ท่อเหล็กเป็นท่อกลวงยาวที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆผลิตโดยวิธีการที่แตกต่างกันสองวิธีซึ่งส่งผลให้มีท่อเชื่อมหรือไม่มีรอยต่อในทั้งสองวิธี เหล็กดิบจะถูกหล่อให้อยู่ในรูปแบบเริ่มต้นที่ใช้งานได้ดีกว่าในขั้นแรกจากนั้นนำไปสร้างเป็นท่อโดยการยืดเหล็กออกเป็นท่อไร้ตะเข็บหรือบังคับขอบเข้าด้วยกันแล้วปิดผนึกด้วยการเชื่อมวิธีแรกในการผลิตท่อเหล็กถูกนำมาใช้ในต้นปี 1800 และได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องจนกลายเป็นกระบวนการสมัยใหม่ที่เราใช้ในปัจจุบันในแต่ละปีมีการผลิตท่อเหล็กหลายล้านตันความคล่องตัวทำให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้บ่อยที่สุดที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมเหล็ก
ประวัติศาสตร์
ผู้คนใช้ท่อมานับพันปีแล้วบางทีการใช้ครั้งแรกอาจเกิดขึ้นโดยชาวเกษตรกรรมโบราณที่เปลี่ยนเส้นทางน้ำจากลำธารและแม่น้ำมาสู่ทุ่งนาของตนหลักฐานทางโบราณคดีชี้ให้เห็นว่าชาวจีนใช้ท่อกกเพื่อขนส่งน้ำไปยังสถานที่ที่ต้องการตั้งแต่ช่วงต้น 2,000 ปีก่อนคริสตกาล มีการค้นพบท่อดินเหนียวที่อารยธรรมโบราณอื่นๆ ใช้ในช่วงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสตกาล ท่อตะกั่วแห่งแรกถูกสร้างขึ้นในยุโรปในประเทศเขตร้อน มีการใช้ท่อไม้ไผ่เพื่อขนส่งน้ำชาวอเมริกันในยุคอาณานิคมใช้ไม้เพื่อจุดประสงค์เดียวกันในปี ค.ศ. 1652 มีการประปาแห่งแรกในบอสตันโดยใช้ท่อนซุงกลวง
ท่อเชื่อมถูกสร้างขึ้นโดยการรีดแถบเหล็กผ่านชุดลูกกลิ้งร่องที่หล่อวัสดุให้เป็นรูปทรงวงกลมถัดไปท่อที่ไม่ได้เชื่อมจะผ่านอิเล็กโทรดเชื่อมอุปกรณ์เหล่านี้จะผนึกปลายทั้งสองของท่อไว้ด้วยกัน
ในช่วงต้นปี 1840 ช่างเหล็กสามารถผลิตท่อไร้ตะเข็บได้แล้ววิธีหนึ่งคือการเจาะรูผ่านโลหะแข็งแท่งกลมจากนั้นเหล็กแท่งจะถูกให้ความร้อนและดึงผ่านแม่พิมพ์หลายชุดซึ่งยืดออกจนกลายเป็นท่อวิธีการนี้ไม่มีประสิทธิภาพเพราะเป็นการยากที่จะเจาะรูตรงกลางส่งผลให้ท่อไม่เรียบด้านหนึ่งหนากว่าอีกด้านในปี พ.ศ. 2431 วิธีการที่ได้รับการปรับปรุงได้รับสิทธิบัตรในกระบวนการนี้ ของแข็งที่เรียกเก็บเงินจะถูกหล่อรอบๆ แกนอิฐทนไฟเมื่อเย็นตัวลง อิฐก็ถูกเอาออก เหลือเพียงรูตรงกลางตั้งแต่นั้นมาเทคนิคลูกกลิ้งแบบใหม่ได้เข้ามาแทนที่วิธีการเหล่านี้
ออกแบบ
ท่อเหล็กมีสองประเภท ประเภทหนึ่งไม่มีรอยต่อและอีกประเภทหนึ่งมีตะเข็บเชื่อมเดี่ยวตลอดความยาวทั้งสองมีการใช้งานที่แตกต่างกันโดยทั่วไปแล้วท่อไร้ตะเข็บจะมีน้ำหนักเบากว่าและมีผนังที่บางกว่าใช้สำหรับจักรยานและขนส่งของเหลวท่อที่ต่อตะเข็บจะหนักกว่าและแข็งกว่ามีความสม่ำเสมอที่ดีกว่าและโดยทั่วไปจะตรงกว่าใช้สำหรับสิ่งต่างๆ เช่น การขนส่งก๊าซ ท่อร้อยสายไฟฟ้า และประปาโดยทั่วไปจะใช้ในกรณีที่ท่อไม่ได้รับความเครียดในระดับสูง
