Fabriqués à partir de matières premières telles que le fer, l'aluminium, le carbone, le manganèse, le titane, le vanadium et le zirconium, les tubes en acier sont au cœur de la production de tuyaux pour applications couvrant les systèmes de chauffage et de plomberie, l'ingénierie routière, la fabrication automobile et même la médecine (pour les implants chirurgicaux et les soupapes).
Avec leur développement remontant aux percées techniques datant des années 1800, leurs méthodes de construction conviennent aux différentes conceptions pour une myriade d'objectifs.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les tubes en acier peuvent être construits par soudage ou à l'aide d'un processus sans soudure à diverses fins. Le processus de fabrication de tubes, pratiqué depuis des siècles, consiste à utiliser des matériaux allant de l'aluminium au zirconium. à travers diverses étapes des matières premières à un produit fini qui a eu des applications dans l'histoire de la médecine à fabrication.
Soudé vs. Production sans couture dans le processus de fabrication de tubes
Les tubes en acier, de la fabrication automobile aux conduites de gaz, peuvent être soit soudés à partir d'alliages - des métaux fabriqués à partir de différents éléments chimiques - soit construits de manière transparente à partir d'un four de fusion.
Alors que les tubes soudés sont forcés ensemble par des méthodes telles que le chauffage et le refroidissement et utilisés pour des applications plus lourdes et plus rigides telles que la plomberie et le gaz transport, les tubes sans soudure sont créés par étirement et évidement à des fins plus légères et plus minces telles que les vélos et les liquides transport.
La méthode de production se prête beaucoup aux différentes conceptions du tube en acier. La modification du diamètre et de l'épaisseur peut entraîner des différences de résistance et de flexibilité pour des projets à grande échelle tels que des pipelines de transport de gaz et des instruments précis tels que des appareils hypodermiques aiguilles.
La structure fermée d'un tube, qu'il soit rond, carré ou de n'importe quelle forme, peut convenir à n'importe quelle application requise, de l'écoulement de liquides à la prévention de la corrosion.
Le processus d'ingénierie étape par étape pour les tubes en acier soudés et sans soudure
Le processus global de fabrication des tubes d'acier consiste à convertir l'acier brut en lingots, blooms, brames et billettes (tous qui sont des matériaux qui peuvent être soudés), créant un pipeline sur une ligne de production et formant le tuyau dans un produit.
•••Syed Hussain Ather
Création de lingots, blooms, dalles et billettes
Le minerai de fer et le coke, une substance riche en carbone provenant du charbon chauffé, sont fondus en une substance liquide dans un four, puis soufflés à l'oxygène pour créer de l'acier en fusion. Ce matériau est refroidi en lingots, de grandes pièces moulées en acier pour le stockage et le transport des matériaux, qui sont façonnés entre des rouleaux sous une pression élevée.
Certains lingots sont passés à travers des rouleaux en acier qui les étirent en morceaux plus minces et plus longs pour créer des blooms, intermédiaires entre l'acier et le fer. Ils sont également roulés en brames, des pièces d'acier de section rectangulaire, à travers des rouleaux empilés qui coupent les brames en forme.
Fabriquer ces matériaux en tuyaux
De plus en plus de dispositifs de laminage aplatissent - un processus connu sous le nom de frappe - des blooms en billettes. Ce sont des pièces métalliques de section ronde ou carrée, encore plus longues et plus fines. Les cisailles volantes coupent les billettes à des positions précises afin que les billettes puissent être empilées et formées en tuyaux sans soudure.
Les dalles sont chauffées à environ 2 200 degrés Fahrenheit (1 204 degrés Celsius) jusqu'à ce qu'elles soient malléables puis aminci en skelp, qui sont d'étroites bandes de ruban jusqu'à 0,25 mille (0,4 kilomètre) longue. L'acier est ensuite nettoyé à l'aide de réservoirs d'acide sulfurique suivis d'eau froide et chaude et transporté vers les usines de fabrication de tuyaux.
Développement de tuyaux soudés et sans soudure
Pour les tuyaux soudés, une machine de déroulement déroule le skelp et le fait passer à travers des rouleaux pour provoquer l'enroulement des bords et créer des formes de tuyau. Les électrodes de soudage utilisent un courant électrique pour sceller les extrémités ensemble avant qu'un rouleau à haute pression ne les serre. Le processus peut produire des tuyaux aussi rapidement que 1 100 pi (335,3 m) par minute.
