Detaillierte Erläuterung des Pfahl-Eintreibens von Stahlrohren mit gerader Naht

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Das Rammen von Stahlrohren mit gerader Naht ist die Kernkategorie des Schweißens von Stahlrohren für Pfähle. Dabei handelt es sich um Hohlprofil-Stahlrohrbauteile mit Schweißnähten parallel zur Längsachse des Stahlrohrs, die insbesondere bei Gründungsprojekten für Pfahlgründungen zum Einsatz kommen. Sie sind die Hauptmaterialien für Stahlrohrpfähle und Mantelrohre in der modernen Geotechnik. Je nach Herstellungsverfahren können sie in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: „Straight Seam Submerged Arc Welding Steel Pipes (LSAW, die absolute Hauptkraft für dickwandige Pfähle mit großem {{4}Durchmesser, die über 70 % des High-End-Pfahlrohrmarkts ausmachen)“ und „Straight Seam High Frequency Resistance Welding Steel Pipes (ERW/HFW, wirtschaftliche Pfahlrohre mit mittlerem und kleinem Durchmesser)“. Die beiden weisen klare Unterschiede in Bezug auf Leistung, Spezifikationen und anwendbare Szenarien auf.

Die Kernfunktion des Pfahlstahlrohrs mit gerader Naht besteht darin, vertikale Lasten zu tragen, die Kräfte von der oberen Struktur auf die tiefe, stabile Bodenschicht zu übertragen und außerdem seitlichen Bodendruck, Wasserdruck und horizontale Lasten aufzunehmen. Es wird hauptsächlich in vier Bereichen des Ingenieurwesens angewendet:

1. Pfahlgründungen für Superhochhäuser und schwere-Gebäude: Kernsäulen von Bürohochhäusern und großen Veranstaltungsorten, die herkömmliche Betonpfähle ersetzen und die Pfahllänge und Bauzeit erheblich verkürzen.
2. Brücken und Transportpfahlgründungen: Brückenpfeiler von Cross{0}}River- und Cross{1}}Brücken, hohe-gewölbte Eisenbahnviadukte. Dickwandige LSAW-Rohre können dynamischen Belastungen und Biegemomenten standhalten und eignen sich für tiefes Wasser und weiche Bodenbedingungen.
3. Meeres- und Windkrafttechnik:Einzelpfahlgründungen für Offshore-Windenergie, Pfeiler für Docks, Cross-Sea-Kofferdämme. Es muss die vertikale Tragfähigkeit und Meerwasserkorrosion sowie Wellenstoßbelastungen berücksichtigen und ist das bevorzugte Verfahren für Schiffspfahlrohre.
4. Kommunal- und Unterstützungstechnik:Bohrpfähle zur Fundamentunterstützung, schwimmende Pfähle, Stahlgehäuse für Ortbetonpfähle. ERW-Rohre werden hauptsächlich für flache Fundamentgruben und temporäre Stützen verwendet, während LSAW-Rohre für dauerhafte Strukturen in tiefen Fundamentgruben verwendet werden.

Im Projekt gibt es zwei Antragsformen:

1. End-Lager-/Reibungsstahlpfähle:Die Stahlrohre werden direkt in die Bodenschicht gerammt und verlassen sich dabei auf den Endwiderstand und die Seitenreibung der Pfähle, um die Last zu tragen. Sie können auch innen mit Beton gefüllt werden, um die Tragfähigkeit weiter zu erhöhen;
2. Vergusspfahlummantelung:Die Stahlrohre dienen als temporäre oder dauerhafte Schutzwände. Um den Einsturz des Lochs zu verhindern, werden Innenbohrungen durchgeführt und Beton gegossen. Sie eignen sich für lockere und wasserreiche Bodenschichten.

