Οι χαλύβδινοι σωλήνες είναι μακροί, κοίλοι σωλήνες που χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς. Παράγονται με δύο διαφορετικές μεθόδους που καταλήγουν είτε σε συγκολλημένο είτε χωρίς ραφή σωλήνα. Και στις δύο μεθόδους, ο ακατέργαστος χάλυβας χυτεύεται πρώτα σε μια πιο λειτουργική αρχική μορφή. Στη συνέχεια μετατρέπεται σε σωλήνα τεντώνοντας τον χάλυβα σε έναν σωλήνα χωρίς ραφή ή πιέζοντας τις άκρες μεταξύ τους και σφραγίζοντας τα με μια συγκόλληση. Οι πρώτες μέθοδοι για την παραγωγή χαλύβδινων σωλήνων εισήχθησαν στις αρχές του 1800 και έχουν εξελιχθεί σταθερά στις σύγχρονες διαδικασίες που χρησιμοποιούμε σήμερα. Κάθε χρόνο παράγονται εκατομμύρια τόνοι χαλύβδινων σωλήνων. Η ευελιξία του το καθιστά το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο προϊόν που παράγεται από τη βιομηχανία χάλυβα.
Ιστορία
Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν σωλήνες για χιλιάδες χρόνια. Ίσως η πρώτη χρήση ήταν από αρχαίους γεωπόνους που εκτρέπουν το νερό από ρυάκια και ποτάμια στα χωράφια τους. Τα αρχαιολογικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι οι Κινέζοι χρησιμοποιούσαν σωλήνα από καλάμι για τη μεταφορά νερού σε επιθυμητές τοποθεσίες ήδη από το 2000 π.Χ. έχουν ανακαλυφθεί πήλινοι σωλήνες που χρησιμοποιήθηκαν από άλλους αρχαίους πολιτισμούς. Κατά τον πρώτο αιώνα μ.Χ., κατασκευάστηκαν οι πρώτοι αγωγοί μολύβδου στην Ευρώπη. Στις τροπικές χώρες χρησιμοποιούσαν σωλήνες από μπαμπού για τη μεταφορά νερού. Οι Αμερικανοί της αποικιοκρατίας χρησιμοποιούσαν ξύλο για παρόμοιο σκοπό. Το 1652, κατασκευάστηκαν τα πρώτα έργα ύδρευσης στη Βοστώνη με χρήση κοίλων κορμών.
Ο συγκολλημένος σωλήνας σχηματίζεται με κύλιση χαλύβδινων λωρίδων μέσω μιας σειράς κυλίνδρων με αυλακώσεις που διαμορφώνουν το υλικό σε κυκλικό σχήμα. Στη συνέχεια, ο μη συγκολλημένος σωλήνας περνά από ηλεκτρόδια συγκόλλησης. Αυτές οι συσκευές σφραγίζουν τα δύο άκρα του σωλήνα μεταξύ τους.
Ήδη από το 1840, οι σιδηρουργοί μπορούσαν ήδη να παράγουν σωλήνες χωρίς ραφή. Σε μια μέθοδο, ανοίχτηκε μια τρύπα μέσα από ένα συμπαγές μεταλλικό, στρογγυλό μπιφτέκι. Στη συνέχεια, η μπίλια θερμάνθηκε και τραβήχτηκε μέσω μιας σειράς καλουπιών που την επιμήκυναν για να σχηματίσουν έναν σωλήνα. Αυτή η μέθοδος ήταν αναποτελεσματική επειδή ήταν δύσκολο να ανοίξετε την τρύπα στο κέντρο. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα έναν ανομοιόμορφο σωλήνα με τη μία πλευρά να είναι παχύτερη από την άλλη. Το 1888, μια βελτιωμένη μέθοδος έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Σε αυτή τη διαδικασία το στερεό τιμολόγιο χυτεύτηκε γύρω από έναν πυρίμαχο πυρήνα από τούβλα. Όταν κρύωσε, το τούβλο αφαιρέθηκε αφήνοντας μια τρύπα στη μέση. Από τότε νέες τεχνικές κυλίνδρων έχουν αντικαταστήσει αυτές τις μεθόδους.
