ท่อเหล็กทำอย่างไร

ท่อเหล็กเป็นท่อกลวงยาวที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ผลิตโดยวิธีการที่แตกต่างกันสองวิธีซึ่งส่งผลให้มีท่อเชื่อมหรือไม่มีรอยต่อ ในทั้งสองวิธี เหล็กดิบจะถูกหล่อให้อยู่ในรูปแบบเริ่มต้นที่ใช้งานได้ดีกว่าในขั้นแรก จากนั้นนำไปสร้างเป็นท่อโดยการยืดเหล็กออกเป็นท่อไร้ตะเข็บหรือบังคับขอบเข้าด้วยกันแล้วปิดผนึกด้วยการเชื่อม วิธีแรกในการผลิตท่อเหล็กถูกนำมาใช้ในต้นปี 1800 และได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องจนกลายเป็นกระบวนการสมัยใหม่ที่เราใช้ในปัจจุบัน ในแต่ละปีมีการผลิตท่อเหล็กหลายล้านตัน ความคล่องตัวทำให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้บ่อยที่สุดที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมเหล็ก
ประวัติศาสตร์

ผู้คนใช้ท่อมานับพันปีแล้ว บางทีการใช้ครั้งแรกอาจเกิดขึ้นโดยชาวเกษตรกรรมโบราณที่เปลี่ยนเส้นทางน้ำจากลำธารและแม่น้ำมาสู่ทุ่งนาของตน หลักฐานทางโบราณคดีชี้ให้เห็นว่าชาวจีนใช้ท่อกกเพื่อขนส่งน้ำไปยังสถานที่ที่ต้องการตั้งแต่ช่วง 2,000 ปีก่อนคริสตกาล มีการค้นพบท่อดินเหนียวที่อารยธรรมโบราณอื่นๆ ใช้ ในช่วงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสตกาล ท่อตะกั่วแห่งแรกถูกสร้างขึ้นในยุโรป ในประเทศเขตร้อน มีการใช้ท่อไม้ไผ่เพื่อขนส่งน้ำ ชาวอเมริกันในยุคอาณานิคมใช้ไม้เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน ในปี ค.ศ. 1652 มีการประปาแห่งแรกในบอสตันโดยใช้ท่อนซุงกลวง

ท่อเชื่อมถูกสร้างขึ้นโดยการรีดแถบเหล็กผ่านชุดลูกกลิ้งร่องที่หล่อวัสดุให้เป็นรูปทรงวงกลม ถัดไปท่อที่ไม่ได้เชื่อมจะผ่านอิเล็กโทรดเชื่อม อุปกรณ์เหล่านี้จะผนึกปลายทั้งสองของท่อไว้ด้วยกัน
ในช่วงต้นปี 1840 ช่างเหล็กสามารถผลิตท่อไร้ตะเข็บได้แล้ว วิธีหนึ่งคือการเจาะรูผ่านโลหะแข็งแท่งกลม จากนั้นเหล็กแท่งจะถูกให้ความร้อนและดึงผ่านแม่พิมพ์หลายชุดซึ่งยืดออกจนกลายเป็นท่อ วิธีการนี้ไม่มีประสิทธิภาพเพราะเป็นการยากที่จะเจาะรูตรงกลาง ส่งผลให้ท่อไม่เรียบด้านหนึ่งหนากว่าอีกด้าน ในปี พ.ศ. 2431 วิธีการที่ได้รับการปรับปรุงได้รับสิทธิบัตร ในกระบวนการนี้ ของแข็งที่เรียกเก็บเงินจะถูกหล่อรอบๆ แกนอิฐทนไฟ เมื่อเย็นตัวลง อิฐก็ถูกเอาออก เหลือเพียงรูตรงกลาง ตั้งแต่นั้นมาเทคนิคลูกกลิ้งแบบใหม่ได้เข้ามาแทนที่วิธีการเหล่านี้
ออกแบบ

ท่อเหล็กมีสองประเภท ประเภทหนึ่งไม่มีรอยต่อและอีกประเภทหนึ่งมีตะเข็บเชื่อมเดี่ยวตลอดความยาว ทั้งสองมีการใช้งานที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้วท่อไร้ตะเข็บจะมีน้ำหนักเบากว่าและมีผนังที่บางกว่า ใช้สำหรับจักรยานและขนส่งของเหลว ท่อที่ต่อตะเข็บจะหนักกว่าและแข็งกว่า มีความสม่ำเสมอที่ดีกว่าและโดยทั่วไปจะตรงกว่า ใช้สำหรับสิ่งต่างๆ เช่น การขนส่งก๊าซ ท่อร้อยสายไฟฟ้า และประปา โดยทั่วไปจะใช้ในกรณีที่ท่อไม่ได้รับความเครียดในระดับสูง