วัตถุดิบ
วัตถุดิบหลักในการผลิตท่อคือเหล็กเหล็กประกอบด้วยเหล็กเป็นหลักโลหะอื่นๆ ที่อาจมีอยู่ในโลหะผสม ได้แก่ อลูมิเนียม แมงกานีส ไทเทเนียม ทังสเตน วาเนเดียม และเซอร์โคเนียมบางครั้งมีการใช้วัสดุตกแต่งบางอย่างในระหว่างการผลิตตัวอย่างเช่นการทาสีอาจจะ
ท่อไร้ตะเข็บผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ให้ความร้อนและขึ้นรูปแท่งเหล็กแข็งให้เป็นรูปทรงทรงกระบอก จากนั้นจึงม้วนจนยืดและเป็นโพรงเนื่องจากจุดศูนย์กลางกลวงนั้นมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกผลักผ่านตรงกลางของบิลเล็ตในขณะที่กำลังรีด ท่อไร้ตะเข็บถูกผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ให้ความร้อนและขึ้นรูปแท่งเหล็กแข็งให้เป็นรูปทรงทรงกระบอกแล้วจึงม้วน จนกระทั่งมันยืดออกและเป็นโพรงเนื่องจากจุดศูนย์กลางกลวงนั้นมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกผลักผ่านตรงกลางของเหล็กแท่งในขณะที่กำลังรีด ใช้ในกรณีที่เคลือบท่อโดยปกติแล้ว จะมีการจ่ายน้ำมันปริมาณเล็กน้อยกับท่อเหล็กที่ส่วนท้ายของสายการผลิตซึ่งจะช่วยปกป้องท่อแม้ว่าจะไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป แต่กรดซัลฟูริกก็ถูกนำมาใช้ในขั้นตอนการผลิตขั้นตอนเดียวเพื่อทำความสะอาดท่อ
กระบวนการผลิต
ท่อเหล็กทำโดยสองกระบวนการที่แตกต่างกันวิธีการผลิตโดยรวมสำหรับทั้งสองกระบวนการประกอบด้วยสามขั้นตอนขั้นแรก เหล็กดิบจะถูกแปลงให้เป็นรูปแบบที่ใช้งานได้มากขึ้นจากนั้น ท่อจะถูกสร้างขึ้นบนสายการผลิตแบบต่อเนื่องหรือแบบกึ่งต่อเนื่องสุดท้ายมีการตัดและดัดแปลงท่อให้ตรงตามความต้องการของลูกค้า
ท่อไร้ตะเข็บผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ให้ความร้อนและขึ้นรูปแท่งเหล็กแข็งให้เป็นรูปทรงทรงกระบอก จากนั้นจึงม้วนจนยืดและเป็นโพรงเนื่องจากจุดศูนย์กลางกลวงนั้นมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกดันผ่านตรงกลางของเหล็กแท่งในขณะที่กำลังรีด
การผลิตลิ่ม
1. เหล็กหลอมเหลวทำโดยการละลายแร่เหล็กและโค้ก (สารที่อุดมด้วยคาร์บอนซึ่งเกิดขึ้นเมื่อถ่านหินถูกให้ความร้อนโดยไม่มีอากาศ) ในเตาเผา จากนั้นกำจัดคาร์บอนส่วนใหญ่ออกโดยการระเบิดออกซิเจนลงในของเหลวจากนั้นเหล็กหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์เหล็กที่มีผนังหนาขนาดใหญ่ ซึ่งจะเย็นตัวลงเป็นแท่งโลหะ
2. เพื่อขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แบน เช่น แผ่นและแผ่น หรือผลิตภัณฑ์ยาว เช่น แท่งและแท่ง จะมีการขึ้นรูปแท่งโลหะระหว่างลูกกลิ้งขนาดใหญ่ภายใต้แรงกดดันมหาศาล ทำให้เกิดบานและแผ่นคอนกรีต