3.1 Spiralnaht-unterpulvergeschweißtes Stahlrohr (LSAW) - JCOE-Prozess (Hauptprozess für dickwandige Pfähle mit großem-Durchmesser-)

Das JCOE-Verfahren ist das am häufigsten verwendete Umformverfahren für dickwandige Spiralnahtrohre, die für Pfähle verwendet werden. Ein einzelnes Stahlblech wird Schritt für Schritt pressgeformt und eignet sich für alle Spezifikationen von Pfahlrohren mit einer Wandstärke von 12 bis 80 mm und einem Durchmesser von 400 bis 3200 mm. Der gesamte Prozess besteht aus 16 Kernverfahren:

1. Rohstoffinspektion im Werk:

Bei den verwendeten Rohmaterialien handelt es sich um warm-gewalzte, kontrollierte-Walz- und kontrollierte-Kühlstahlplatten (TMCP), wobei die Hauptmaterialien Q355B/C/D, Q390, S355JR usw. niedrig-legierte hoch-Stähle sind. Vor der Einlieferung in die Fabrik wird eine 100-prozentige Ultraschallprüfung durchgeführt, um die Stahlplatten auf interne Schicht- und Schlackenfehler zu prüfen. Gleichzeitig werden die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften und Maßabweichungen überprüft.

2. Kantenfräsbearbeitung:

Die Kanten der Stahlplatten werden mit einer Fräsmaschine präzise gefräst, um die Breitenabweichung zu korrigieren. Gleichzeitig werden Schweißnuten (meist X-förmig oder V-förmig) bearbeitet, um die Einbrand- und Schweißnahtbildungsqualität für das spätere Schweißen sicherzustellen.

3. Kantenvor-biegen:

Die Kanten der Stahlplatten werden mithilfe einer Rollen- oder Form-Vorbiegemaschine auf die gewünschte Krümmung vorgebogen, um „birnenförmige Spitzen“-Defekte im Rohrkörper nach dem Formen zu vermeiden und sicherzustellen, dass der Schweißnahtbereich eine qualifizierte Rundheit aufweist, wodurch der Verformungsrückprall verringert wird.

4. JCO Schritt-für-Schritt-Formularg:
(Die Stahlplatten gelangen in die Portalpressmaschine und werden schrittweise in drei Schritten geformt.)

- Im ersten Schritt wird eine Seite der Stahlplatte in eine J-Form gepresst;

- Der zweite Schritt drückt die andere Seite symmetrisch in eine C-Form;

- Abschließend werden die Nähte zu einem offenen, O-förmigen Rohrblock zusammengefügt.Dieser Prozess ist flexibel und kann schnell zwischen Spezifikationen wechseln und sich an individuelle Bestellungen für Pfahlgründungen in mehreren -Chargen und kleinen -Chargen anpassen.

5. Positionierung vor dem Schweißen

Beim Metall-Schutzgasschweißen (GMAW) wird ein kontinuierliches Punktschweißen an der Naht des offenen Rohrblocks durchgeführt, um ihn zu fixieren. Dadurch wird die Rundheit des Rohrblocks und ein gleichmäßiger Schweißspalt sichergestellt und eine Fehlausrichtung und ein Durchbrennen während des Hauptschweißvorgangs verhindert.

6. Doppelseitiges Unterpulver-Hauptschweißen

Dies ist der Kernprozess, der die Schweißnahtfestigkeit bestimmt. Es verwendet das Innenschweißen + Außenschweißen mit zwei -Positionen und mehreren -Draht-Unterpulverschweißverfahren:

- Beim Innenschweißen handelt es sich normalerweise um ein 4-Draht-Reihen-Unterpulverschweißen, beim Außenschweißen um ein 3-Draht-Parallelschweißen. Die Schweißgeschwindigkeit beträgt 1,2–1,8 m/min und der Wärmeeintrag wird präzise auf 18–25 kJ/cm gesteuert;

- Das Schweißmittel deckt den Lichtbogen ab, um die Luft zu isolieren, wodurch eine gleichmäßige Eindringtiefe der Schweißnaht und eine dichte Struktur gewährleistet werden. Die endgültige Zugfestigkeit der Schweißnaht ist nicht geringer als die des Grundmaterials selbst.

