Stalen buis:een inleiding

De geschiedenis, productie en gebruik van stalen buizen

Stalen buizen zijn cilindrische buizen gemaakt van staal die op vele manieren worden gebruikt in de productie en infrastructuur. Ze zijn het meest gebruikte product van de staalindustrie. Het primaire gebruik van pijpen is het transport van vloeistof of gas onder de grond, inclusief olie, gas en water. Bij de fabricage en constructie worden echter buizen van verschillende afmetingen gebruikt. Een veelvoorkomend voorbeeld van huishoudelijke productie is de smalle stalen buis die het koelsysteem in koelkasten laat lopen. De bouw maakt gebruik van leidingen voor verwarming en sanitair. Constructies kunnen worden gebouwd met stalen buizen van verschillende afmetingen, zoals leuningen, fietsenrekken of buispalen.

William Murdoch wordt beschouwd als de pionier van stalen buizen. In 1815 voegde hij vaten met musketten samen om een ​​kolenlampverbrandingssysteem te ondersteunen. Murdoch gebruikte zijn innovatieve leidingsysteem om kolengas naar lampen in de straten van Londen te transporteren.

Sinds de jaren 1800 zijn er grote vorderingen gemaakt in de technologie van stalen buizen, waaronder het verbeteren van fabricagemethoden, het ontwikkelen van toepassingen voor het gebruik ervan en het vaststellen van voorschriften en normen die van toepassing zijn op hun certificering.

Hoe wordt stalen buis gemaakt?

Van het smelten van grondstoffen tot gieten of lassen, dit alomtegenwoordige bouwmateriaal wordt gemaakt via twee hoofdprocessen:

Onbewerkt staal omzetten in een meer bruikbare vorm

Beide processen moeten beginnen met het maken van staal van goede kwaliteit. Ruw staal wordt geproduceerd door gieterijen door een proces van het smelten van grondstoffen in een oven. Om de samenstelling precies goed te krijgen, kunnen elementen aan het gesmolten metaal worden toegevoegd en onzuiverheden worden verwijderd. Het resulterende gesmolten staal wordt in mallen gegoten om ingots te maken of wordt overgebracht naar een continugietmachine om platen, knuppels en bloemen te maken. Pijp is gemaakt van twee van deze producten:platen of knuppels.

Stalen platen en stalen skelp bij de productie van buizen

Stalen skelp is gemaakt van platen die worden verwarmd tot 2200˚F. Door de hitte vormt zich een kalkaanslag op het oppervlak, die moet worden verwijderd door middel van een kalkbreker en hogedrukreiniging. Eenmaal gereinigd, wordt de stalen plaat warmgewalst tot dunne, smalle stroken staal, skelp genaamd. Skelp wordt gebeitst (oppervlaktereiniging) met zwavelzuur, gewassen met water en op grote spoelen gerold als grondstof voor het maken van pijpen. De breedte van de skelp bepaalt de diameter van de pijp die gemaakt kan worden.

Skelp wordt van de spoel afgewikkeld, verwarmd en gerold door gegroefde rollen, die de randen van de skelp naar boven buigen. Dit proces produceert een cilindrische buis waarbij de twee randen rondom zijn gebogen om elkaar te ontmoeten en een lange cilinder te vormen. Een lasproces verbindt de randen met elkaar en sluit de buis af.

• Bij continu lassen drukken lasrollen de randen van de buis in elkaar en vormen een gesmede las door de warmte die al op de skelp is aangebracht. Tijdens het lassen wordt geen metaal toegevoegd en de laatste rollen verkleinen de diameter en wanddikte van de buis volgens de specificaties.
• Elektrisch weerstandslassen volgt een soortgelijk proces als continu lassen, behalve dat de skelp koudgewalst wordt in de pijpvorm. Stroom wordt aan de buisranden geleverd door draaiende koperen schijven, die de randen opwarmen tot de lastemperatuur. Lasrollen verbinden de pijpranden om een ​​gesmede las te creëren.
• Spiraallassen en dubbel ondergedompeld booglassen gebruiken meer conventionele lastechnieken en voegen lasmateriaal toe om de verbinding te vormen.

Stalen knuppels voor naadloze buis

Stalen knuppels zijn lange vierkante stukken staal die rechtstreeks uit een continugietmachine worden geproduceerd of als secundair product worden gemaakt van gewalste en uitgerekte gegoten blokken. Deze knuppels kunnen worden gebruikt om naadloze buizen te maken, wat in sommige toepassingen veiliger is omdat er geen laslijn is.