3. เพื่อผลิตดอกบาน แท่งโลหะจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งเหล็กร่องคู่ที่ซ้อนกันลูกกลิ้งประเภทนี้เรียกว่า "โรงสีสองสูง"ในบางกรณีจะใช้ลูกกลิ้งสามตัวลูกกลิ้งถูกติดตั้งเพื่อให้ร่องตรงกันและเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามการกระทำนี้จะทำให้เหล็กถูกบีบและยืดออกเป็นชิ้นที่บางและยาวขึ้นเมื่อผู้ปฏิบัติงานเป็นคนกลับลูกกลิ้ง เหล็กจะถูกดึงกลับทำให้ลูกกลิ้งบางลงและยาวขึ้นกระบวนการนี้ทำซ้ำจนกระทั่งเหล็กได้รูปทรงที่ต้องการในระหว่างกระบวนการนี้ เครื่องจักรที่เรียกว่าอุปกรณ์ควบคุมจะพลิกเหล็กเพื่อให้แต่ละด้านได้รับการประมวลผลอย่างเท่าเทียมกัน
4. แท่งโลหะอาจรีดเป็นแผ่นคอนกรีตด้วยกระบวนการที่คล้ายกับกระบวนการทำบานเหล็กถูกส่งผ่านคู่ลูกกลิ้งที่ซ้อนกันซึ่งยืดออกอย่างไรก็ตาม ยังมีลูกกลิ้งติดตั้งอยู่ด้านข้างเพื่อควบคุมความกว้างของแผ่นคอนกรีตอีกด้วยเมื่อเหล็กได้รูปทรงที่ต้องการ ปลายที่ไม่เรียบจะถูกตัดออก และแผ่นพื้นหรือบานจะถูกตัดเป็นชิ้นสั้นลง การประมวลผลเพิ่มเติม
5. โดยปกติแล้ว บลูมส์จะได้รับการประมวลผลเพิ่มเติมก่อนที่จะนำไปผลิตเป็นท่อบลูมส์จะถูกแปลงเป็นแท่งเหล็กโดยการใส่ผ่านอุปกรณ์รีดมากขึ้นซึ่งทำให้ยาวและแคบยิ่งขึ้นบิลเล็ตถูกตัดด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่ากรรไกรบินเหล่านี้เป็นกรรไกรแบบซิงโครไนซ์คู่หนึ่งที่วิ่งไปพร้อมกับแท่งเหล็กที่กำลังเคลื่อนที่และตัดมันช่วยให้สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องหยุดกระบวนการผลิตเหล็กแท่งเหล่านี้จะซ้อนกันและจะกลายเป็นท่อไร้ตะเข็บในที่สุด
6. แผ่นคอนกรีตยังได้รับการปรับปรุงใหม่อีกด้วยเพื่อให้ยืดหยุ่นได้ อันดับแรกจะต้องอุ่นที่อุณหภูมิ 1,200° F (1,204° C)ทำให้เกิดการเคลือบออกไซด์บนพื้นผิวของแผ่นคอนกรีตสารเคลือบนี้ถูกแยกออกด้วยเครื่องสกัดตะกรันและสเปรย์น้ำแรงดันสูงจากนั้นแผ่นคอนกรีตจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งหลายชุดบนโรงสีร้อน และทำเป็นแผ่นเหล็กแคบบางๆ ที่เรียกว่าสเคล์ปโรงสีนี้สามารถยาวได้ถึงครึ่งไมล์เมื่อแผ่นพื้นผ่านลูกกลิ้ง แผ่นคอนกรีตจะบางลงและยาวขึ้นในช่วงเวลาประมาณสามนาที แผ่นคอนกรีตแผ่นเดียวสามารถเปลี่ยนจากเหล็กหนา 6 นิ้ว (15.2 ซม.) ให้เป็นริบบิ้นเหล็กบางๆ ที่มีความยาวหนึ่งในสี่ไมล์ได้
7.หลังจากยืดแล้วเหล็กจะดองกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการวิ่งผ่านถังหลายชุดที่มีกรดซัลฟิวริกเพื่อทำความสะอาดโลหะขั้นตอนสุดท้ายคือล้างด้วยน้ำเย็นและน้ำร้อน เช็ดให้แห้ง จากนั้นจึงรีดขึ้นบนแกนม้วนขนาดใหญ่และบรรจุหีบห่อเพื่อขนส่งไปยังโรงงานผลิตท่อ การทำท่อ
8. ทั้งสเกลป์และบิลเล็ตใช้ทำท่อSkelp ถูกนำมาทำเป็นท่อเชื่อมมันถูกวางไว้บนเครื่องคลี่คลายก่อนเมื่อแกนเหล็กคลายออก ก็จะได้รับความร้อนเหล็กจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งร่องหลายชุดเมื่อมันผ่านไป ลูกกลิ้งจะทำให้ขอบของโครงกระดูกม้วนงอเข้าหากันนี่เป็นท่อที่ไม่ได้เชื่อม