7. Zerstörungsfreie Prüfung der ersten Runde

Unmittelbar nach dem Schweißen wird eine 100-prozentige Ultraschallprüfung (UT) + Röntgen-Industriefernsehprüfung durchgeführt, um auf interne Defekte wie Poren, Schlackeneinschlüsse, unvollständige Verschmelzung und unvollständige Eindringung zu prüfen. Unqualifizierte Rohrkörper werden direkt repariert oder verschrottet.

8. Mechanische Erweiterung

Das gesamte Stahlrohr wird über seine gesamte Länge mechanisch aufgeweitet. Dies ist ein Schlüsselprozess, der LSAW-Pfahlrohre von anderen geschweißten Rohren unterscheidet:

- Der Expansionskopf dehnt den Rohrkörper radial aus, wobei die Verformung normalerweise 0,8 %–1,5 % beträgt;

- Der Zweck besteht darin, Schweißeigenspannungen zu beseitigen, die Rohrkörperspannung gleichmäßig zu verteilen und die Maßhaltigkeit deutlich zu verbessern. Die Elliptizitätsabweichung kann innerhalb von ±1,5 mm kontrolliert werden, wodurch die Koaxialität während der Rammverbindung gewährleistet wird.

9. Hydrauliktest

Für jedes Rohr wird eine statische Wasserdruckprüfung durchgeführt, wobei der Prüfdruck gemäß den Normen und Konstruktionsanforderungen festgelegt wird. Die Nachdruckzeit beträgt mindestens 10 Sekunden, um die Gesamtdichtleistung und die Druckbelastbarkeit des Rohrkörpers zu überprüfen. Das Gerät zeichnet den Druckverlauf automatisch auf und archiviert ihn.

10. Rohrendenbearbeitung und Endkontrolle

Die Rohrenden sind für die Standard-Schweißnutbearbeitung abgeschrägt und abgeflacht. Anschließend wird die zweite Runde der erneuten Ultraschall- und Röntgenprüfung in Kombination mit der Magnetpulverprüfung am Rohrende abgeschlossen, um auf Sekundärfehler zu prüfen, die bei den Expansions- und Wasserdruckprozessen auftreten können.

11. Korrosionsschutz und Lieferung des fertigen Produkts

Der Korrosionsschutz wird gemäß den technischen Anforderungen durchgeführt (normales Epoxidharz, 3PE-Hochleistungs-Korrosionsschutz, Korrosionsbeschichtung für den Schiffsbau). Anschließend wird das Rohr markiert, gewogen und vor der Lieferung ein Qualitätszertifikat ausgestellt.

3.2 Kontinuierlicher Umformprozess für hochfrequenz-widerstandsgeschweißte Stahlrohre mit gerader Naht (ERW/HFW)

Dieses Verfahren wird hauptsächlich für kostengünstige Rohrabschnitte mit kleinem und mittlerem Durchmesser verwendetDurchmesser kleiner oder gleich 600 mm und eine Wandstärke kleiner oder gleich 16 mm. Es verwendet warm-gewalzte Stahlbänder als Rohmaterial und wird kontinuierlich produziert, was sich durch hohe Effizienz und niedrige Kosten auszeichnet:

1. Nachdem das Stahlband abgewickelt, gerichtet und an der Kante geschnitten wurde, wird es durch mehrere Rollensätze kontinuierlich zu einem runden Rohrbarren gerollt.
2. Unter Ausnutzung des Hauteffekts des hochfrequenten Induktionsstroms wird die Kante des Rohrbarrens sofort in einen geschmolzenen Zustand erhitzt und durch den Druck der Extrusionswalzen wird eine Festphasenverschweißung ohne Zusatzmetall erreicht.
3. Die Grate an den inneren und äußeren Schweißnähten werden online abgekratzt und die Schweißnähte werden einem mittelfrequenten Warmanlassen für eine mittelfrequente Wärmebehandlung unterzogen, um die Körner zu verfeinern und die spröde Schweißstruktur zu beseitigen.
4. Das Rohr wird begradigt und entsprechend dem Durchmesser korrigiert, mit einer fliegenden Säge auf eine feste Länge geschnitten, einer Wasserdruckprüfung und einer Wirbelstromprüfung unterzogen und anschließend im Lager eingelagert.

