Hur tillverkas stålrör?

Tillverkad av råvaror inklusive järn, aluminium, kol, mangan, titan, vanadin och zirkonium, stålrör är centrala för rörproduktion för applikationer som spänner över värme- och VVS-system, motorvägsteknik, biltillverkning och till och med medicin (för kirurgiska implantat och hjärta ventiler).

Med sin utveckling som spårar tillbaka till tekniska genombrott från 1800-talet passar deras konstruktionsmetoder de olika designerna för en mängd olika ändamål.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Stålrör kan konstrueras med svetsning eller med en sömlös process för olika ändamål. Rörtillverkningsprocessen, som har praktiserats under århundraden, innebär att man använder material från aluminium till zirkonium genom olika steg från råvaror till en färdig produkt som har haft tillämpningar i historien från medicin till tillverkning.

Stålrör, från biltillverkning till gasrör, kan antingen svetsas av legeringar - metaller tillverkade av olika kemiska element - eller konstrueras sömlöst från en smältugn.

Medan svetsade rör tvingas ihop genom metoder som uppvärmning och kylning och används för tyngre, styvare applikationer som VVS och gas transport skapas sömlösa rör genom sträckning och urholkning för mer lätta och tunnare ändamål som cyklar och vätska transport.

Produktionsmetoden lämnar mycket för stålrörets olika konstruktioner. Ändring av diameter och tjocklek kan leda till skillnader i styrka och flexibilitet för storskaliga projekt som gastransportledningar och exakta instrument som hypodermic nålar.

Rörets slutna struktur, oavsett om den är rund, fyrkantig eller vilken form som helst, kan passa vilken applikation som helst, från vätskeflöde till förebyggande av korrosion.

Den totala processen för tillverkning av stålrör innebär att råstål omvandlas till göt, blommor, plattor och stänger (allt som är material som kan svetsas), skapar en rörledning på en produktionslinje och formar röret till ett önskat produkt.

•••Syed Hussain Ather

Järnmalm och koks, ett kolrikt ämne från uppvärmt kol, smälts till en flytande substans i en ugn och blästras sedan med syre för att skapa smält stål. Detta material kyls till göt, stora gjutningar av stål för lagring och transport av material, som är formade mellan valsar under höga tryckmängder.

Vissa göt passeras genom stålrullar som sträcker dem i tunnare, längre bitar för att skapa blommor, mellanprodukter mellan stål och järn. De rullas också i plattor, bitar av stål med rektangulära tvärsnitt, genom staplade rullar som skär plattorna i form.

Fler rullande enheter släpper ut - en process som kallas myntning - blommar till stänger. Dessa är metallbitar med runda eller fyrkantiga tvärsnitt, som är ännu längre och tunnare. Flygande sax skär kaparna i exakta positioner så att de kan staplas och formas till sömlösa rör.

Plattorna värms upp till cirka 2204 grader Fahrenheit (1204 grader Celsius) tills de är formbara och sedan tunnas ut i skelp, som är smala bandband upp till 0,4 kilometer (0,4 kilometer) lång. Stålet rengörs sedan med svavelsyratankar följt av kallt och varmt vatten och transporteras till rörfabriker.

För svetsade rör avlindar en avlindningsmaskin skelp och passerar den genom rullar för att få kanterna att böja sig och skapa rörformer. Svetselektroder använder en elektrisk ström för att täta ihop ändarna innan en högtrycksrulle drar åt den. Processen kan producera rör så snabbt som 1100 fot (335,3 m) per minut.

För sömlösa rör orsakar en uppvärmningsprocess och högtrycksrullning av fyrkantiga stänger dem att sträcka sig med ett hål i mitten. Valsverk tränger igenom röret för önskad tjocklek och form.

Ytterligare bearbetning kan innefatta rätning, gängning (skärning av täta spår i rörändarna) eller täcker med en skyddande olja av zink eller galvanisering för att förhindra rostning (eller vad som helst som är nödvändigt för rörets syfte). Galvanisering involverar vanligtvis elektrokemiska och elektrodeponeringsprocesser av zinkbeläggningar för att skydda metallen från frätande material såsom saltvatten.

Processen verkar för att avskräcka skadliga oxidationsmedel i vatten och luft. Zink fungerar som en anod mot syre för att bilda zinkoxid, som reagerar med vatten för att bilda zinkhydroxid. Dessa zinkhydroxidmolekyler bildar zinkkarbonat när de utsätts för koldioxid. Slutligen fäster ett tunt, ogenomträngligt, olösligt lager av zinkkarbonat på zink för att skydda metallen.

En tunnare form, elektrogalvanisering, används vanligtvis i bildelar som kräver rostskyddande färg så att värmebehandlingen minskar basmetallens hållfasthet. Rostfria stål skapas när rostfria delar är galvaniserade till kolstål.

•••Syed Hussain Ather

Medan svetsade stålrör går tillbaka till den skotska ingenjören William Murdocks uppfinning av det kolbrinnande lampsystemet fat musketter för att transportera kolgas 1815, sömlösa rör infördes inte förrän i slutet av 1880-talet för transport av bensin och olja.

Under 1800-talet skapade ingenjörer innovationer inom rörtillverkning inklusive ingenjör James Russells metod för att använda en dropphammare för att fälla och sammanfoga platta järnremsor som värmdes tills de smälts in 1824.

Redan nästa år skapade ingenjör Comenius Whitehouse en bättre metod för svetsning av rumpor som innebar att värma tunna järnskivor som kröktes i ett rör och svetsade i ändarna. Whitehouse använde en konformad öppning för att krulla kanterna till en rörform innan de svetsades in i ett rör.

Tekniken skulle spridas inom biltillverkningsindustrin samt användas för olje- och gastransport med ytterligare genombrott såsom varmformande rörböjningar för att producera böjda rörprodukter mer effektivt och kontinuerligt bilda rör i en konstant ström.

År 1886 patenterade tyska ingenjörer Reinhard och Max Mannesmann den första rullande processen för att skapa sömlösa rör från olika delar på sin fars arkivfabrik i Remscheid. På 1890-talet uppfann duon pilgervalsningen, en metod för att minska stålrörens diameter och väggtjocklek för ökad hållbarhet, som tillsammans med andra tekniker skulle bilda "Mannesmann-processen" för att revolutionera stålrörsfältet teknik.

På 1960-talet lät ingenjörer använda sig av CNC-teknik (Computer Numerical Control) maskiner för mer exakta resultat med hjälp av datordesignade kartor för mer komplexa mönster, snävare böjningar och tunnare väggar. Datorstödd programvara för design skulle fortsätta att dominera fältet med ännu större precision.

Stålrörledningar kan i allmänhet vara hundratals år med stor motståndskraft mot sprickor från naturgas och föroreningar samt mot stötar med låg genomträngning för metan och väte. De kan isoleras med polyuretanskum (PU) för att spara termisk energi samtidigt som de förblir starka.

Strategier för kvalitetskontroll kan använda metoder som att använda röntgenstrålar för att mäta rörens storlek och justera därefter för eventuell observerad varians eller skillnad. Detta säkerställer att rörledningarna är lämpliga för applicering även i varma eller våta miljöer.