Pour les tuyaux sans soudure, un processus de chauffage et de laminage à haute pression de billettes carrées les fait s'étirer avec un trou au centre. Les laminoirs percent le tuyau pour l'épaisseur et la forme souhaitées.
Traitement ultérieur et galvanisation
Le traitement ultérieur peut inclure le redressement, le filetage (couper des rainures serrées dans les extrémités des tuyaux) ou recouvrir d'une huile protectrice de zinc ou de galvanisation pour empêcher la rouille (ou tout ce qui est nécessaire pour le tuyau objectif). La galvanisation implique généralement des processus électrochimiques et d'électrodéposition de revêtements de zinc pour protéger le métal des matières corrosives telles que l'eau salée.
Le processus agit pour dissuader les agents oxydants nocifs dans l'eau et l'air. Le zinc agit comme une anode à l'oxygène pour former de l'oxyde de zinc, qui réagit avec l'eau pour former de l'hydroxyde de zinc. Ces molécules d'hydroxyde de zinc forment du carbonate de zinc lorsqu'elles sont exposées au dioxyde de carbone. Enfin, une fine couche impénétrable et insoluble de carbonate de zinc adhère au zinc pour protéger le métal.
Une forme plus mince, l'électrogalvanisation, est généralement utilisée dans les pièces automobiles qui nécessitent une peinture antirouille de sorte que l'immersion à chaud réduit la résistance du métal de base. Les aciers inoxydables sont créés lorsque les pièces inoxydables sont galvanisées en acier au carbone.
L'histoire de la fabrication de tuyaux
•••Syed Hussain Ather
Alors que les tuyaux en acier soudés remontent à l'invention de l'ingénieur écossais William Murdock du système de lampe à charbon fabriqué à partir de barils de mousquets pour transporter le gaz de charbon en 1815, les tuyaux sans soudure n'ont été introduits qu'à la fin des années 1880 pour le transport de l'essence et de l'huile.
Au 19e siècle, les ingénieurs ont créé des innovations dans la fabrication de tuyaux, y compris l'ingénieur James Russell méthode d'utilisation d'un marteau pour plier et joindre des bandes de fer plat qui ont été chauffées jusqu'à ce qu'elles soient malléables dans 1824.
L'année suivante, l'ingénieur Comenius Whitehouse a créé une meilleure méthode de soudage bout à bout qui impliquait de chauffer de fines feuilles de fer qui étaient enroulées dans un tuyau et soudées aux extrémités. Whitehouse a utilisé une ouverture en forme de cône pour courber les bords en forme de tuyau avant de les souder dans un tuyau.
La technologie se répandrait dans l'industrie automobile et serait également utilisée pour le transport de pétrole et de gaz avec d'autres des percées telles que les coudes de tubes de formage à chaud pour produire plus efficacement des produits à tubes courbés, et le formage de tubes continus dans une constante flux.
En 1886, les ingénieurs allemands Reinhard et Max Mannesmann ont breveté le premier procédé de laminage pour créer des tubes sans soudure à partir de diverses pièces dans l'usine de limes de leur père à Remscheid. Dans les années 1890, le duo a inventé le procédé de laminage à pèlerin, une méthode de réduction du diamètre et de l'épaisseur de paroi des tubes d'acier pour durabilité accrue, qui, avec leurs autres techniques, formerait le "procédé Mannesmann" pour révolutionner le domaine du tube en acier ingénierie.
Dans les années 1960, la technologie de commande numérique par ordinateur (CNC) permettait aux ingénieurs d'utiliser le raccommodage par induction à haute fréquence machines pour des résultats plus précis en utilisant des cartes conçues par ordinateur pour des conceptions plus complexes, des coudes plus serrés et plus minces des murs. Les logiciels de conception assistée par ordinateur continueraient à dominer le domaine avec une précision encore plus grande.
La puissance des tuyaux en acier
Les pipelines en acier peuvent généralement durer des centaines d'années avec une grande résistance aux fissures dues au gaz naturel et aux contaminants ainsi qu'aux impacts avec une faible perméation au méthane et à l'hydrogène. Ils peuvent être isolés avec de la mousse de polyuréthane (PU) pour conserver l'énergie thermique tout en restant solides.
Les stratégies de contrôle de la qualité peuvent utiliser des méthodes telles que l'utilisation de rayons X pour évaluer la taille des tuyaux et ajuster en conséquence pour toute variance ou différence observée. Cela garantit que les canalisations sont adaptées à leur application, même dans des environnements chauds ou humides.