Οι χαλύβδινοι σωλήνες είναι μακριοί, κοίλοι σωλήνες που χρησιμοποιούνται για ποικίλους σκοπούς. Παράγονται με δύο ξεχωριστές μεθόδους που οδηγούν είτε σε συγκολλημένο είτε σε σωλήνα χωρίς ραφή. Και στις δύο μεθόδους, ο ακατέργαστος χάλυβας χυτεύεται πρώτα σε μια πιο λειτουργική αρχική μορφή. Στη συνέχεια, μετατρέπεται σε σωλήνα τεντώνοντας τον χάλυβα σε σωλήνα χωρίς ραφή ή πιέζοντας τις άκρες να ενωθούν και σφραγίζοντάς τες με 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 τους τους καθιστά το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο προϊόν που παράγεται από τη χαλυβουργία.
Ιστορία
Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν σωλήνες εδώ και χιλιάδες χρόνια. Ίσως η πρώτη χρήση να έγινε από τους αρχαίους γεωργούς, οι οποίοι εκτρέπουν το νερό από ρυάκια και ποτάμια στα χωράφια τους. Αρχαιολογικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι οι Κινέζοι χρησιμοποιούσαν σωλήνες από καλάμι για τη μεταφορά νερού σε επιθυμητές τοποθεσίες ήδη από το 2000 π.Χ. Έχουν ανακαλυφθεί πήλινοι σωλήνες που χρησιμοποιούνταν από άλλους αρχαίους πολιτισμούς. Κατά τον πρώτο αιώνα μ.Χ., οι πρώτοι μολύβδινοι σωλήνες κατασκευάστηκαν στην Ευρώπη. Στις τροπικές χώρες, σωλήνες από μπαμπού χρησιμοποιήθηκαν για τη μεταφορά νερού. Οι αποικιακοί Αμερικανοί χρησιμοποίησαν ξύλο για παρόμοιο σκοπό. Το 1652, το πρώτο σύστημα ύδρευσης κατασκευάστηκε στη Βοστώνη χρησιμοποιώντας κούφια κορμούς.
Ο συγκολλημένος σωλήνας σχηματίζεται με την κύλιση χαλύβδινων ταινιών μέσα από μια σειρά αυλακωτών κυλίνδρων που διαμορφώνουν το υλικό σε κυκλικό σχήμα. Στη συνέχεια, ο μη συγκολλημένος σωλήνας διέρχεται από ηλεκτρόδια συγκόλλησης. Αυτές οι συσκευές σφραγίζουν τα δύο άκρα του σωλήνα μεταξύ τους.
Ήδη από το 1840, οι σιδηρουργοί μπορούσαν ήδη να κατασκευάζουν σωλήνες χωρίς ραφή. Σε μια μέθοδο, μια οπή διαπερνούσε ένα συμπαγές μεταλλικό, στρογγυλό τεμάχιο. Στη συνέχεια, το τεμάχιο θερμαινόταν και περνούσε μέσα από μια σειρά μήτρων που το επιμήκυναν για να σχηματίσει έναν σωλήνα. Αυτή η μέθοδος ήταν αναποτελεσματική επειδή ήταν δύσκολο να διατρηθεί η οπή στο κέντρο. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα έναν ανώμαλο σωλήνα με τη μία πλευρά να είναι παχύτερη από την άλλη. Το 1888, μια βελτιωμένη μέθοδος κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Σε αυτή τη διαδικασία, το συμπαγές τεμάχιο χυτεύτηκε γύρω από έναν πυρίμαχο πυρήνα τούβλου. Όταν ψύχθηκε, το τούβλο αφαιρέθηκε αφήνοντας μια τρύπα στη μέση. Έκτοτε, 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 κατά μήκος του. Και οι δύο έχουν διαφορετικές χρήσεις. Οι σωλήνες χωρίς ραφή είναι συνήθως ελαφρύτεροι και έχουν λεπτότερα τοιχώματα. Χρησιμοποιούνται για ποδήλατα και μεταφορά υγρών. Οι σωλήνες με ραφή είναι βαρύτεροι και πιο άκαμπτοι. Έχουν καλύτερη συνοχή και είναι συνήθως πιο ίσιοι. Χρησιμοποιούνται για πράγματα όπως η μεταφορά φυσικού αερίου, οι ηλεκτρικοί αγωγοί και οι υδραυλικές εγκαταστάσεις. Συνήθως, χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου ο σωλήνας δεν υφίσταται υψηλό βαθμό τάσης.