9. เหล็กต่อไปจะผ่านลวดเชื่อมอุปกรณ์เหล่านี้จะผนึกปลายทั้งสองของท่อไว้ด้วยกันรอยเชื่อมจะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งแรงดันสูงซึ่งช่วยสร้างรอยเชื่อมที่แน่นหนาจากนั้นจึงตัดท่อให้ได้ความยาวที่ต้องการและซ้อนกันเพื่อดำเนินการต่อไปท่อเหล็กเชื่อมเป็นกระบวนการที่ต่อเนื่อง และขึ้นอยู่กับขนาดของท่อ สามารถทำได้เร็วถึง 1,100 ฟุต (335.3 ม.) ต่อนาที
10. เมื่อต้องการใช้ท่อไร้ตะเข็บ จะใช้เหล็กแท่งสี่เหลี่ยมเพื่อการผลิตพวกมันถูกให้ความร้อนและขึ้นรูปเป็นทรงกระบอกหรือที่เรียกว่าทรงกลมจากนั้นนำหมูกรอบไปเข้าเตาโดยใช้ไฟขาว-ร้อนจากนั้นจึงรีดกลมที่ให้ความร้อนด้วยแรงดันมหาศาลการกลิ้งด้วยแรงดันสูงนี้ทำให้บิลเล็ตยืดออกและมีรูก่อตัวตรงกลางเนื่องจากรูนี้มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ จุดเจาะรูปกระสุนจึงถูกผลักผ่านตรงกลางของเหล็กแท่งในขณะที่กำลังรีดหลังจากเจาะแล้ว ท่ออาจมีความหนาและรูปร่างไม่ปกติเพื่อแก้ไขปัญหานี้ จะต้องผ่านโรงรีดอีกชุดหนึ่ง การประมวลผลขั้นสุดท้าย
11. หลังจากทำท่อประเภทใดประเภทหนึ่งแล้ว อาจนำไปผ่านเครื่องยืดผมได้นอกจากนี้ยังอาจติดตั้งข้อต่อเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อท่อตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปได้ประเภทของข้อต่อที่พบบ่อยที่สุดสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กคือการทำเกลียว ซึ่งเป็นร่องที่แน่นซึ่งถูกตัดเข้าที่ปลายท่อท่อยังถูกส่งผ่านเครื่องวัดอีกด้วยข้อมูลนี้พร้อมกับข้อมูลการควบคุมคุณภาพอื่นๆ จะถูกจัดวางบนไปป์โดยอัตโนมัติจากนั้นพ่นท่อด้วยน้ำมันเคลือบป้องกันบางๆโดยทั่วไปแล้วท่อส่วนใหญ่จะได้รับการบำบัดเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดสนิมทำได้โดยการชุบสังกะสีหรือเคลือบสังกะสีอาจใช้สีหรือสารเคลือบอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับการใช้ท่อ
ควบคุมคุณภาพ
มีมาตรการหลายอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าท่อเหล็กสำเร็จรูปมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดตัวอย่างเช่น มีการใช้เอ็กซเรย์เกจเพื่อควบคุมความหนาของเหล็กเกจทำงานโดยใช้รังสีเอกซ์สองตัวรังสีหนึ่งพุ่งไปที่เหล็กที่มีความหนาที่ทราบอีกอันมุ่งตรงไปที่เหล็กที่ผ่านในสายการผลิตหากมีความแตกต่างระหว่างรังสีทั้งสอง เกจจะกระตุ้นการปรับขนาดลูกกลิ้งโดยอัตโนมัติเพื่อชดเชย
ท่อยังได้รับการตรวจสอบหาข้อบกพร่องเมื่อสิ้นสุดกระบวนการด้วยวิธีหนึ่งในการทดสอบท่อคือการใช้เครื่องจักรพิเศษเครื่องนี้จะเติมน้ำลงในท่อแล้วเพิ่มแรงดันเพื่อดูว่าน้ำยังคงอยู่หรือไม่ท่อที่ชำรุดจะถูกส่งกลับเป็นเศษเหล็ก