Σχέδιο
Υπάρχουν δύο τύποι χαλύβδινων σωλήνων, ο ένας είναι χωρίς ραφή και ο άλλος έχει μία μόνο συγκολλημένη ραφή σε όλο το μήκος του. Και τα δύο έχουν διαφορετικές χρήσεις. Οι σωλήνες χωρίς ραφή είναι συνήθως πιο μικροί και έχουν λεπτότερα τοιχώματα. Χρησιμοποιούνται για ποδήλατα και μεταφορά υγρών. Οι σωλήνες με ραφές είναι βαρύτεροι και πιο άκαμπτοι. Τα έχουν καλύτερη συνοχή και είναι συνήθως πιο ίσια. Χρησιμοποιούνται για πράγματα όπως η μεταφορά αερίου, οι ηλεκτρικοί αγωγοί και οι υδραυλικές εγκαταστάσεις. Συνήθως, χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου ο σωλήνας δεν υπόκειται σε υψηλό βαθμό καταπόνησης.
Πρώτες ύλες
Η κύρια πρώτη ύλη στην παραγωγή σωλήνων είναι ο χάλυβας. Ο χάλυβας αποτελείται κυρίως από σίδηρο. Άλλα μέταλλα που μπορεί να υπάρχουν στο κράμα περιλαμβάνουν το αλουμίνιο, το μαγγάνιο, το τιτάνιο, το βολφράμιο, το βανάδιο και το ζιρκόνιο. Ορισμένα υλικά φινιρίσματος χρησιμοποιούνται μερικές φορές κατά την παραγωγή. Για παράδειγμα, το χρώμα μπορεί να είναι.
Ο σωλήνας χωρίς ραφή κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που θερμαίνει και διαμορφώνει ένα συμπαγές μπιλιέτα σε κυλινδρικό σχήμα και στη συνέχεια το κυλά μέχρι να τεντωθεί και να κουφωθεί. Δεδομένου ότι το κοίλο κέντρο έχει ακανόνιστο σχήμα, ένα σημείο διάτρησης σε σχήμα σφαίρας ωθείται στη μέση του μπιγιέτα καθώς κυλίεται. Ο σωλήνας χωρίς ραφή κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που θερμαίνει και διαμορφώνει ένα συμπαγές μπιγιέτα σε κυλινδρικό σχήμα και στη συνέχεια το κυλάει μέχρι να τεντωθεί και να κουφωθεί. Δεδομένου ότι το κοίλο κέντρο έχει ακανόνιστο σχήμα, ένα σημείο διάτρησης σε σχήμα σφαίρας σπρώχνεται στο μέσον της μπιγιέτας καθώς κυλάει. χρησιμοποιείται εάν ο σωλήνας είναι επικαλυμμένος. Συνήθως, μια ελαφριά ποσότητα λαδιού εφαρμόζεται σε χαλύβδινους σωλήνες στο τέλος της γραμμής παραγωγής. Αυτό βοηθά στην προστασία του σωλήνα. Αν και στην πραγματικότητα δεν αποτελεί μέρος του τελικού προϊόντος, το θειικό οξύ χρησιμοποιείται σε ένα στάδιο κατασκευής για τον καθαρισμό του σωλήνα.
