Unterpulvergeschweißtes Stahlrohrist ein Schlüsselprodukt im modernen industriellen Rohrleitungsbau. Seine vielfältigen Fertigungsprozesse und Anwendungsszenarien verdeutlichen die enge Verzahnung von Materialwissenschaft und Schweißtechnik. Doppelseitig unterpulvergeschweißte Stahlrohre mit gerader Naht nehmen aufgrund ihrer einzigartigen Struktureigenschaften und Prozessvorteile eine unersetzliche Stellung in Anwendungen wie Fernleitungen und Gebäudetragwerken ein. Der Fertigungsprozess dieser Stahlrohrart vereint automatisierte Schweißtechnik mit präzisen Umformverfahren. Das doppelseitige Unterpulverschweißen erzielt eine hohe Schweißnahtfestigkeit und -dichtheit und macht das Material somit zu einem Schlüsselwerkstoff für die sichere Energieübertragung.
Zunächst eine Analyse des Kernprozesses beim doppelseitigen Unterpulverschweißen von geraden Stahlrohren
Die Herstellung von doppelseitig unterpulvergeschweißten, geraden Stahlrohren beginnt mit der Präzisionsbearbeitung von hochwertigem, warmgewalztem Stahlblech. Das Stahlblech wird zunächst auf einer Fräsmaschine auf die gewünschte Breite gefräst und anschließend in mehreren aufeinanderfolgenden Pressvorgängen auf einer JCOE-Formmaschine zu einem offenen Rohrrohling geformt. Im Kernschweißprozess kommt das doppelseitige Unterpulverschweißen zum Einsatz: Zunächst wird eine Vorschweißnaht an die Innenwand des Rohrrohlings geschweißt, gefolgt vom Unterpulverschweißen der Außenwand zur Fertigstellung der Hauptschweißung. Abschließend wird eine Ausbesserungsschweißung an der Innenwand durchgeführt. Dieses schichtweise Schweißverfahren erzielt einen Schweißdurchbruch von über 70 % der Blechdicke und verbessert so die Festigkeit der Verbindung deutlich. Während des Schweißens schmilzt der von einer Flussmittelschicht umhüllte Lichtbogen das Metall bei einer hohen Temperatur von 1600 °C. Die entstehende Schlackenhülle isoliert die Luft effektiv und verhindert so Defekte wie Porosität und Schlackeneinschlüsse. Im Vergleich zu konventionell geschweißten Rohren mit gerader Naht erzeugt das doppelseitige Unterpulverschweißen eine feine, nadelförmige Ferritstruktur im Schweißbereich. Dies führt zu einer um über 30 % höheren Kerbschlagzähigkeit als bei herkömmlichen Schweißnähten. Online-Ultraschallprüfung und Röntgeninspektion gewährleisten, dass die Schweißnahtqualität internationalen Standards wie API 5L und GB/T 9711 entspricht. Typische Produkte, wie beispielsweise Stahlrohre der Güteklasse X80, weisen eine Streckgrenze von bis zu 555 MPa auf und halten Transportdrücken von über 15 MPa stand. Sie werden häufig in nationalen Pipelineprojekten wie der West-Ost-Gaspipeline eingesetzt.
Zweitens werden die technischen und wirtschaftlichen Vorteile von doppelseitig unterpulvergeschweißten, geradnahtgeschweißten Stahlrohren und spiralgeschweißten Rohren verglichen. Während doppelseitig unterpulvergeschweißte, spiralgeschweißte Stahlrohre (z. B. Güteklasse L485M nach GB/T 9711) Vorteile in der Serienfertigung und bei großen Durchmessern bieten, zeichnen sich geradnahtgeschweißte Rohre durch hohe Druckstabilität und Maßgenauigkeit aus. Aufgrund der spiralförmigen Anordnung der Schweißnähte in spiralgeschweißten Rohren kann es unter Hochdruckbedingungen zu einer Entzerrung der Umfangsspannungen und damit zu Schwachstellen kommen. Im Gegensatz dazu ist die Längsnaht von geradnahtgeschweißten Rohren einer Spannung ausgesetzt, die mit der Hauptspannung übereinstimmt, was typischerweise zu einem um 10–15 % höheren Berstdruck führt. Vergleichstests in einem Ölpipeline-Projekt ergaben, dass die Dauerfestigkeit von geradnahtgeschweißten Rohren gleicher Spezifikation 2 Millionen Lastwechsel erreichte und damit etwa 1,5-mal höher war als die von spiralgeschweißten Rohren. Hinsichtlich der Produktionskosten erreichen geradnahtgeschweißte Rohre mit einem Durchmesser von unter 1420 mm eine Materialausnutzung von 96 %, während spiralgeschweißte Rohre aufgrund der begrenzten Blechbreite einen Ausschuss von ca. 5 % aufweisen. Bei extrem großen Durchmessern (z. B. über 3000 mm) entfällt jedoch bei spiralgeschweißten Rohren der Bedarf an speziell angefertigten, extra breiten Stahlblechen, wodurch die wirtschaftlichen Vorteile deutlich werden. Geradnahtgeschweißte Rohre lassen sich zudem leichter automatisieren, um die Rohre aufzuweiten. Durch die mechanische Aufweitung kann die Rundheitsabweichung innerhalb von 0,5 %D gehalten werden – ein Schlüsselfaktor für präzise Rohrverbindungen.
