Как изготавливаются трубы? Полный взгляд на производство труб

Трубы изготавливаются использование одного из трех методов изготовления стержня в зависимости от материала: бесшовные стальные трубы формируются путем прошивки цельной металлической заготовки, сварные стальные трубы сворачиваются и сплавляются по шву, а пластиковые трубы, такие как ПВХ или ПЭВП, формируются в процессе экструзии, при котором расплавленный материал проталкивается через матрицу. По данным, опубликованным Американским институтом железа и стали, мировое производство стальных труб превысило 140 миллионов метрических тонн в 2023 году, а Институт пластиковых труб сообщает, что производство пластиковых труб выросло в среднем на 4,2 процента в год с 2019 года, поскольку муниципалитеты заменяют устаревшую металлическую инфраструктуру (Источник: Годовой отчет Института пластиковых труб, 2023 год).

В этой статье шаг за шагом объясняется, как производятся три основные категории труб, сравниваются методы их производства и даны ответы на наиболее распространенные вопросы, которые люди задают о том, как производятся трубы.

Почему важен метод производства труб

Используемый метод производства определяет прочность, стоимость и подходящее применение трубы, поэтому производители выбирают разные процессы для водопроводов, нефте- и газопроводов, а также строительных конструкций. Например, бесшовная труба обычно выдерживает более высокое внутреннее давление, чем сварная труба того же диаметра, поскольку у нее нет сварного шва, который мог бы стать слабым местом, согласно техническим стандартам, опубликованным Американским институтом нефти (спецификация API 5L, 2022 г.). Вот почему бесшовные трубы обычно используются для транспортировки нефти и газа под высоким давлением, а сварные трубы чаще используются в приложениях с более низким давлением, таких как каркас конструкций и распределение воды.

Как изготавливаются бесшовные стальные трубы

Бесшовные стальные трубы изготавливаются путем нагревания твердой цилиндрической стальной заготовки и прокалывания отверстия в ее центре с образованием полой трубы без каких-либо сварных соединений. Этот процесс, обычно называемый методом прошивки Маннесмана, стал отраслевым стандартом с момента его запатентования в 1885 году и остается основным методом, используемым сегодня для производства труб высокого давления.

1. Нагрев заготовки: Сплошную круглую стальную заготовку нагревают во вращающейся печи примерно до От 1200 до 1300 градусов Цельсия (от 2192 до 2372 градусов по Фаренгейту) , что делает сталь достаточно податливой, чтобы ее можно было проколоть.
2. Пирсинг: Нагретая заготовка проходит между двумя расположенными под углом роликами через точку прожига, которая продавливает отверстие через центр и создает полую оболочку, называемую «материнской трубкой».
3. Удлинение и прокатка: Затем полую оболочку растягивают и прокатывают, чтобы уменьшить толщину ее стенки и увеличить ее длину, используя оправку для поддержания постоянного внутреннего диаметра.
4. Размер: Труба проходит через калибровочный стан, который регулирует внешний диаметр в соответствии с точными требованиями спецификации.
5. Охлаждение и резка: Готовая труба охлаждается на воздухе на охлаждающем слое, а затем разрезается на стандартные коммерческие длины, обычно от 6 до 12 метров (от 20 до 40 футов).

Как изготавливаются сварные стальные трубы

Сварные стальные трубы изготавливаются путем прокатки плоского стального листа или рулона в цилиндрическую форму и сплавления краев вдоль шва, что делает производство быстрее и дешевле, чем бесшовный метод.

1. Разматывание и выравнивание: Рулон плоской стальной полосы подается через ролики, которые выравнивают и выпрямляют ее перед формованием.
2. Формирование: Плоскую сталь пропускают через ряд формовочных роликов, которые постепенно скручивают ее в цилиндрическую трубку.
3. Сварка шва: Два края катаной стали прижимаются друг к другу и сплавляются, чаще всего с помощью высокочастотной электрической сварки сопротивлением (ERW), при которой через шов пропускают электрический ток, чтобы генерировать тепло и склеивать края без добавления присадочного металла.
4. Обработка швов: Избыток сварочного материала, известный как заусенец, обрезается как изнутри, так и снаружи шва, чтобы поверхность стала гладкой.
5. Размер и раскрой: Труба подбирается по окончательному диаметру и разрезается на стандартные длины, а затем проверяется качество сварки.

Как производятся пластиковые трубы (ПВХ и ПНД)

Пластиковые трубы, такие как ПВХ и ПЭВП, изготавливаются методом экструзии, при котором необработанная пластиковая смола плавится и непрерывно проталкивается через круглую матрицу, образуя полую трубку.

• Приготовление смолы: Гранулы пластиковой смолы вместе со стабилизаторами и добавками смешиваются в точных пропорциях перед подачей в бункер экструдера.
• Плавление и экструзия: Вращающийся шнек внутри нагретого цилиндра плавит смолу и проталкивает ее через круглую головку, образуя непрерывную полую трубку. Температуры экструзии ПВХ обычно варьируются от От 180 до 210 градусов Цельсия (от 356 до 410 градусов по Фаренгейту) , в соответствии с производственными рекомендациями Института пластиковых труб.
• Размеры и охлаждение: Все еще мягкая труба проходит через вакуумный калибровочный резервуар, в котором ей придается правильный диаметр, а затем через ванну с водяным охлаждением, которая затвердевает пластик.
• Резка и раструбовка: Охлажденную трубу обрезают по длине, а один конец часто нагревают и расширяют, образуя раструб в форме колокола для облегчения соединения.