วัตถุดิบ

วัตถุดิบหลักในการผลิตท่อคือเหล็ก เหล็กประกอบด้วยเหล็กเป็นหลัก โลหะอื่นๆ ที่อาจมีอยู่ในโลหะผสม ได้แก่ อลูมิเนียม แมงกานีส ไทเทเนียม ทังสเตน วาเนเดียม และเซอร์โคเนียม บางครั้งมีการใช้วัสดุตกแต่งบางอย่างในระหว่างการผลิต ตัวอย่างเช่นการทาสีอาจจะ
ท่อไร้ตะเข็บผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ให้ความร้อนและขึ้นรูปแท่งเหล็กแข็งให้เป็นรูปทรงทรงกระบอก จากนั้นจึงม้วนจนยืดและเป็นโพรง เนื่องจากจุดศูนย์กลางกลวงนั้นมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนปืนจึงถูกผลักผ่านตรงกลางของบิลเล็ตในขณะที่กำลังรีด ท่อไร้ตะเข็บถูกผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ให้ความร้อนและขึ้นรูปแท่งเหล็กแข็งให้เป็นรูปทรงทรงกระบอกแล้วจึงม้วน จนกระทั่งมันยืดออกและเป็นโพรง เนื่องจากจุดศูนย์กลางกลวงนั้นมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกผลักผ่านตรงกลางของเหล็กแท่งในขณะที่กำลังรีด ใช้ในกรณีที่เคลือบท่อ โดยปกติแล้ว จะมีการจ่ายน้ำมันปริมาณเล็กน้อยกับท่อเหล็กที่ส่วนท้ายของสายการผลิต ซึ่งจะช่วยปกป้องท่อ แม้ว่าจะไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป แต่กรดซัลฟิวริกก็ถูกนำมาใช้ในขั้นตอนการผลิตขั้นตอนเดียวเพื่อทำความสะอาดท่อ

กระบวนการผลิต

ท่อเหล็กทำโดยสองกระบวนการที่แตกต่างกัน วิธีการผลิตโดยรวมสำหรับทั้งสองกระบวนการประกอบด้วยสามขั้นตอน ขั้นแรก เหล็กดิบจะถูกแปลงให้เป็นรูปแบบที่ใช้งานได้มากขึ้น จากนั้น ท่อจะถูกสร้างขึ้นบนสายการผลิตแบบต่อเนื่องหรือแบบกึ่งต่อเนื่อง สุดท้ายมีการตัดและดัดแปลงท่อให้ตรงตามความต้องการของลูกค้า

ท่อไร้ตะเข็บผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ให้ความร้อนและขึ้นรูปแท่งเหล็กแข็งให้เป็นรูปทรงทรงกระบอก จากนั้นจึงม้วนจนยืดและเป็นโพรง เนื่องจากจุดศูนย์กลางกลวงนั้นมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกดันผ่านตรงกลางของเหล็กแท่งในขณะที่กำลังรีด
การผลิตลิ่ม

1. เหล็กหลอมเหลวทำโดยการละลายแร่เหล็กและโค้ก (สารที่อุดมด้วยคาร์บอนซึ่งเกิดขึ้นเมื่อถ่านหินถูกให้ความร้อนโดยไม่มีอากาศ) ในเตาเผา จากนั้นกำจัดคาร์บอนส่วนใหญ่ออกโดยการระเบิดออกซิเจนลงในของเหลว จากนั้นเหล็กหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์เหล็กที่มีผนังหนาขนาดใหญ่ ซึ่งจะเย็นตัวลงเป็นแท่งโลหะ

2. เพื่อขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แบน เช่น แผ่นและแผ่น หรือผลิตภัณฑ์ยาว เช่น แท่งและแท่ง จะมีการขึ้นรูปแท่งโลหะระหว่างลูกกลิ้งขนาดใหญ่ภายใต้แรงกดดันมหาศาล ทำให้เกิดบานและแผ่นคอนกรีต