Drittens: Innovative Verfahren und spezielle Anwendungen für doppelseitig unterpulvergeschweißte, geradnahtgeschweißte Stahlrohre
In den letzten Jahren wurden mit Hilfe der UAS-Schweißtechnologie für Rohre mit gerader Naht immer wieder Durchbrüche erzielt. Beim U-Boot-Pipeline-Projekt im Südchinesischen Meer kamen Rohre mit gerader Naht aus X65-Stahl mit einer zweilagigen FBE+PP-Korrosionsschutzbeschichtung zum Einsatz. Durch die Zugabe von 0,06 % Niob als Mikrolegierungselement erreichte ihre Kerbschlagzähigkeit bei -40 °C über 220 J. Im Polarpipelinebau wurde mit dem thermomechanischen Kontrollverfahren (TMCP) hergestellte Rohr aus X100-Stahl verwendet, wodurch die Wandstärke um 15 % reduziert werden konnte, ohne die ausgezeichnete Rissbeständigkeit zu beeinträchtigen. Rohre für Spezialanwendungen, wie beispielsweise Kernkraftwerke, müssen die Anforderungen der RCC-M-Norm in Z-Richtung erfüllen. Die in den Sicherheitsbehältern von Kernkraftwerken verwendeten Rohre mit gerader Naht bestehen aus speziell präparierten, schwefel- und phosphorarmen Stahlblechen (S ≤ 0,002 %). In Kombination mit einem mehrlagigen Schmalspaltschweißverfahren wird so eine Querschnittsreduzierung von über 75 % erreicht. Im Bereich des Kohleschlammtransports bieten geradlinige Verbundrohre mit einer 6 mm dicken Keramikauskleidung eine achtfach höhere Verschleißfestigkeit als herkömmliche Stahlrohre.
Viertens: Branchenentwicklungstrends und Herausforderungen bei doppelseitig unterpulvergeschweißten, geradnahtförmigen Stahlrohren
Mit dem Fortschritt intelligenter Fertigungstechnologien haben führende inländische Unternehmen den gesamten Produktionsprozess von geradnahtgeschweißten Rohren digitalisiert. Ein Werk führte ein MES-System ein, das die Echtzeitüberwachung von über 200 Parametern ermöglicht, darunter Schweißstrom (Schwankungen innerhalb von ±15 A) und Leitungsenergie (18–22 kJ/cm). Dadurch konnte die Produktqualifizierungsrate auf 99,92 % gesteigert werden. Hochwertiger Rohrleitungsstahl ist jedoch weiterhin auf Rohstoffimporte angewiesen. So müssen beispielsweise 80 % der Stahlplatten der Güteklasse X90/X100 von Unternehmen wie Nippon Steel bezogen werden. Auch Umweltschutzauflagen treiben die technologische Innovation voran. Der Einsatz einer neuen Generation raucharmer Schweißzusätze hat die Staubkonzentrationen in Schweißhallen von 15 mg/m³ auf 3 mg/m³ reduziert. Angesichts der steigenden Nachfrage nach Wasserstoffleitungen wird die Forschung und Entwicklung von wasserstoffbeständigen, geradnahtgeschweißten Rohren zu einer zentralen Priorität. Derzeit werden im Inland hergestellte Produkte aus L415H-Stahl mit einem Empfindlichkeitsindex für wasserstoffinduzierte Rissbildung (HIC) von ≤ 2 % erprobt. Bei Tiefseepipelines mit einer Länge von über 1.500 Metern bleibt jedoch die Kontrolle der Schweißrestspannungen in dickwandigen Rohren mit geraden Nähten (≥ 40 mm) weiterhin eine Herausforderung.
Von Land bis Meer, von konventioneller Energieerzeugung bis hin zu neuen Energieübertragungsmethoden beweisen doppelseitig unterpulvergeschweißte, geradnahtige Stahlrohre weiterhin ihren zentralen Wert als Lebensader der Industrie. Ihre technologische Weiterentwicklung spiegelt Chinas Transformation der Fertigungsindustrie von der Skalierung hin zur Qualitätsverbesserung wider und kündigt die unendlichen Möglichkeiten an, die die Integration neuer Materialien und Verfahren eröffnet. Im Kontext der Klimaneutralität werden diese hochfesten und langlebigen Rohrleitungsprodukte zweifellos eine noch wichtigere Rolle beim Wiederaufbau der globalen Energieinfrastruktur spielen.
Veröffentlichungsdatum: 10. September 2025