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 αλουμίνιο, μαγγάνιο, τιτάνιο, βολφράμιο, βανάδιο και ζιρκόνιο. Ορισμένα υλικά φινιρίσματος χρησιμοποιούνται μερικές φορές κατά την παραγωγή. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί βαφή.
Ο σωλήνας χωρίς ραφή κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που θερμαίνει και διαμορφώνει ένα συμπαγές τεμάχιο σε κυλινδρικό σχήμα και στη συνέχεια το κυλά μέχρι να τεντωθεί και να κοιλοποιηθεί. Δεδομένου ότι το κοίλο κέντρο έχει ακανόνιστο σχήμα, μια αιχμή διάτρησης σε σχήμα σφαίρας ωθείται μέσα από τη μέση του τεμαχίου καθώς αυτό τυλίγεται. Χρησιμοποιείται εάν ο σωλήνας είναι επικαλυμμένος. Συνήθως, μια ελαφριά ποσότητα λαδιού εφαρμόζεται στους χαλύβδινους σωλήνες στο τέλος της γραμμής παραγωγής. Αυτό βοηθά στην προστασία του σωλήνα. Ενώ δεν αποτελεί στην πραγματικότητα μέρος του τελικού προϊόντος, το θειικό οξύ χρησιμοποιείται σε ένα βήμα κατασκευής για τον καθαρισμό του σωλήνα.
Η Διαδικασία Παραγωγής
Οι χαλύβδινοι σωλήνες κατασκευάζονται με δύο διαφορετικές διαδικασίες. Η συνολική μέθοδος παραγωγής και για τις δύο διαδικασίες περιλαμβάνει τρία βήματα. Πρώτον, ο ακατέργαστος χάλυβας μετατρέπεται σε μια πιο εύχρηστη μορφή. Στη συνέχεια, ο σωλήνας διαμορφώνεται σε μια 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 κοίλανση του σωλήνα για αύξηση της ανταγωνιστικότητας των σωλήνων
Ο σωλήνας χωρίς ραφή κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που θερμαίνει και διαμορφώνει ένα συμπαγές τεμάχιο σε κυλινδρικό σχήμα και στη συνέχεια το κυλά μέχρι να τεντωθεί και να γίνει κοίλο. Δεδομένου ότι το κοίλο κέντρο έχει ακανόνιστο σχήμα, μια αιχμή διάτρησης σε σχήμα σφαίρας ωθείται μέσα από τη μέση του τεμαχίου καθώς αυτό τυλίγεται.
Παραγωγή πλινθωμάτων
1. Ο λιωμένος χάλυβας παράγεται με την τήξη σιδηρομεταλλεύματος και οπτάνθρακα (μιας ουσίας πλούσιας σε άνθρακα που προκύπτει όταν ο άνθρακας θερμαίνεται απουσία αέρα) σε έναν κλίβανο και στη συνέχεια απομακρύνεται το μεγαλύτερο μέρος του άνθρακα με την εκτόξευση οξυγόνου στο υγρό. Ο λιωμένος χάλυβας στη συνέχεια χύνεται σε μεγάλα καλούπια σιδήρου με παχιά τοιχώματα, όπου ψύχεται σε πλινθώματα.
