Realizzati con materie prime tra cui ferro, alluminio, carbonio, manganese, titanio, vanadio e zirconio, i tubi in acciaio sono fondamentali per la produzione di tubi per applicazioni che abbracciano i sistemi di riscaldamento e idraulici, l'ingegneria stradale, la produzione automobilistica e persino la medicina (per impianti chirurgici e cuore valvole).
Con il loro sviluppo che risale alle scoperte ingegneristiche risalenti al 1800, i loro metodi di costruzione si adattano ai diversi progetti per una miriade di scopi.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
I tubi in acciaio possono essere costruiti con saldatura o utilizzando un processo senza soluzione di continuità per una varietà di scopi. Il processo di fabbricazione dei tubi, praticato da secoli, prevede l'utilizzo di materiale dall'alluminio allo zirconio attraverso vari passaggi dalle materie prime a un prodotto finito che ha avuto applicazioni nella storia dalla medicina al produzione.
Saldato vs. Produzione senza soluzione di continuità nel processo di produzione dei tubi
I tubi in acciaio, dalla produzione automobilistica ai tubi del gas, possono essere saldati da leghe - metalli costituiti da diversi elementi chimici - o costruiti senza soluzione di continuità da un forno di fusione.
Mentre i tubi saldati sono forzati insieme attraverso metodi come riscaldamento e raffreddamento e utilizzati per applicazioni più pesanti e rigide come impianti idraulici e gas trasporto, i tubi senza saldatura vengono creati mediante allungamento e svuotamento per scopi più leggeri e sottili come biciclette e liquidi trasporto.
Il metodo di produzione presta molto ai vari disegni del tubo d'acciaio. La modifica del diametro e dello spessore può portare a differenze di resistenza e flessibilità per progetti su larga scala come gasdotti per il trasporto di gas e strumenti precisi come ipodermici aghi.
La struttura chiusa di un tubo, tondo, quadrato o di qualsiasi forma, può adattarsi a qualsiasi applicazione, dal flusso di liquidi alla prevenzione della corrosione.
Il processo di ingegneria passo passo per tubi in acciaio saldati e senza saldatura
Il processo complessivo di fabbricazione dei tubi di acciaio comporta la conversione dell'acciaio grezzo in lingotti, blumi, bramme e billette (tutti quali sono i materiali che possono essere saldati), creando una conduttura su una linea di produzione e formando il tubo in un desiderato Prodotto.
•••Syed Hussain Ather
Creazione di Lingotti, Blooms, Lastre e Billette
Il minerale di ferro e il coke, una sostanza ricca di carbonio proveniente dal carbone riscaldato, vengono fusi in una sostanza liquida in una fornace e quindi fatti saltare con ossigeno per creare acciaio fuso. Questo materiale viene raffreddato in lingotti, grandi getti di acciaio per lo stoccaggio e il trasporto di materiali, che vengono sagomati tra rulli sotto elevate quantità di pressione.
Alcuni lingotti vengono fatti passare attraverso rulli di acciaio che li allungano in pezzi più sottili e lunghi per creare blumi, intermedi tra acciaio e ferro. Vengono inoltre laminati in lastre, pezzi di acciaio a sezione rettangolare, tramite rulli impilati che tagliano in forma le lastre.
Trasformare questi materiali in tubi
Più dispositivi di rotolamento si appiattiscono - un processo noto come coniatura - fiorisce in billette. Si tratta di pezzi metallici a sezione tonda o quadrata, ancora più lunghi e sottili. Le cesoie volanti tagliano le billette in posizioni precise in modo che le billette possano essere impilate e formate in tubi senza saldatura.
Le lastre vengono riscaldate a circa 2.200 gradi Fahrenheit (1.204 gradi Celsius) fino a quando non sono malleabili e poi assottigliato in skelp, che sono strette strisce di nastro fino a 0,25 miglia (0,4 chilometri) lungo. L'acciaio viene quindi pulito mediante serbatoi di acido solforico seguito da acqua fredda e calda e trasportato alle fabbriche di tubi.
Sviluppo di tubi saldati e senza saldatura
Per i tubi saldati, una macchina svolgitrice svolge lo skelp e lo fa passare attraverso i rulli per far arricciare i bordi e creare forme di tubo. Gli elettrodi di saldatura utilizzano una corrente elettrica per sigillare le estremità prima che un rullo ad alta pressione le stringa. Il processo può produrre tubi alla velocità di 1.100 piedi (335,3 m) al minuto.
