Erstens: Schweißprozess
Im Hinblick auf den Schweißprozess sind die Schweißmethoden vonSpiralstahlrohreBei geraden Nahtrohren ist das Prinzip dasselbe, aber gerade Nahtrohre weisen zwangsläufig viele T-förmige Schweißnähte auf, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Schweißfehlern erheblich steigt. Außerdem sind die Schweißrückstände an den T-förmigen Schweißnähten stark beansprucht, und das Schweißgut befindet sich oft in einem dreidimensionalen Spannungszustand, was die Rissbildung begünstigt.
Spiralrohre werden aus 16Mn-Stahlplatten geschweißt. 16Mn ist eine alte nationale Stahlsorte. Heute zählt sie zu den niedriglegierten, hochfesten Baustählen. Die aktuelle Bezeichnung lautet Q345, wobei Q345 die alte Bezeichnung für 12MnV, 14MnNb und 18Nb, 16MnRE, 16Mn und andere Stahlsorten darstellt und nicht einfach 16Mn-Stahl ersetzt. Auch in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden sich 16Mn und Q345. Wichtiger noch: Aufgrund ihrer unterschiedlichen Streckgrenzen gibt es große Unterschiede in den Dickenklassen der beiden Stahlsorten, was zwangsläufig zu Änderungen der zulässigen Spannungen bei bestimmten Dicken führt. Daher ist es nicht zulässig, die zulässigen Spannungen von 16Mn-Stahl einfach auf Q345-Stahl zu übertragen. Stattdessen muss gemäß den neuen Vorschriften für das Unterpulverschweißen von Stahlrohren jede Schweißnaht einen Lichtbogenbeginn und einen Lichtbogenlöschpunkt aufweisen. Allerdings kann jedes gerade Stahlrohr diese Bedingung beim Schweißen der Umfangsnaht nicht erfüllen, sodass es am Lichtbogenlöschpunkt zu vermehrten Schweißfehlern kommen kann.
Zweitens: Unter Druck
Die zulässige Spannung wird anhand der Materialdickengruppe neu berechnet. Das Verhältnis der Hauptbestandteile von Q345-Stahl entspricht dem von 16Mn-Stahl. Der Unterschied liegt in der Zugabe von Spuren der Legierungselemente Vanadium (V), Titan (Ti) und Niob (Nb). Geringe Mengen dieser Legierungselemente verfeinern das Korn, verbessern die Zähigkeit und erhöhen die mechanischen Eigenschaften des Stahls erheblich. Genau deshalb kann die Dicke der Stahlplatte erhöht werden. Daher sind die mechanischen Eigenschaften von Q345-Stahl besser als die von 16Mn-Stahl, insbesondere seine Tieftemperatureigenschaften, die 16Mn-Stahl nicht aufweist. Die zulässige Spannung von Q345-Stahl ist etwas höher als die von 16Mn-Stahl. Der Kohlenstoffgehalt beträgt maximal 0,2 %. Dieser Stahltyp weist bereits ab Werk die erforderliche mechanische Festigkeit auf, ohne dass Anforderungen an die Legierungszusammensetzung gestellt werden. Das heißt, wenn ein Stahlrohr gemäß den Konstruktionsvorgaben einem Innendruck ausgesetzt wird, entstehen üblicherweise zwei Hauptspannungen in der Rohrwand: die Radialspannung δr und die Axialspannung δa. Die resultierende Spannung δs an der Schweißnaht ergibt sich aus der Formel, wobei α der Steigungswinkel der spiralgeschweißten Stahlrohrnaht ist. Der Steigungswinkel der spiralgeschweißten Stahlrohrnaht beträgt üblicherweise 10 Grad, sodass die resultierende Spannung an der Spiralschweißnaht der Hauptspannung des geradnahtgeschweißten Stahlrohrs entspricht. Bei gleichem Betriebsdruck kann die Wandstärke von spiralgeschweißten Rohren mit gleichem Durchmesser im Vergleich zu geradnahtgeschweißten Stahlrohren reduziert werden.
Die mechanische Festigkeit wird direkt ohne Wärmebehandlung ausgewählt. Q345 bedeutet, dass die Streckgrenze dieses Materials 345 MPa erreichen kann.
Veröffentlichungsdatum: 28. September 2023