Im Vergleich zu spiralnahtgeschweißten Rohren und nahtlosen Stahlrohrpfählen ist das gerammte gerade Nahtstahlrohr (insbesondereDas LSAW-Verfahren verfügt über unersetzliche technische Vorteile:

1. Hohe Schweißzuverlässigkeit
Die Länge der geraden Nahtschweißnaht ist viel kürzer als die von Spiralnahtrohren gleicher Spezifikation, und die Gesamtwahrscheinlichkeit von Schweißfehlern ist geringer; Die Schweißnaht ist in Längsrichtung entlang des Rohrkörpers verteilt, was für einen besseren Spannungszustand sorgt, wenn die Pfahlgründung axialer Kompression und Biegung ausgesetzt ist, ohne den Scherspannungsüberlagerungseffekt von Spiralschweißnähten, und eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Hämmerstöße aufweist.

2. Hervorragende Maßgenauigkeit und Rundheit
Nach der mechanischen Aufweitung von LSAW-Rohren sind die Abweichung des Außendurchmessers, die Elliptizität und die Geradheit deutlich besser als bei spiralgeschweißten Rohren. Der Verbindungsfehler an den Rohrenden ist gering und die Effizienz der Pfahlverbindungskonstruktion vor Ort ist hoch. Während des Rammvorgangs ist es aufgrund der schlechten Koaxialität weniger wahrscheinlich, dass sich der Pfahlkörper verbiegt.

3. Die dickwandige Struktur ist gut kompatibel mit hochfestem Stahl.
Es können hochfeste, dickwandige Rohre mit einer Wandstärke von über 80 mm und einer Stahlgüte von S460ML/X80 hergestellt werden. Diese Rohre eignen sich für Szenarien mit extrem hohen Belastungen wie extrem tiefe Gründungspfähle und Schiffsbau. Dies können ERW-Rohre, Spiralrohre und die meisten nahtlosen Rohre nicht erreichen.

4. Geringe Eigenspannung, ausgezeichnete ErmüdungresiHaltung
Durch den Aufweitungsprozess können über 80 % der Schweißeigenspannungen beseitigt werden. Die Spannungsverteilung des Rohrkörpers ist gleichmäßig und er verfügt über eine stärkere Anti-Ermüdungsrissfestigkeit bei langfristiger dynamischer Belastung und hin- und hergehenden Belastungen. Es eignet sich für Pfahlgründungen mit dynamischer Belastung wie Brücken und Windkraftanlagen.

5. Hervorragende Gesamtkosten-effektivität
Bei gleicher Tragfähigkeit sind die Kosten 30 bis 50 % niedriger als bei nahtlosen Stahlrohren; Bei gleichen Spezifikationen ist die Leistung besser als bei Spiralnahtrohren, bei nur geringfügig höherem Stückpreis. Bei hochwertigen Pfahlgründungsprojekten sind die Gesamtvorteile am größten.

Für das gerammte Stahlrohr mit gerader Naht gelten klare Industrie- und nationale Standards. Die wichtigsten Kontrollmaße sind wie folgt:

4.1 Mainstream-Ausführungsstandards

• Inländischer allgemeiner Standard: SY/T 5040-2012 „Geschweißte Stahlrohre für Pfähle“, einschließlich Bauwesen, Kommunaltechnik und gewöhnliche Brückenpfahlrohre;
• Spezialisiert auf Schiffstechnik: GB/T 37636-2019 „Welded Steel Pipes for Marine Engineering Piles“, mit höheren Anforderungen an Rundheit, Tieftemperaturzähigkeit und Korrosionsschutz;
• Internationaler allgemeiner Standard:ASTM A252/A252M „Spezifikation für geschweißte und nahtlose Stahlrohrpfähle“, weit verbreitet in Exportprojekten.