Per i tubi senza saldatura, un processo di riscaldamento e laminazione ad alta pressione di billette quadrate ne fa allungare con un foro al centro. I laminatoi forano il tubo per lo spessore e la forma desiderati.
Ulteriore lavorazione e zincatura
L'ulteriore elaborazione può includere il raddrizzamento, la filettatura (taglio di scanalature strette nelle estremità dei tubi) o ricoprendo con un olio protettivo di zinco o zincatura per prevenire la ruggine (o quant'altro sia necessario per il tubo's scopo). La zincatura di solito comporta processi elettrochimici e di elettrodeposizione di rivestimenti di zinco per proteggere il metallo da materiale corrosivo come l'acqua salata.
Il processo agisce per scoraggiare gli agenti ossidanti nocivi nell'acqua e nell'aria. Lo zinco agisce come un anodo dell'ossigeno per formare ossido di zinco, che reagisce con l'acqua per formare idrossido di zinco. Queste molecole di idrossido di zinco formano carbonato di zinco se esposte all'anidride carbonica. Infine, uno strato sottile, impenetrabile e insolubile di carbonato di zinco si attacca allo zinco per proteggere il metallo.
Una forma più sottile, l'elettrogalvanizzazione, viene generalmente utilizzata nelle parti di automobili che richiedono una vernice antiruggine in modo tale che l'immersione a caldo riduca la resistenza del metallo di base. Gli acciai inossidabili vengono creati quando le parti inossidabili vengono zincate su acciaio al carbonio.
La storia della produzione di tubi
•••Syed Hussain Ather
Mentre i tubi saldati in acciaio risalgono all'invenzione dell'ingegnere scozzese William Murdock del sistema di lampade a carbone realizzato con barili di moschetti per il trasporto di gas di carbone nel 1815, i tubi senza saldatura non furono introdotti fino alla fine del 1880 per il trasporto di benzina e olio.
Durante il 19° secolo, gli ingegneri crearono innovazioni nella produzione di tubi tra cui l'ingegnere James Russell's metodo per utilizzare un martello a caduta per piegare e unire strisce di ferro piatto che sono state riscaldate fino a renderle malleabili 1824.
L'anno successivo l'ingegnere Comenius Whitehouse creò un metodo migliore di saldatura di testa che prevedeva il riscaldamento di sottili fogli di ferro che venivano arricciati in un tubo e saldati alle estremità. Whitehouse ha utilizzato un'apertura a forma di cono per arricciare i bordi in una forma a tubo prima di saldarli in un tubo.
La tecnologia si sarebbe diffusa all'interno dell'industria manifatturiera automobilistica e sarebbe stata utilizzata anche per il trasporto di petrolio e gas innovazioni come i gomiti per tubi di formatura a caldo per produrre prodotti con tubi piegati in modo più efficace e la formatura continua di tubi in modo costante flusso.
Nel 1886, gli ingegneri tedeschi Reinhard e Max Mannesmann brevettarono il primo processo di laminazione per creare tubi senza saldatura da vari pezzi nella fabbrica di lime del padre a Remscheid. Negli anni 1890 il duo ha inventato il processo di laminazione del pellegrino, un metodo per ridurre il diametro e lo spessore delle pareti dei tubi di acciaio per maggiore durata, che, con le altre loro tecniche, formerebbe il "processo Mannesmann" per rivoluzionare il campo del tubo d'acciaio ingegneria.
Negli anni '60 la tecnologia Computer Numerical Control (CNC) consentiva agli ingegneri di utilizzare la riparazione ad induzione ad alta frequenza macchine per risultati più precisi utilizzando mappe progettate al computer per progetti più complessi, curve più strette e più sottili pareti. I software di progettazione assistita da computer continuerebbero a dominare il campo con una precisione ancora maggiore.
Il potere dei tubi d'acciaio
Le condutture in acciaio possono generalmente durare centinaia di anni con grande resistenza alle crepe da gas naturale e contaminanti, nonché agli impatti con bassa permeazione di metano e idrogeno. Possono essere coibentati con schiuma di poliuretano (PU) per conservare l'energia termica pur rimanendo robusti.
Le strategie di controllo della qualità possono utilizzare metodi come l'uso di raggi X per misurare le dimensioni dei tubi e adeguarsi di conseguenza per qualsiasi variazione o differenza osservata. Ciò garantisce che le tubazioni siano adatte alla loro applicazione anche in ambienti caldi o umidi.