3. เพื่อผลิตดอกบาน แท่งโลหะจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งเหล็กร่องคู่ที่ซ้อนกัน ลูกกลิ้งประเภทนี้เรียกว่า "โรงสีสองสูง" ในบางกรณีจะใช้ลูกกลิ้งสามตัว ลูกกลิ้งถูกติดตั้งเพื่อให้ร่องตรงกันและเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม การกระทำนี้จะทำให้เหล็กถูกบีบและยืดออกเป็นชิ้นที่บางและยาวขึ้น เมื่อผู้ปฏิบัติงานเป็นคนกลับลูกกลิ้ง เหล็กจะถูกดึงกลับทำให้ลูกกลิ้งบางลงและยาวขึ้น กระบวนการนี้ทำซ้ำจนกระทั่งเหล็กได้รูปทรงที่ต้องการ ในระหว่างกระบวนการนี้ เครื่องจักรที่เรียกว่าอุปกรณ์ควบคุมจะพลิกเหล็กเพื่อให้แต่ละด้านได้รับการประมวลผลอย่างเท่าเทียมกัน

4. แท่งโลหะอาจรีดเป็นแผ่นคอนกรีตด้วยกระบวนการที่คล้ายกับกระบวนการทำบาน เหล็กถูกส่งผ่านคู่ลูกกลิ้งที่ซ้อนกันซึ่งยืดออก อย่างไรก็ตาม ยังมีลูกกลิ้งติดตั้งอยู่ด้านข้างเพื่อควบคุมความกว้างของแผ่นคอนกรีตอีกด้วย เมื่อเหล็กได้รูปทรงที่ต้องการ ปลายที่ไม่เรียบจะถูกตัดออก และแผ่นพื้นหรือบานจะถูกตัดเป็นชิ้นสั้นลง การประมวลผลเพิ่มเติม

5. โดยทั่วไปแล้ว บลูมส์จะถูกประมวลผลเพิ่มเติมก่อนที่จะนำไปผลิตเป็นท่อ บลูมส์จะถูกแปลงเป็นแท่งเหล็กโดยการใส่ผ่านอุปกรณ์รีดมากขึ้นซึ่งทำให้ยาวและแคบยิ่งขึ้น บิลเล็ตถูกตัดด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่ากรรไกรบิน เหล่านี้เป็นกรรไกรแบบซิงโครไนซ์คู่หนึ่งที่วิ่งไปพร้อมกับแท่งเหล็กที่กำลังเคลื่อนที่และตัดมัน ช่วยให้สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องหยุดกระบวนการผลิต เหล็กแท่งเหล่านี้จะซ้อนกันและจะกลายเป็นท่อไร้ตะเข็บในที่สุด

6. แผ่นพื้นยังได้รับการปรับปรุงใหม่อีกด้วย เพื่อให้อ่อนตัวได้ อันดับแรกจะต้องอุ่นที่อุณหภูมิ 1,200° F (1,204° C) ทำให้เกิดการเคลือบออกไซด์บนพื้นผิวของแผ่นพื้น สารเคลือบนี้ถูกแยกออกด้วยเครื่องสกัดตะกรันและสเปรย์น้ำแรงดันสูง จากนั้นแผ่นพื้นจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งหลายชุดบนโรงสีร้อน และทำเป็นแผ่นเหล็กแคบบางๆ ที่เรียกว่าสเกลป์ โรงสีนี้สามารถยาวได้ถึงครึ่งไมล์ เมื่อแผ่นพื้นผ่านลูกกลิ้ง แผ่นคอนกรีตจะบางลงและยาวขึ้น ในช่วงเวลาประมาณสามนาที แผ่นคอนกรีตแผ่นเดียวสามารถเปลี่ยนจากเหล็กหนา 6 นิ้ว (15.2 ซม.) ให้เป็นริบบิ้นเหล็กบางๆ ที่มีความยาวได้ถึง 1/4 ไมล์

7.หลังจากยืดแล้วเหล็กจะดอง กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการวิ่งผ่านถังหลายชุดที่มีกรดซัลฟิวริกเพื่อทำความสะอาดโลหะ ขั้นตอนสุดท้ายคือล้างด้วยน้ำเย็นและน้ำร้อน ตากให้แห้ง จากนั้นจึงรีดขึ้นบนแกนม้วนขนาดใหญ่และบรรจุหีบห่อเพื่อขนส่งไปยังโรงงานผลิตท่อ การทำท่อ