Η παραγωγική διαδικασία
Οι χαλύβδινοι σωλήνες κατασκευάζονται με δύο διαφορετικές διαδικασίες. Η συνολική μέθοδος παραγωγής και για τις δύο διαδικασίες περιλαμβάνει τρία στάδια. Πρώτον, ο ακατέργαστος χάλυβας μετατρέπεται σε μια πιο λειτουργική μορφή. Στη συνέχεια, ο σωλήνας διαμορφώνεται σε συνεχή ή ημισυνεχή γραμμή παραγωγής. Τέλος, ο σωλήνας κόβεται και τροποποιείται για να καλύψει τις ανάγκες του πελάτη. Ορισμένοι κατασκευαστές χαλύβδινων σωλήνων θα χρησιμοποιήσουνμηχανή κοπής λέιζερ σωλήνωνσε προηγούμενη κοπή ή κοιλότητα του σωλήνα για να αυξηθεί η ανταγωνιστικότητα των σωλήνων
Ο σωλήνας χωρίς ραφή κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που θερμαίνει και διαμορφώνει ένα συμπαγές μπιλιέτα σε κυλινδρικό σχήμα και στη συνέχεια το κυλά μέχρι να τεντωθεί και να κουφωθεί. Δεδομένου ότι το κοίλο κέντρο έχει ακανόνιστο σχήμα, ένα σημείο διάτρησης σε σχήμα σφαίρας σπρώχνεται μέσα από το μέσο του μπιλιέτας καθώς τυλίγεται.
Παραγωγή πλινθωμάτων
1. Ο τηγμένος χάλυβας παράγεται με τήξη σιδηρομεταλλεύματος και οπτάνθρακα (μια πλούσια σε άνθρακα ουσία που προκύπτει όταν ο άνθρακας θερμαίνεται απουσία αέρα) σε έναν κλίβανο, και στη συνέχεια απομακρύνεται το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα με ανατινάξεις οξυγόνου στο υγρό. Στη συνέχεια, ο λιωμένος χάλυβας χύνεται σε μεγάλα καλούπια σιδήρου με παχύ τοίχωμα, όπου ψύχεται σε πλινθώματα.
2. Προκειμένου να σχηματιστούν επίπεδα προϊόντα όπως πλάκες και φύλλα, ή μακριά προϊόντα όπως ράβδοι και ράβδοι, διαμορφώνονται πλινθώματα ανάμεσα σε μεγάλους κυλίνδρους υπό τεράστια πίεση. Παράγοντας άνθη και πλάκες
3. Για να παραχθεί μια άνθιση, η ράβδος περνά μέσα από ένα ζευγάρι αυλακωτών κυλίνδρων χάλυβα που στοιβάζονται. Αυτοί οι τύποι κυλίνδρων ονομάζονται "μύλοι δύο υψηλών". Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται τρεις κύλινδροι. Οι κύλινδροι είναι τοποθετημένοι έτσι ώστε οι αυλακώσεις τους να συμπίπτουν και κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτή η ενέργεια προκαλεί το χάλυβα να συμπιεστεί και να τεντωθεί σε λεπτότερα, μακρύτερα κομμάτια. Όταν οι κύλινδροι αντιστρέφονται από τον ανθρώπινο χειριστή, ο χάλυβας τραβιέται προς τα πίσω, καθιστώντας τον πιο λεπτό και μακρύτερο. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου ο χάλυβας αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι μηχανές που ονομάζονται χειριστές αναποδογυρίζουν τον χάλυβα έτσι ώστε κάθε πλευρά να υποβάλλεται σε ομοιόμορφη επεξεργασία.
4. Τα πλινθώματα μπορούν επίσης να τυλιχτούν σε πλάκες με μια διαδικασία παρόμοια με τη διαδικασία δημιουργίας άνθισης. Ο χάλυβας περνά μέσα από ένα ζευγάρι στοιβαγμένων κυλίνδρων που το τεντώνουν. Ωστόσο, υπάρχουν και κύλινδροι τοποθετημένοι στο πλάι για τον έλεγχο του πλάτους των πλακών. Όταν ο χάλυβας αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα, τα ανομοιόμορφα άκρα κόβονται και οι πλάκες ή τα άνθη κόβονται σε μικρότερα κομμάτια. Περαιτέρω επεξεργασία
5. Οι ανθίσεις συνήθως υποβάλλονται σε περαιτέρω επεξεργασία πριν γίνουν σωλήνες. Τα λουλούδια μετατρέπονται σε μπιγιέτες τοποθετώντας τα μέσα από περισσότερες συσκευές κύλισης που τα καθιστούν μακρύτερα και στενότερα. Τα μπιγιέτα κόβονται με συσκευές γνωστές ως ιπτάμενα ψαλίδια. Πρόκειται για ένα ζευγάρι συγχρονισμένα ψαλίδια που τρέχουν μαζί με την κινούμενη μπιγιέτα και την κόβουν. Αυτό επιτρέπει αποτελεσματικές κοπές χωρίς διακοπή της διαδικασίας κατασκευής. Αυτά τα μπιγιέτα στοιβάζονται και τελικά θα γίνουν σωλήνας χωρίς ραφή.