2. Για να σχηματιστούν επίπεδα προϊόντα όπως πλάκες και φύλλα ή επιμήκη προϊόντα όπως ράβδοι και ράβδοι, τα πλινθώματα διαμορφώνονται μεταξύ μεγάλων κυλίνδρων υπό τεράστια πίεση. Παραγωγή ανθών και πλακών
3. Για να δημιουργηθεί μια άνθιση, η ράβδος διέρχεται μέσα από ένα ζεύγος αυλακωτών χαλύβδινων κυλίνδρων που είναι στοιβαγμένοι. Αυτοί οι τύποι κυλίνδρων ονομάζονται «μύλοι δύο υψών». Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται τρεις κύλινδροι. Οι κύλινδροι είναι τοποθετημένοι έτσι ώστε οι αυλακώσεις τους να συμπίπτουν και να κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτή η ενέργεια προκαλεί τη συμπίεση και το τέντωμα του χάλυβα σε λεπτότερα, μακρύτερα κομμάτια. Όταν οι κύλινδροι αντιστρέφονται από τον ανθρώπινο χειριστή, ο χάλυβας τραβιέται προς τα πίσω, καθιστώντας τον λεπτότερο και μακρύτερο. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι ο χάλυβας να αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, μηχανήματα 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 διέρχεται από ένα ζεύγος στοιβαγμένων κυλίνδρων που τον τεντώνουν. Ωστόσο, υπάρχουν επίσης κύλινδροι τοποθετημένοι στο πλάι για να ελέγχουν το πλάτος των πλακών. Όταν ο χάλυβας αποκτήσει το επιθυμητό σχήμα, τα ανώμαλα άκρα κόβονται και οι πλάκες ή οι άνθισεις κόβονται σε μικρότερα κομμάτια. Περαιτέρω επεξεργασία
5. Τα τεμάχια συνήθως υποβάλλονται σε περαιτέρω επεξεργασία πριν μετατραπούν σε σωλήνες. Τα τεμάχια μετατρέπονται σε μπιγιέτες περνώντας τα μέσα από περισσότερες κυλιόμενες συσκευές, οι οποίες τα καθιστούν μακρύτερα και στενότερα. Τα τεμάχια κόβονται με συσκευές γνωστές ως ιπτάμενα ψαλίδια. Πρόκειται για ένα ζεύγος συγχρονισμένων ψαλιδιών που τρέχουν μαζί με το κινούμενο τεμάχιο και το κόβουν. Αυτό επιτρέπει αποτελεσματικές κοπές χωρίς να διακόπτεται η διαδικασία κατασκευής. Αυτά τα τεμάχια στοιβάζονται και τελικά θα γίνουν σωλήνες χωρίς ραφή.
6. Οι πλάκες επίσης υφίστανται ανακατασκευή. Για να γίνουν εύπλαστες, θερμαίνονται πρώτα στους 1.204° C (2.200° F). Αυτό προκαλεί τον σχηματισμό μιας επίστρωσης οξειδίου στην επιφάνεια της πλάκας. Αυτή η επίστρωση σπάει με ένα σπάσιμο αλάτων και ψεκασμό νερού υψηλής πίεσης. Οι πλάκες στη συνέχεια περνούν μέσα από μια σειρά κυλίνδρων σε έναν θερμό μύλο και μετατρέπονται σε λεπτές στενές λωρίδες χάλυβα που ονομάζονται σκελίδες. Αυτός ο μύλος μπορεί να έχει μήκος έως και μισό μίλι. Καθώς οι πλάκες περνούν μέσα από τους κυλίνδρους, γίνονται λεπτότερες και μακρύτερες. Σε διάστημα περίπου τριών λεπτών, μια μεμονωμένη πλάκα μπορεί να μετατραπεί από ένα κομμάτι χάλυβα πάχους 6 ιντσών (15,2 cm) σε μια λεπτή χαλύβδινη ταινία που μπορεί να έχει μήκος ένα τέταρτο του μιλίου.
7. Μετά το τέντωμα, ο χάλυβας υποβάλλεται σε οξείδωση. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη διέλευσή του από μια σειρά δεξαμενών που περιέχουν θειικό οξύ για τον καθαρισμό του μετάλλου. Για να ολοκληρωθεί, ξεπλένεται με κρύο και ζεστό νερό, στεγνώνει και στη συνέχεια τυλίγεται σε μεγάλα καρούλια και συσκευάζεται για μεταφορά σε εγκατάσταση κατασκευής σωλήνων. Κατασκευή σωλήνων
8. Τόσο το σκελετό όσο και τα μπιγιέτες χρησιμοποιούνται για την κατασκευή σωλήνων. Το σκελετό μετατρέπεται σε συγκολλημένο σωλήνα. Αρχικά τοποθετείται σε μια μηχανή ξετυλίγματος. Καθώς το καρούλι χάλυβα ξετυλίγεται, θερμαίνεται. Στη συνέχεια, ο χάλυβας διέρχεται από μια σειρά αυλακωτών κυλίνδρων. Καθώς περνάει, οι κύλινδροι προκαλούν την καμπύλωση των άκρων του σκελετού. Αυτό σχηματίζει έναν μη συγκολλημένο σωλήνα.