8. ทั้งสเกลป์และบิลเล็ตใช้ทำท่อ Skelp ถูกนำมาทำเป็นท่อเชื่อม มันถูกวางไว้บนเครื่องคลี่คลายก่อน เมื่อแกนเหล็กคลายออก ก็จะได้รับความร้อน เหล็กจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งร่องหลายชุด เมื่อมันผ่านไป ลูกกลิ้งจะทำให้ขอบของโครงกระดูกม้วนงอเข้าหากัน นี่เป็นท่อที่ไม่ได้เชื่อม

9. เหล็กต่อไปจะผ่านลวดเชื่อม อุปกรณ์เหล่านี้จะผนึกปลายทั้งสองของท่อไว้ด้วยกัน รอยเชื่อมจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งแรงดันสูงซึ่งช่วยสร้างรอยเชื่อมที่แน่นหนา จากนั้นจึงตัดท่อให้ได้ความยาวที่ต้องการและซ้อนกันเพื่อดำเนินการต่อไป ท่อเหล็กเชื่อมเป็นกระบวนการที่ต่อเนื่อง และขึ้นอยู่กับขนาดของท่อ สามารถทำได้เร็วถึง 1,100 ฟุต (335.3 ม.) ต่อนาที

10. เมื่อต้องการใช้ท่อไร้ตะเข็บ จะใช้เหล็กแท่งสี่เหลี่ยมเพื่อการผลิต พวกมันถูกให้ความร้อนและขึ้นรูปเป็นทรงกระบอกหรือที่เรียกว่าทรงกลม จากนั้นนำหมูกรอบไปเข้าเตาโดยใช้ไฟขาว-ร้อน จากนั้นจึงรีดกลมที่ให้ความร้อนด้วยแรงดันมหาศาล การกลิ้งด้วยแรงดันสูงนี้ทำให้บิลเล็ตยืดออกและมีรูก่อตัวตรงกลาง เนื่องจากรูนี้มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกผลักผ่านตรงกลางของเหล็กแท่งในขณะที่กำลังรีด หลังจากเจาะแล้ว ท่ออาจมีความหนาและรูปร่างไม่ปกติ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จะต้องผ่านโรงรีดอีกชุดหนึ่ง การประมวลผลขั้นสุดท้าย

11. หลังจากทำท่อประเภทใดประเภทหนึ่งแล้ว อาจนำไปผ่านเครื่องยืดผมได้ นอกจากนี้ยังอาจติดตั้งข้อต่อเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อท่อตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปได้ ประเภทของข้อต่อที่พบบ่อยที่สุดสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กคือการทำเกลียว ซึ่งเป็นร่องที่แน่นซึ่งถูกตัดเข้าที่ปลายท่อ ท่อยังถูกส่งผ่านเครื่องวัดอีกด้วย ข้อมูลนี้พร้อมกับข้อมูลการควบคุมคุณภาพอื่นๆ จะถูกจัดวางบนไปป์โดยอัตโนมัติ จากนั้นพ่นท่อด้วยน้ำมันเคลือบป้องกันบางๆ โดยทั่วไปแล้วท่อส่วนใหญ่จะได้รับการบำบัดเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดสนิม ทำได้โดยการชุบสังกะสีหรือเคลือบสังกะสี อาจใช้สีหรือสารเคลือบอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับการใช้ท่อ

การควบคุมคุณภาพ

มีมาตรการหลายอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าท่อเหล็กสำเร็จรูปมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนด ตัวอย่างเช่น มีการใช้เอ็กซเรย์เกจเพื่อควบคุมความหนาของเหล็ก เกจทำงานโดยใช้รังสีเอกซ์สองตัว รังสีหนึ่งพุ่งไปที่เหล็กที่มีความหนาที่ทราบ อีกอันมุ่งตรงไปที่เหล็กที่ผ่านในสายการผลิต หากมีความแตกต่างระหว่างรังสีทั้งสอง เกจจะกระตุ้นการปรับขนาดลูกกลิ้งโดยอัตโนมัติเพื่อชดเชย

ท่อยังได้รับการตรวจสอบหาข้อบกพร่องเมื่อสิ้นสุดกระบวนการด้วย วิธีหนึ่งในการทดสอบท่อคือการใช้เครื่องจักรพิเศษ เครื่องนี้จะเติมน้ำลงในท่อแล้วเพิ่มแรงดันเพื่อดูว่าน้ำยังคงอยู่หรือไม่ ท่อที่ชำรุดจะถูกส่งกลับเป็นเศษเหล็ก