6. Οι πλάκες επίσης ξαναδουλεύονται. Για να γίνουν ελατά, πρώτα θερμαίνονται στους 2.200° F (1.204° C). Αυτό προκαλεί το σχηματισμό επικάλυψης οξειδίου στην επιφάνεια της πλάκας. Αυτή η επίστρωση αποκόπτεται με διακόπτη ζυγαριάς και ψεκασμό νερού υψηλής πίεσης. Οι πλάκες στη συνέχεια στέλνονται μέσω μιας σειράς κυλίνδρων σε ένα ζεστό μύλο και γίνονται σε λεπτές στενές λωρίδες χάλυβα που ονομάζονται σκελπίδα. Αυτός ο μύλος μπορεί να έχει μήκος έως και μισό μίλι. Καθώς οι πλάκες περνούν μέσα από τους κυλίνδρους, γίνονται πιο λεπτές και μακρύτερες. Σε διάστημα τριών περίπου λεπτών, μια μονή πλάκα μπορεί να μετατραπεί από ένα κομμάτι χάλυβα πάχους 6 ιντσών (15,2 cm) σε μια λεπτή ατσάλινο κορδέλα που μπορεί να έχει μήκος ένα τέταρτο του μιλίου.
7. Μετά το τέντωμα, το ατσάλι παστώνεται. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη διεξαγωγή του μέσω μιας σειράς δεξαμενών που περιέχουν θειικό οξύ για τον καθαρισμό του μετάλλου. Για να τελειώσει, ξεπλένεται με κρύο και ζεστό νερό, στεγνώνει και στη συνέχεια τυλίγεται σε μεγάλα καρούλια και συσκευάζεται για μεταφορά σε μια εγκατάσταση κατασκευής σωλήνων.
8. Για την κατασκευή σωλήνων χρησιμοποιούνται τόσο σκελετό όσο και μπιγιέτες. Το Skelp κατασκευάζεται σε συγκολλημένο σωλήνα. Τοποθετείται πρώτα σε μηχάνημα ξετύλιξης. Καθώς ξετυλίγεται το καρούλι από χάλυβα, θερμαίνεται. Στη συνέχεια, ο χάλυβας περνά μέσα από μια σειρά κυλίνδρων με αυλακώσεις. Καθώς περνάει, οι κύλινδροι κάνουν τις άκρες του σκελετού να κυρτώνουν μεταξύ τους. Αυτό σχηματίζει έναν μη συγκολλημένο σωλήνα.
9. Ο χάλυβας στη συνέχεια περνά με ηλεκτρόδια συγκόλλησης. Αυτές οι συσκευές σφραγίζουν τα δύο άκρα του σωλήνα μεταξύ τους. Η συγκολλημένη ραφή στη συνέχεια περνά μέσα από έναν κύλινδρο υψηλής πίεσης που βοηθά στη δημιουργία μιας σφιχτής συγκόλλησης. Στη συνέχεια, ο σωλήνας κόβεται στο επιθυμητό μήκος και στοιβάζεται για περαιτέρω επεξεργασία. Ο συγκολλημένος χαλύβδινος σωλήνας είναι μια συνεχής διαδικασία και ανάλογα με το μέγεθος του σωλήνα, μπορεί να κατασκευαστεί με ταχύτητα έως και 1.100 πόδια (335,3 m) ανά λεπτό.