Как изготавливаются медные трубы

Медные трубы изготавливаются путем нагревания рафинированной меди до расплавленного состояния, отливки ее в полую цилиндрическую заготовку, а затем протягивания ее через штампы все меньшего размера для достижения окончательной толщины и диаметра стенки.

1. Кастинг: Расплавленную медь отливают в полую трубку, называемую заготовкой, с использованием вращающегося литейного колеса или метода вертикального литья.
2. Горячая экструзия: Заготовку нагревают и проталкивают через экструзионный пресс, чтобы уменьшить ее диаметр и создать более длинную и тонкую трубку.
3. Холодный рисунок: Трубу протягивают через ряд матриц при комнатной температуре для дальнейшего уменьшения диаметра и толщины стенки при одновременном увеличении длины. Этот процесс повторяется несколько раз для достижения окончательных характеристик.
4. Отжиг: Между проходами волочения медь нагревают и медленно охлаждают, чтобы снять внутренние напряжения и восстановить гибкость, поскольку повторная холодная волочение делает металл хрупким.
5. Резка и намотка: Жесткие медные трубы разрезаются на стандартные прямые отрезки, а гибкие медные трубки сматываются в бухты.

Сравнение методов производства труб

В таблице ниже сравниваются четыре основных метода производства труб по сырью, первичному процессу и типичному применению на основе производственных стандартов, опубликованных Американским институтом нефти и Институтом пластиковых труб.

Подпись: Сравнение сырья, производственных процессов и общих применений четырех основных типов труб на основе стандартов Американского института нефти и Института пластиковых труб.

Бесшовные или сварные трубы: какие лучше?

Бесшовные трубы обычно лучше работают при высоком давлении и экстремальных температурах, в то время как сварные трубы более экономичны для общего назначения и использования при более низком давлении. В приведенном ниже сравнении показаны практические различия, которые учитывают покупатели и инженеры.

Подпись: Сравнение характеристик и стоимости бесшовных и сварных стальных труб на основе рекомендаций спецификации API 5L (2022 г.).

Контроль качества в производстве труб

Контроль качества при производстве труб основан на методах неразрушающего контроля, которые проверяют наличие трещин, изменений толщины стенок и дефектов сварных швов до того, как трубы покинут завод. Следующие методы являются стандартными для всей отрасли:

• Ультразвуковой контроль: Высокочастотные звуковые волны проходят через стенку трубы для обнаружения внутренних трещин или пустот, которые не видны снаружи.
• Гидростатические испытания: Труба заполнена водой и находится под давлением, превышающим номинальное рабочее давление, чтобы убедиться, что она не протекает и не выходит из строя под нагрузкой.
• Вихретоковое тестирование: Электромагнитное поле используется для обнаружения поверхностных и приповерхностных дефектов, обычно применяемых при контроле сварных швов.
• Проверка размеров: Наружный диаметр, толщина стенки и длина измеряются в соответствии с допусками с использованием лазерных или механических датчиков.

Часто задаваемые вопросы о том, как изготавливаются трубы

Какой процесс производства труб является самым прочным?

Бесшовные трубы обычно считаются самым прочным производственным процессом, поскольку они не имеют сварных швов, что устраняет наиболее распространенные слабые места конструкции. Вот почему бесшовные трубы являются стандартным выбором для транспортировки нефти, газа и пара под высоким давлением.

Почему пластиковые трубы производятся методом экструзии, а не литья?

Пластиковые трубы производятся методом экструзии, поскольку этот процесс позволяет непрерывно и бесперебойно производить трубы большой длины постоянного диаметра, что гораздо более эффективно, чем отливка отдельных секций. Экструзия также позволяет производителям точно контролировать толщину стенок по всей длине трубы.

Сколько времени занимает изготовление стальной трубы?

Одна сваренная стальная труба может быть сформирована, сварена и разрезана за несколько минут на непрерывной производственной линии, в то время как производство бесшовных труб занимает больше времени из-за нескольких этапов нагрева, прошивки и прокатки. Полная скорость производства зависит от диаметра трубы, толщины стенок и конкретного используемого мельничного оборудования.

Перерабатываются ли трубы при производстве?

Производство стальных и медных труб обычно включает в себя переработанный металлолом в необработанную заготовку, а Американский институт железа и стали сообщает, что сталелитейная промышленность США использует в среднем более 70 процентов переработанного контента во всем производстве стали. Производители пластиковых труб также все чаще используют переработанную постиндустриальную смолу как часть своего сырья.

Заключение

Понимание как делают трубы сводится к четырем основным производственным направлениям: бесшовные стальные трубы, формованные методом прошивки и прокатки, сварные стальные трубы, формованные и сплавленные по шву, пластиковые трубы, экструдированные из расплавленной смолы, и медные трубы, отлитые и холоднотянутые до окончательного размера. Каждый метод выбирается на основе требований к давлению, долговечности и стоимости конечного применения трубы, а строгие методы испытаний, такие как ультразвуковой и гидростатический контроль, гарантируют, что каждая труба соответствует стандартам безопасности, прежде чем она попадет на место эксплуатации.