9. Στη συνέχεια, ο χάλυβας διέρχεται από ηλεκτρόδια συγκόλλησης. Αυτές οι συσκευές σφραγίζουν τα δύο άκρα του σωλήνα μεταξύ τους. Η συγκολλημένη ραφή διέρχεται στη συνέχεια από έναν κύλινδρο υψηλής πίεσης, ο οποίος βοηθά στη δημιουργία μιας σφιχτής συγκόλλησης. Ο σωλήνας κόβεται στο επιθυμητό μήκος και στοιβάζεται για περαιτέρω επεξεργασία. Η συγκόλληση χαλύβδινων σωλήνων 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 χρειάζονται σωλήνες χωρίς ραφή, χρησιμοποιούνται τετράγωνα τεμάχια για την παραγωγή. Θερμαίνονται και χυτεύονται για να σχηματίσουν ένα κυλινδρικό σχήμα, που ονομάζεται επίσης στρογγυλό. Το στρογγυλό τεμάχιο στη συνέχεια τοποθετείται σε φούρνο όπου θερμαίνεται σε λευκό χρώμα. Το θερμαινόμενο στρογγυλό τεμάχιο στη συνέχεια τυλίγεται με μεγάλη πίεση. Αυτή η κύλιση υψηλής πίεσης προκαλεί το τέντωμα του τεμαχίου και το σχηματισμό μιας οπής στο κέντρο. Δεδομένου ότι αυτή η οπή έχει ακανόνιστο σχήμα, μια αιχμή διάτρησης σε σχήμα σφαίρας ωθείται μέσα από το μέσο του τεμαχίου καθώς τυλίγεται. Μετά το στάδιο διάτρησης, ο σωλήνας μπορεί να έχει ακόμα ακανόνιστο πάχος και σχήμα. Για να διορθωθεί αυτό, διέρχεται από μια άλλη σειρά ελασματουργείων. Τελική επεξεργασία
11. Αφού κατασκευαστεί οποιοσδήποτε τύπος σωλήνα, μπορεί να περάσει από μια μηχανή ευθυγράμμισης. Μπορεί επίσης να εξοπλιστεί με συνδέσμους, ώστε να μπορούν να συνδεθούν δύο ή περισσότερα κομμάτια σωλήνα. Ο πιο συνηθισμένος τύπος σύνδεσης για σωλήνες με μικρότερες διαμέτρους είναι η σπειροτόμηση - σφιχτές αυλακώσεις που κόβονται στο άκρο του σωλήνα. Οι σωλήνες αποστέλλονται επίσης μέσω μιας μηχανής μέτρησης. Αυτές οι πληροφορίες, μαζί με άλλα δεδομένα ελέγχου ποιότητας, χαράσσονται αυτόματα στον 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 με γαλβανισμό ή με 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 τελικός χαλύβδινος σωλήνας πληροί τις προδιαγραφές. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται μετρητές ακτίνων Χ για τη ρύθμιση του πάχους του χάλυβα. Οι μετρητές λειτουργούν χρησιμοποιώντας δύο ακτίνες Χ. Η μία ακτίνα κατευθύνεται σε έναν χάλυβα γνωστού πάχους. Η άλλη κατευθύνεται στον χάλυβα που διέρχεται από τη γραμμή παραγωγής. Εάν υπάρχει οποιαδήποτε 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 ελέγχου ενός σωλήνα είναι η χρήση ενός ειδικού μηχανήματος. Αυτό το μηχάνημα γεμίζει τον σωλήνα με νερό και στη συνέχεια αυξάνει την πίεση για να διαπιστωθεί αν αντέχει. Οι ελαττωματικοί σωλήνες επιστρέφονται για απόρριψη.