De massieve stalen knuppel moet worden verwarmd tot extreme temperaturen, waarbij hij witgloeiend wordt maar niet gesmolten. Machines rollen ze zodat ze een cilindrische vaste stof worden. Terwijl het nog heet is, wordt een kogelvormige piercer gebruikt om het holle centrum volgens zijn afmetingen regelmatig te maken. Er volgt een reeks freesbewerkingen om de buis in overeenstemming te brengen met de vereiste specificaties.

Afwerkingsstappen

Leidingen kunnen als laatste processtap door een richtmachine worden gehaald voordat ze aan het einde worden voorzien van verbindingen. Leidingen met een kleine doorlaat zijn meestal voorzien van schroefdraadverbindingen, maar leidingen met een grotere doorlaat worden normaal gesproken voorzien van flenzen die aan het uiteinde van de leiding zijn gelast. Meetmachines controleren de afmetingen van de afgewerkte buis en stempelen de details op de zijkant van de buis voor kwaliteitscontroledoeleinden.

Kwaliteitscontrole

Stappen voor kwaliteitscontrole omvatten het controleren van de pijp op defecten met behulp van röntgenapparaten, vooral langs de las. Een andere techniek is om de leiding onder druk te testen door deze met water te vullen en vervolgens gedurende een bepaalde tijd onder druk te houden om eventuele defecten aan het licht te brengen die catastrofale storingen kunnen veroorzaken voordat deze in gebruik worden genomen.

Hoe wordt stalen buis gebruikt?

Buizen worden gebruikt in constructies, transport en productie. Ze zijn gedimensioneerd op basis van hun buitendiameter, waarbij de binnendiameter varieert op basis van de wanddikte. Sommige toepassingen hebben dikkere wanden nodig dan andere, afhankelijk van de krachten die de leiding moet weerstaan.

Structureel gebruik

Structurele toepassingen zijn gemeenschappelijk gebouw en constructie. In deze industrieën wordt het bouwmateriaal gewoonlijk stalen buizen genoemd.

Bouwpalen

Stalen buizen geven sterkte aan funderingen in een proces dat heien wordt genoemd. Bij deze toepassingen wordt de buis diep in de aarde gedreven voordat de fundering wordt gelegd. Het biedt stabiliteit voor een hoog gebouw of constructie op een grond die niet veilig is.

Er zijn twee fundamentele soorten paalfunderingen:

• Einde dragende palen laat de onderkant rusten op een laag van bijzonder sterke grond of rots. De belasting van het gebouw wordt via de paal overgebracht op de sterke laag.
• Wrijvingspalen de belasting van het gebouw door wrijving over de volledige hoogte van de paal op de grond overbrengen. Het hele oppervlak van de paal helpt om de krachten op de grond over te brengen.

Steigerpalen

Steigerpalen worden gemaakt door stalen buizen in een kooi met elkaar te verbinden, waardoor bouwvakkers toegang krijgen tot gebieden hoog boven het maaiveld.

Productiegebruik

Vangrails

Leuningen zijn ook gemaakt van stalen buizen, waardoor trappen en balkons een esthetisch aangename veiligheidsfunctie hebben.

Bollards

Beveiligingspaaltjes worden gebruikt om een ​​gebied af te schermen van autoverkeer om mensen, gebouwen of infrastructuren te beschermen.

Fietsrekken

Veel commerciële fietsenrekken worden gevormd door stalen buizen te buigen. De taaie materiaaleigenschappen van staal maken het veilig tegen dieven.

Vervoergebruik

Stalen buizen worden het meest gebruikt voor het transport van producten omdat het materiaal zeer geschikt is voor langdurige installaties. Het kan ondergronds worden begraven vanwege zijn winterhardheid en weerstand tegen afbraak.

Lagedruktoepassingen vereisen geen hoge sterkte van leidingen, omdat ze niet worden blootgesteld aan aanzienlijke spanningen. Smalle wanddikte zorgt voor goedkopere fabricage. Meer gespecialiseerde toepassingen, zoals buizen die worden gebruikt in de olie- en gasindustrie, vereisen strengere specificaties. De gevaarlijke aard van het product dat wordt getransporteerd en de mogelijkheid van verhoogde druk op de lijn, vereist een hoge sterkte en dus een grotere wanddikte. Dit brengt over het algemeen hogere kosten met zich mee. Kwaliteitscontrole is van cruciaal belang voor deze toepassingen.

Hoe wordt stalen buis gespecificeerd?

