανοχές διαστάσεων για τη διάμετρο, το πάχος του τοιχώματος, την ευθύτητα και το τετράγωνο του άκρου επαληθεύονται σε σχέση με το πρότυπο, επειδή η κακή γεωμετρία στα άκρα είναι μια συχνή αιτία προβλημάτων συγκόλλησης πεδίου.
Δοκιμές και Διασφάλιση Ποιότητας
Κάθε μήκος σωλήνα ASTM A139 υποβάλλεται σε υδροστατική δοκιμή, κατά την οποία ο σωλήνας γεμίζεται με νερό και συμπιέζεται στο επίπεδο που υπολογίζεται από το πάχος του τοιχώματος και την αντοχή διαρροής του βαθμού. Η δοκιμή επαληθεύει τη στεγανότητα-διαρροής και αποδεικνύει ότι η συγκόλληση και το μητρικό μέταλλο μπορούν να διατηρήσουν την απαιτούμενη τάση στεφάνης. Πέρα από την υδροστατική δοκιμή, η προδιαγραφή απαιτεί δοκιμές ισοπέδωσης σε αντιπροσωπευτικά δείγματα, τα οποία αποκαλύπτουν τη σταθερότητα και την ολκιμότητα της συγκόλλησης, καθώς και δοκιμές εφελκυσμού που επιβεβαιώνουν την ταξινόμηση αντοχής του βαθμού.
Όταν ο σωλήνας προορίζεται για κρίσιμη εργασία, οι αγοραστές συνήθως προσθέτουν συμπληρωματικές απαιτήσεις: 100% υπερηχητική επιθεώρηση της ραφής συγκόλλησης, ακτινογραφική εξέταση συγκολλήσεων πεδίου στο σημείο εγκατάστασης, θετική αναγνώριση υλικού σε κάθε θερμότητα ή-επιθεώρηση τρίτου μέρους με δοκιμές. Αποτελεί συνήθη πρακτική στη βιομηχανία να απαιτούνται πιστοποιητικά δοκιμών μύλου (MTR) που εντοπίζουν κάθε θερμότητα χάλυβα στα αποτελέσματα της χημικής ανάλυσης και των μηχανικών δοκιμών, δίνοντας στον τελικό χρήστη ένα ελεγχόμενο αρχείο ποιότητας.
Προστασία Επιφανειών, Χειρισμός και Αποθήκευση
Ο σωλήνας σπειροειδούς ραφής αφήνει τον μύλο με φινίρισμα μύλου που δεν προσφέρει μακροπρόθεσμη-διαβρωτική προστασία. Για ενταφιασμό, ο σωλήνας πρέπει να επικαλυφθεί εξωτερικά και το σύστημα επίστρωσης θα πρέπει να εφαρμοστεί αφού η επιφάνεια έχει καθαριστεί με λειαντική-εμβολή τουλάχιστον σε Sa 2,5 και έχει το κατάλληλο προφίλ επιφάνειας. Τα κοινά συστήματα περιλαμβάνουν-συγκολλημένο εποξειδικό υλικό σύντηξης, τρι-πολυαιθυλένιο τριών στρωμάτων ή πολυπροπυλένιο τριών-στρώσεων και εποξειδικά συστήματα-πίσσης ή υγρού άνθρακα σε παλαιότερα έργα. Εσωτερικές επενδύσεις όπως τσιμεντοκονίαμα ή υγρή εποξειδική ουσία χρησιμοποιούνται όταν το μεταφερόμενο ρευστό είναι διαβρωτικό ή όπου πρέπει να διατηρείται η απόδοση ροής.
