Πώς γίνεται η σωλήνωση από χάλυβα;

Περιεχόμενο

• TL · DR (Πολύ μακρύ;
• Συγκολλημένη έναντι ομαλής παραγωγής στη διαδικασία κατασκευής σωλήνων
• Η Μηχανική Διαδικασία Βήμα-προς-Βήμα για Σωλήνες Στεγανοποιημένων και Ομοιογενών Χάλυβα
• Δημιουργία πλινθωμάτων, ανθισμάτων, πλίνθων και πρισμάτων
• Κατασκευή αυτών των υλικών σε σωληνώσεις
• Ανάπτυξη συγκολλημένων και χωρίς ραφή σωλήνων
• Περαιτέρω επεξεργασία και γαλβανισμός
• Η ιστορία της κατασκευής σωλήνων
• Η δύναμη των αγωγών από χάλυβα

Οι χαλύβδινοι σωλήνες, που κατασκευάζονται από πρώτες ύλες όπως σίδηρος, αλουμίνιο, άνθρακας, μαγγάνιο, τιτάνιο, βανάδιο και ζιρκόνιο, είναι κεντρικά για την παραγωγή σωληνώσεων για εφαρμογές που καλύπτουν συστήματα θέρμανσης και υδραυλικών εγκαταστάσεων, αυτοκινητοδρόμους, αυτοκινητοβιομηχανίες και ακόμη και ιατρικά (για χειρουργικά εμφυτεύματα και καρδιακές βαλβίδες) .

Με την ανάπτυξή τους να επιστρέφει στις ανακαλύψεις της τεχνολογίας που χρονολογούνται από το 1800, οι μέθοδοι κατασκευής τους ταιριάζουν στα διαφορετικά σχέδια για μια πληθώρα σκοπών.

TL · DR (Πολύ μακρύ;

Οι σωλήνες από χάλυβα μπορούν να κατασκευαστούν με συγκόλληση ή με τη μέθοδο χωρίς ραφή για διάφορους σκοπούς. Η διαδικασία κατασκευής σωλήνων, η οποία εφαρμόζεται εδώ και αιώνες, περιλαμβάνει τη χρήση υλικών από αλουμίνιο σε ζιρκόνιο μέσω διαφόρων σταδίων από πρώτες ύλες σε τελικό προϊόν που έχει εφαρμογές στην ιστορία από την ιατρική μέχρι την κατασκευή.

Συγκολλημένη έναντι ομαλής παραγωγής στη διαδικασία κατασκευής σωλήνων

Οι χαλύβδινοι σωλήνες, από την κατασκευή αυτοκινήτων μέχρι τους αγωγούς αερίου, μπορούν είτε να συγκολληθούν από κράματα - μέταλλα κατασκευασμένα από διαφορετικά χημικά στοιχεία - είτε να κατασκευαστούν απρόσκοπτα από έναν κλίβανο τήξης.

Ενώ οι συγκολλημένοι σωλήνες ωθούνται μαζί με μεθόδους όπως η θέρμανση και η ψύξη και χρησιμοποιούνται για βαρύτερες, πιο δύσκαμπτες εφαρμογές όπως οι υδραυλικές εγκαταστάσεις και η μεταφορά αερίου, οι σωλήνες χωρίς ραφή δημιουργούνται με τέντωμα και κοίλωμα για πιο ελαφρύ και λεπτότερο τρόπο όπως ποδήλατα και μεταφορά υγρών.

Η μέθοδος παραγωγής προσδίδει πολλά στα διάφορα σχέδια του χαλύβδινου σωλήνα. Η αλλαγή της διαμέτρου και του πάχους μπορεί να οδηγήσει σε διαφορές όσον αφορά τη δύναμη και την ευελιξία για έργα μεγάλης κλίμακας, όπως αγωγούς μεταφοράς αερίου και ακριβή όργανα, όπως υποδερμικές βελόνες.

Η κλειστή δομή ενός σωλήνα, είτε είναι στρογγυλή, τετράγωνη είτε σε οποιοδήποτε σχήμα, μπορεί να ταιριάζει σε οποιαδήποτε εφαρμογή χρειάζεται, από τη ροή των υγρών στην πρόληψη της διάβρωσης.

Η Μηχανική Διαδικασία Βήμα-προς-Βήμα για Σωλήνες Στεγανοποιημένων και Ομοιογενών Χάλυβα

Η συνολική διαδικασία κατασκευής χαλύβδινων σωλήνων περιλαμβάνει τη μετατροπή του ακατέργαστου χάλυβα σε πλινθώματα, ανθοί, πλάκες και πρίσματα (που όλα είναι υλικά που μπορούν να συγκολληθούν), δημιουργώντας ένα αγωγό σε μια γραμμή παραγωγής και σχηματίζοντας τον σωλήνα σε ένα επιθυμητό προϊόν.