10. Όταν απαιτείται σωλήνας χωρίς ραφή, χρησιμοποιούνται τετράγωνα μπιγιέτα για την παραγωγή. Θερμαίνονται και χυτεύονται για να σχηματίσουν ένα σχήμα κυλίνδρου, που ονομάζεται επίσης στρογγυλό. Στη συνέχεια, ο γύρος τοποθετείται σε φούρνο όπου θερμαίνεται άσπρο-ζεστός. Στη συνέχεια, ο θερμαινόμενος γύρος τυλίγεται με μεγάλη πίεση. Αυτή η κύλιση υψηλής πίεσης προκαλεί το τέντωμα της μπιγιέτας και τη δημιουργία μιας οπής στο κέντρο. Δεδομένου ότι αυτή η τρύπα έχει ακανόνιστο σχήμα, ένα σημείο διάτρησης σε σχήμα σφαίρας σπρώχνεται μέσα από τη μέση του μπιλιέτας καθώς τυλίγεται. Μετά το στάδιο της διάτρησης, ο σωλήνας μπορεί να έχει ακόμα ακανόνιστο πάχος και σχήμα. Για να διορθωθεί αυτό περνάει από μια άλλη σειρά ελασμάτων. Τελική επεξεργασία
11. Αφού κατασκευαστεί οποιοσδήποτε τύπος σωλήνων, μπορούν να περάσουν από μια μηχανή ισιώματος. Μπορούν επίσης να είναι εφοδιασμένα με αρμούς ώστε να μπορούν να συνδεθούν δύο ή περισσότερα κομμάτια σωλήνα. Ο πιο συνηθισμένος τύπος αρμού για σωλήνες με μικρότερες διαμέτρους είναι το σπείρωμα — σφιχτές αυλακώσεις που κόβονται στο άκρο του σωλήνα. Οι σωλήνες στέλνονται επίσης μέσω μιας μηχανής μέτρησης. Αυτές οι πληροφορίες μαζί με άλλα δεδομένα ποιοτικού ελέγχου τοποθετούνται αυτόματα στο σωλήνα. Στη συνέχεια, ο σωλήνας ψεκάζεται με μια ελαφριά επίστρωση προστατευτικού λαδιού. Οι περισσότεροι σωλήνες συνήθως υποβάλλονται σε επεξεργασία για να αποφευχθεί η σκουριά. Αυτό γίνεται γαλβανίζοντάς το ή δίνοντάς του μια επίστρωση ψευδαργύρου. Ανάλογα με τη χρήση του σωλήνα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα χρώματα ή επιστρώσεις.
Ποιοτικός έλεγχος
Λαμβάνονται διάφορα μέτρα για να διασφαλιστεί ότι ο έτοιμος χαλύβδινος σωλήνας πληροί τις προδιαγραφές. Για παράδειγμα, μετρητές ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση του πάχους του χάλυβα. Οι μετρητές λειτουργούν χρησιμοποιώντας δύο ακτίνες Χ. Μία ακτίνα κατευθύνεται σε χάλυβα γνωστού πάχους. Το άλλο κατευθύνεται στο περαστικό χάλυβα στη γραμμή παραγωγής. Εάν υπάρχει κάποια απόκλιση μεταξύ των δύο ακτίνων, ο μετρητής θα ενεργοποιήσει αυτόματα μια αλλαγή μεγέθους των κυλίνδρων για αντιστάθμιση.
Οι σωλήνες ελέγχονται επίσης για ελαττώματα στο τέλος της διαδικασίας. Μια μέθοδος δοκιμής ενός σωλήνα είναι η χρήση ειδικού μηχανήματος. Αυτό το μηχάνημα γεμίζει το σωλήνα με νερό και στη συνέχεια αυξάνει την πίεση για να δει αν κρατάει. Οι ελαττωματικοί σωλήνες επιστρέφονται για σκραπ.