Η πειθαρχία αποθήκευσης έχει άμεση επίδραση στη διάρκεια ζωής του σωλήνα. Οι σωλήνες πρέπει να φυλάσσονται σε επίπεδο έδαφος με ξυλεία ή καουτσούκ για να τους κρατούν μακριά από το έδαφος, να στοιβάζονται με τη θέση της ραφής συγκόλλησης να περιστρέφεται μεταξύ των στρωμάτων για να αποφευχθεί το σημείο φόρτισης στη συγκόλληση και να είναι εφοδιασμένοι με προστατευτικά ακραία καπάκια για να κρατούν το νερό και τα υπολείμματα έξω από την οπή. Σε υγρά ή παράκτια περιβάλλοντα, οι περίοδοι αποθήκευσης θα πρέπει να ελαχιστοποιούνται ή οι σωλήνες θα πρέπει να φυλάσσονται υπό κάλυψη, επειδή η επιφανειακή κοιλότητα που ξεκινά από την αποθήκευση δεν θα εξαφανιστεί μόλις θαφτεί η γραμμή.
Τεχνολογία Εφαρμογών και Θεωρήσεις Σχεδιασμού
Ο σωλήνας σπειροειδούς ραφής χρησιμοποιείται ευρέως για δίκτυα μεταφοράς νερού μεγάλης-διαμέτρου, συστήματα άρδευσης, γραμμές εισαγωγής και εκροής ακατέργαστου νερού, κυκλώματα νερού ψύξης, οχετούς και πασσάλους, γραμμές βυθοκόρησης και συστήματα συλλογής αερίων χαμηλής-έως-μέτριας πίεσης. Το πλεονέκτημα κόστους του αυξάνεται καθώς αυξάνεται η διάμετρος, επειδή η διαδικασία καταναλώνει λιγότερη ενέργεια και υλικό ανά μονάδα παραδιδόμενου σωλήνα σε σχέση με την αντίστοιχη παραγωγή χωρίς ραφή. Για διαμέτρους πάνω από περίπου 24 ίντσες, ο σωλήνας σπειροειδούς ραφής είναι συχνά η πιο οικονομική διαθέσιμη επιλογή.
Οι μηχανικοί σχεδιασμού θα πρέπει να αξιολογήσουν τρία σημεία πριν καθορίσουν το ASTM A139. Πρώτον, η πίεση λειτουργίας πρέπει να συγκριθεί με την επιτρεπόμενη τάση με βάση τον βαθμό και τον ισχύοντα κώδικα σχεδιασμού, χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο πάχους τοιχώματος- όπως για κάθε συγκολλημένο σωλήνα. Δεύτερον, η παρουσία κυκλικών φορτίων, κίνησης του εδάφους ή εξωτερικής διάβρωσης θα πρέπει να προκαλέσει πρόσθετες απαιτήσεις σκληρότητας και επιθεώρησης. Τρίτον, η μέθοδος σύνδεσης στο πεδίο πρέπει να σχεδιαστεί: η συγκόλληση με πισινό-σωλήνων σπειροειδούς ραφής ακολουθεί τους ίδιους κανόνες πιστοποίησης διαδικασίας όπως κάθε σωλήνας από ανθρακούχο χάλυβα, αλλά η θέση της ραφής στα άκρα πρέπει να γίνεται έτσι ώστε η ελικοειδής συγκόλληση να μην δημιουργεί συγκεντρώσεις τάσεων στη διασταύρωση της περιφέρειας συγκόλλησης.