••• Syed Hussain Ather

Δημιουργία πλινθωμάτων, ανθισμάτων, πλίνθων και πρισμάτων

Το σιδηρομετάλλευμα και ο οπτάνθρακας, μια πλούσια σε άνθρακα ουσία από θερμαινόμενο άνθρακα, τήκονται σε μια υγρή ουσία σε έναν κλίβανο και έπειτα καίγονται με οξυγόνο για να δημιουργήσουν λιωμένο χάλυβα. Το υλικό αυτό ψύχεται σε πλινθώματα, μεγάλα χυτά χάλυβα για την αποθήκευση και τη μεταφορά υλικών, τα οποία διαμορφώνονται μεταξύ κυλίνδρων υπό υψηλές ποσότητες πίεσης.

Μερικά πλινθώματα περνούν μέσα από χαλύβδινους κυλίνδρους που τους τεντώνουν σε λεπτότερα, μακρύτερα κομμάτια για να δημιουργούν άνθη, ενδιάμεσα μεταξύ χάλυβα και σιδήρου. Μεταφέρονται επίσης σε πλάκες, κομμάτια χάλυβα με ορθογώνιες εγκάρσιες τομές, μέσα από στοιβαγμένους κυλίνδρους που κόβουν τις πλάκες σε σχήμα.

Κατασκευή αυτών των υλικών σε σωληνώσεις

Πολλές τροχαίες συσκευές ισοπεδώνουν - μια διαδικασία γνωστή ως coining - ανθίζει σε πρίσματα. Πρόκειται για μεταλλικά κομμάτια με στρογγυλές ή τετράγωνες διατομές, οι οποίες είναι ακόμη μεγαλύτερες και λεπτότερες. Οι φέρουσες ψαλίδες κόβουν τις μπάλες σε ακριβείς θέσεις, έτσι ώστε οι μπάλες να μπορούν να στοιβάζονται και να διαμορφώνονται σε σωλήνες χωρίς ραφή.

Τα πλακάκια θερμαίνονται περίπου στους 2.200 βαθμούς Κελσίου (1.204 βαθμούς Κελσίου) μέχρι να είναι εύπλαστα και στη συνέχεια να αραιώνονται σε σάλτσα, τα οποία είναι στενές λωρίδες με κορδέλα μήκους έως και 0,45 μίλια (0,4 χιλιόμετρα). Ο χάλυβας στη συνέχεια καθαρίζεται χρησιμοποιώντας δεξαμενές θειικού οξέος ακολουθούμενες από κρύο και ζεστό νερό και μεταφέρονται σε εργοστάσια κατασκευής σωλήνων.

Ανάπτυξη συγκολλημένων και χωρίς ραφή σωλήνων

Για τους συγκολλημένους σωλήνες, ένα μηχάνημα ξετυλίγματος ξετυλίγει το σκελετό και το περνάει μέσα από τους κυλίνδρους για να προκαλέσει τις άκρες να κυρτωθούν και να δημιουργήσουν σχήματα σωλήνων. Τα ηλεκτρόδια συγκόλλησης χρησιμοποιούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα για να σφραγίσουν τα άκρα μεταξύ τους πριν το σφίξει ο κύλινδρος υψηλής πίεσης. Η διαδικασία μπορεί να παράγει σωλήνες τόσο γρήγορα όσο τα 1100 ft (335,3 m) ανά λεπτό.

Για σωλήνες χωρίς συγκόλληση, μια διαδικασία θέρμανσης και κύλισης υψηλής πίεσης τετράγωνων πρισμάτων προκαλεί την τάνυση με μια οπή στο κέντρο. Τα ελαιοτριβεία τρυπώνουν το σωλήνα για το επιθυμητό πάχος και σχήμα.

Περαιτέρω επεξεργασία και γαλβανισμός

Περαιτέρω επεξεργασία μπορεί να περιλαμβάνει το ίσιωμα, το σπείρωμα (κοπή στενών αυλακώσεων στα άκρα των σωλήνων) ή η επικάλυψη με ένα προστατευτικό λάδι ψευδαργύρου ή γαλβανισμού για την πρόληψη της σκουριάς (ή ό, τι είναι απαραίτητο για τους σκοπούς των σωλήνων). Ο γαλβανισμός συνήθως περιλαμβάνει διαδικασίες ηλεκτροχημικής και ηλεκτροεναπόθεσης επιχρισμάτων ψευδαργύρου για την προστασία του μετάλλου από διαβρωτικό υλικό όπως το αλμυρό νερό.

Η διαδικασία δρα για την αποτροπή επιβλαβών οξειδωτικών παραγόντων στο νερό και στον αέρα. Ο ψευδάργυρος δρα ως άνοδος στο οξυγόνο για να σχηματίσει οξείδιο ψευδαργύρου, το οποίο αντιδρά με νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο ψευδαργύρου. Αυτά τα μόρια υδροξειδίου ψευδαργύρου σχηματίζουν ανθρακικό ψευδάργυρο όταν εκτίθενται σε διοξείδιο του άνθρακα. Τέλος, ένα λεπτό, αδιαπέραστο, αδιάλυτο στρώμα ανθρακικού ψευδαργύρου κολλά στον ψευδάργυρο για να προστατεύσει το μέταλλο.