4.2 Technische Kernanforderungen

1. Rohstoffe und chemische Zusammensetzung
Das Rohmaterial sind warm-gewalzte Stahlplatten/Stahlbänder. Bei den Stahlsorten handelt es sich hauptsächlich um Kohlenstoffbaustahl (Q235B) und niedrig-legierten Baustahl mit hoher-Festigkeit (Q355-, Q390-, S355-Serie). Die chemische Zusammensetzung muss den entsprechenden Grundmaterialnormen entsprechen. Der Gehalt an schädlichen Elementen wie Phosphor und Schwefel muss streng kontrolliert werden, um die Zähigkeit und Schweißbarkeit bei niedrigen Temperaturen sicherzustellen.

2. Maß- und Formgenauigkeit

• Abweichung des Außendurchmessers: Im Allgemeinen kleiner oder gleich ±0,5 % des Nennaußendurchmessers. Für Offshore-Pfähle beträgt diese Anforderung weniger als oder gleich ±0,3 %.
• Wandstärkenabweichung: Bei gewöhnlichen Pfählen kleiner oder gleich ±12,5 % der Nennwandstärke. Bei dickwandigen Pfählen kann die Abweichung entsprechend der Vereinbarung verschärft werden.
• Elliptizität: Bei gewöhnlichen Pfählen kleiner oder gleich 1 % des Außendurchmessers. Bei Offshore-Ingenieurpfählen ist die Kontrollgenauigkeit 20 % höher als beim herkömmlichen Standard.
• Geradheit: Weniger als oder gleich 0,1 % der Rohrlänge, um die Vertikalität der Pfahlrammung sicherzustellen.

3. Anforderungen an die mechanische Leistung

• Die Querzugeigenschaften des Rohrkörpers (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung) müssen den Grundwerkstoffnormen entsprechen;
• Die Zugfestigkeit der Schweißverbindung sollte größer oder gleich dem in der Grundmaterialnorm angegebenen Mindestwert sein und darf nicht niedriger als die des Grundmaterials sein;
• Für Umgebungen mit niedrigen{0}Temperaturen und im Schiffsbau sollte der Charpy-Schlagversuch durchgeführt werden, um die Schlagzähigkeit bei -20 Grad/-40 Grad sicherzustellen;
• ERW-Stahlrohre sollten einem Abflachungstest unterzogen werden, um die Plastizität der Schweißnaht und die Verbindungsfestigkeit zu überprüfen.

4. Zerstörungsfreie Prüfung und Qualitätskontrolle

• Für Schweißnähte werden 100 % Ultraschallprüfung und Röntgenprüfung durchgeführt; Fehlerabnahmestufen werden gemäß den Standards durchgeführt;
• An den Rohrenden müssen Magnetpulverprüfungen durchgeführt werden, um Oberflächenöffnungsfehler zu erkennen und Risse an den Rohrenden beim Rammen zu verhindern;
• Aufeinanderfolgende Wasserdruckprüfungen sind bei der Werksauslieferung obligatorische Inspektionspunkte; Als qualifiziert gelten keine Leckage und keine plastische Verformung.

5. Spezielle technische Zusatzanforderungen

• Ozeanische Pfahlgründungen: Zu den zusätzlichen Anforderungen gehören verbesserte Korrosionsschutzleistung, Beständigkeit gegen Schichtrisse (Leistung in Z--Richtung) und Beständigkeit gegen Korrosion durch Meerwassereinwirkung;
• Hämmerndes Pfahlrammen: Die Härte der Pfahlspitze und die Schlagzähigkeit müssen verbessert werden. In manchen Fällen sollten Pfahlstiefel und Pfahlkappen zur Verstärkung hinzugefügt werden;
• Permanente Strukturpfähle: Zu den zusätzlichen Anforderungen gehören eine erhöhte Ermüdungsleistung und ein erhöhter Schweißnahtfestigkeitsspielraum. Für bestimmte Projekte ist eine Schweißprozessbewertung (WPS) erforderlich.