Συχνές Ερωτήσεις
Το ASTM A139/A139M είναι η τυπική προδιαγραφή για ηλεκτρικό-συγκολλημένο χαλύβδινο σωλήνα-σύντηξης (τόξου)-στον οποίο η ραφή σχηματίζεται ελικοειδώς, πιο γνωστό ως σπειροειδής ραφή ή σπειροειδής συγκολλημένος σωλήνας. Η προδιαγραφή καλύπτει ονομαστικά μεγέθη σωλήνων 4 ιντσών (NPS 4) και μεγαλύτερα, κατασκευασμένα από λωρίδα ή πηνίο ανθρακούχου χάλυβα που σχηματίζεται σε έλικα και ενώνεται με συγκόλληση με βυθισμένο τόξο τόσο στην εσωτερική όσο και στην εξωτερική επιφάνεια. Επειδή η ραφή εκτείνεται διαγώνια κατά μήκος του σωλήνα και όχι κατά μήκος μιας ενιαίας διαμήκους γραμμής, ο σωλήνας συμπεριφέρεται διαφορετικά από τα διαμήκη συγκολλημένα ή χωρίς ραφή προϊόντα υπό ορισμένες συνθήκες φόρτωσης και οι μηχανικοί θα πρέπει να κατανοήσουν αυτές τις διαφορές πριν τον προσδιορίσουν. Ο σωλήνας σπειροειδούς ραφής αναπτύχθηκε ως ένας οικονομικός τρόπος παραγωγής σωλήνα{10}}μεγάλης διαμέτρου από σχετικά στενή λωρίδα. Το ίδιο πλάτος πηνίου μπορεί να διαμορφωθεί σε πολλές διαφορετικές διαμέτρους απλά αλλάζοντας τη γωνία της έλικας, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία εξαιρετικά ευέλικτη για μη{12}}μη τυπικές διαμέτρους. Το ASTM A139 αναγνωρίζει τέσσερις βαθμούς, που ονομάζονται A, B, C και D, με σειρά αυξανόμενης ελάχιστης αντοχής διαρροής. Το πρότυπο καλύπτει επίσης τόσο το απλό άκρο όσο και το λοξότμητο ακραίο σωλήνα, είτε με γυμνές είτε με επικαλυμμένες επιφάνειες όπως συμφωνήθηκε μεταξύ του αγοραστή και του κατασκευαστή. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο σωλήνας ASTM A139 προορίζεται κυρίως για τη μεταφορά υγρού, ατμού, αερίου ή αέρα σε μέτριες πιέσεις και για δομικούς σκοπούς. Δεν προορίζεται για σέρβις σε υψηλές{19} θερμοκρασίες όπου απαιτείται αντίσταση ερπυσμού, ούτε είναι αυτόματα κατάλληλο για σέρβις ξινή. Αυτές οι εφαρμογές απαιτούν διαφορετικές προδιαγραφές όπως ASTM A106, A333, API 5L ή υλικά που πληρούν τα κριτήρια NACE MR0175/ISO 15156 και ο υπεύθυνος μηχανικός πρέπει να ταιριάζει με τις προδιαγραφές στις πραγματικές συνθήκες σέρβις.
Το ισχύον πρότυπο εξαρτάται από το προϊόν και την υπηρεσία: API 5L για σωλήνα γραμμής, ASTM A53 και A106 για σωλήνα από ανθρακούχο χάλυβα, ASTM A312 και A213 για ανοξείδωτο χάλυβα και σειρά ASME B16 για διαστάσεις και εξαρτήματα. η παραγγελία πρέπει να ονομάζει το πρότυπο και την έκδοσή του.
Τα μεγέθη κυμαίνονται από μικρή οπή έως μεγάλη διάμετρο ανά πρότυπο προϊόντος, με πάχος τοιχώματος εκφρασμένο σε αριθμούς χρονοδιαγράμματος από SCH10 έως XXS ή σε χιλιοστά. η σειρά αναφέρει την εξωτερική διάμετρο, το πάχος του τοιχώματος και το μήκος.
Διατίθενται ποιότητες ανθρακούχου χάλυβα, όπως API 5L B έως X70 και ASTM A106 B, κραματοποιημένοι χάλυβες και ποιότητες ανοξείδωτου όπως 304/304L, 316/316L και duplex, καθένα από τα οποία παραδίδεται με πιστοποιημένες χημικές και μηχανικές ιδιότητες.
Κάθε παρτίδα ελέγχεται για χημική σύνθεση, μηχανικές ιδιότητες, διαστάσεις και ακεραιότητα πίεσης, με υδροστατική δοκιμή και μη-μη καταστροφική εξέταση σύμφωνα με το πρότυπο, και το πιστοποιητικό τεκμηριώνει τα αποτελέσματα.
Διατίθενται μαύρες βαμμένες, βερνικωμένες, λαδωμένες, γαλβανισμένες ή επικαλυμμένες επιφάνειες, με απλές, λοξότμητες ή κοχλιωμένες άκρες. πλαστικά καπάκια και ατσάλινα προστατευτικά άκρων προστατεύουν τον σωλήνα κατά τη μεταφορά.