Μια λεπτότερη μορφή, ηλεκτροβάνα, χρησιμοποιείται γενικά σε τμήματα αυτοκινήτων που απαιτούν βαφή προστασίας από σκουριά, έτσι ώστε η ζεστασιά να μειώνει τη δύναμη του βασικού μετάλλου. Οι ανοξείδωτοι χάλυβες δημιουργούνται όταν τα ανοξείδωτα μέρη είναι γαλβανισμένα σε χάλυβα άνθρακα.

Η ιστορία της κατασκευής σωλήνων

••• Syed Hussain Ather

Ενώ οι συγκολλημένοι χαλύβδινες σωλήνες χρονολογούνται από τον κατασκευαστή του σκωτσέζικου μηχανικού William Murdocks του συστήματος λαμπτήρα καύσης άνθρακα που κατασκευάζεται από βαρέλια μουσκέτων για τη μεταφορά αερίου άνθρακα το 1815, οι σωλήνες χωρίς ραφή δεν εισήχθησαν μέχρι τα τέλη του 1880 για τη μεταφορά βενζίνης και πετρελαίου.

Κατά τη διάρκεια του 19ου αιώνα, οι μηχανικοί δημιούργησαν καινοτομίες στην κατασκευή σωληνώσεων, συμπεριλαμβανομένης της μεθόδου του μηχανικού James Russells, για να χρησιμοποιήσουν ένα σφυρί χτυπήματος για να διπλώσουν και να ενώσουν επίπεδες ταινίες σιδήρου που θερμάνθηκαν έως ότου ήταν εύκαμπτες το 1824.

Ο επόμενος χρόνος ο μηχανικός Comenius Whitehouse δημιούργησε μια καλύτερη μέθοδο συγκόλλησης των άκρων, η οποία περιελάμβανε τη θέρμανση λεπτών φύλλων από σίδηρο που στρέφονται σε σωλήνα και συγκολλούνται στα άκρα. Το Whitehouse χρησιμοποίησε ένα άνοιγμα σε σχήμα κώνου για να μπούψει τις άκρες σε σχήμα σωλήνα πριν τις συγκολλήσει σε σωλήνα.

Η τεχνολογία θα εξαπλωνόταν στην αυτοκινητοβιομηχανία και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά πετρελαίου και αερίου με περαιτέρω ανακαλύψεις, όπως αγκώνες σωλήνων που σχηματίζουν ζεστό, για την αποτελεσματικότερη παραγωγή καλλωδών σωλήνων και συνεχή σχηματισμό σωλήνων σε συνεχή ροή.

Το 1886, οι γερμανοί μηχανικοί Reinhard και Max Mannesmann κατοχύρωσαν την πρώτη κυλιόμενη διαδικασία για τη δημιουργία σωλήνων από διάφορα κομμάτια στο εργοστάσιο αρχείων πατέρων στο Remscheid. Στη δεκαετία του 1890 το δίδυμο εφευρέθηκε με τη μέθοδο της έλασης, μια μέθοδο μείωσης της διαμέτρου και του πάχους τοιχώματος των χαλύβδινων σωλήνων για αυξημένη ανθεκτικότητα, που με τις άλλες τεχνικές τους θα αποτελούσαν τη "διαδικασία Mannesmann" για την επανάσταση στο πεδίο του χαλύβδινου σωλήνα μηχανική.

Στη δεκαετία του 1960, η τεχνολογία αριθμομηχανών υπολογιστών (CNC) επιτρέπει στους μηχανικούς να χρησιμοποιούν μηχανές για την επαγωγή υψηλής συχνότητας για πιο ακριβή αποτελέσματα χρησιμοποιώντας χάρτες σχεδιασμένους με υπολογιστή για πιο περίπλοκα σχέδια, αυστηρότερες στροφές και λεπτότερους τοίχους. Το λογισμικό σχεδιασμού με υπολογιστή θα συνεχίσει να κυριαρχεί στο πεδίο με ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια.

Η δύναμη των αγωγών από χάλυβα

Οι αγωγοί χάλυβα μπορούν γενικά να διαρκέσουν εκατοντάδες χρόνια με μεγάλη αντοχή σε ρωγμές από φυσικό αέριο και ρύπους, καθώς και σε επιπτώσεις με χαμηλή διαπερατότητα σε μεθάνιο και υδρογόνο. Μπορούν να μονωθούν με αφρό πολυουρεθάνης (PU) για τη διατήρηση της θερμικής ενέργειας ενώ παραμένουν ισχυροί.

Οι στρατηγικές ελέγχου ποιότητας μπορούν να χρησιμοποιούν μεθόδους όπως η χρήση ακτίνων Χ για να μετρήσουν το μέγεθος των σωλήνων και να προσαρμόσουν αναλόγως για κάθε παρατηρούμενη διακύμανση ή διαφορά. Αυτό εξασφαλίζει ότι οι σωληνώσεις είναι κατάλληλοι για την εφαρμογή τους ακόμη και σε ζεστό ή υγρό περιβάλλον.