Er kan verwarring bestaan ​​over de manier waarop deze materialen worden gespecificeerd, en wat de middelen zijn voor de exacte eigenschappen van de buis. De American Society for Testing and Materials (ASTM) is samen met de American Society of Mechanical Engineers (ASME) en het American Petroleum Institute (API) de meest gerefereerde organisaties voor leidingspecificaties in Noord-Amerika.

Specificaties kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën:

Nominale leidingmaat

Buismaat wordt vermeld als een "nominale buismaat" of NPS. De oorsprong van de NPS-nummers voor kleinere buizen (

Plannen

Schema's voor stalen buizen zijn een manier om de wanddikte van de buis te beschrijven. Dit is een kritische parameter omdat deze rechtstreeks verband houdt met de sterkte van de buis en de geschiktheid voor specifieke toepassingen. Een leidingschema is een dimensieloos getal en wordt berekend op basis van de ontwerpformule voor wanddikte, gegeven de ontwerpdruk en toelaatbare spanning.

Voorbeelden van schemanummers zijn als volgt:5, 5S, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, STD, XS en XXS—de meest voorkomende zijn schema's 40 en 80 Naarmate het schemanummer toeneemt, neemt de wanddikte van de leiding toe. Het schemanummer van een leiding bepaalt dus de binnendiameter, aangezien de OD wordt vastgelegd door het NPS-nummer.

Pijpgewicht

Het gewicht van een leiding kan worden berekend op basis van de NPS, die de buitendiameter definieert, en het schema, dat de wanddikte definieert. De formule gebruikt het theoretische gewicht van staal van 40,8 pond per vierkante voet per 1 inch dikte om de constante te bepalen.

W =10,69 x t (OD – t)

Waar:

W =gewicht (in ponden per voet)
            OD =buitendiameter
             t =dikte

De volgende tabel van Engineering Toolbox toont de afmetingen van OD, wanddikte en gewicht voor buizen van verschillende NPS. Zowel schema 40 als schema 80 metingen worden getoond.

Schema 40
Schema 80
Nominale
Diameter
Diameter
Nominale dikte
Gewicht
Diameter
Nominale dikte
Gewicht
Pijpmaat
(in)
(in)
(in)
(in)
(in)
(in)
Buiten
Intern
lb/ft
Intern
lb/ft

1/8

0,405

0,270

0.070

0,240

0,220

0.100

0.310

1/4

0,540

0.360

0.090

0.420

0.300

0.120

0,540

3/8

0,675

0,490

0.090

0,570

0.420

0.130

0,740

1/2

0.840

0.620

0.110

0.850

0,550

0.150

1.000

3/4

1.050

0,820

0.110

1.130

0,740

0.150

1.470

1

1.315

1.050

0.130

1.680

0.960

0.180

2.170

1-1/4

1.660

1.380

0.140

2.270

1.280

0.190

3.000

1-1/2

1.900

1.610

0.150

2.720

1500

0,200

3.650

2

2.375

2.070

0.150

3.650

1.940

0,220

5.020

2-1/2

2.875

2.470

0,200

5.790

2.320

0,280

7.660

3

3.500

3.070

0,220

7.580

2.900

0.300

10.300

3-1/2

4.000

3.550

0,230

9.110

3.360

0.320

12.500

4

4.500

4.030

0,240

10.790

3.830

0.340

14.900

5

5.563

5.050

0,260

14.610

4.810

0.380

20.800

6

6,625

6.070

0,280

18.970

5.760

0.430

28.600

8

8.625

7.980

0.320

28.550

7.630

0,500

43.400

10

10.750

10.020

0.370

40.480

9.560

0.590

64.400

12

12.750

11.940

0.410

53.600

11.380

0.690

88.600

14

14.000

13.130

0.440

63.000

12.500

0.750

107.000

16

16.000

15.000

0,500

78.000

14.310

0.840

137.000

18

18.000

16.880

0,560

105.000

16.130

0.940

171.000

20

20.000

18.810

0.590

123.000

17.940

1.030

209.000

24

24.000

22.630

0.690

171.000

21.560

1.220

297.000

Gebaseerd op ASTM A53 - standaardspecificatie voor buizen, staal, zwart en thermisch verzinkt, verzinkt, gelast en naadloos.

Certificering

Fabrikanten geven een materiaaltestrapport of Mill Test Report uit om te valideren dat het product voldoet aan de specificaties voor chemische analyse en mechanische eigenschappen. De MTR bevat alle relevante gegevens over het product en begeleidt het product gedurende zijn hele levenscyclus.

De volgende zijn typische parameters die kunnen worden vastgelegd op een MTR:

• Chemische samenstelling inclusief koolstofgehalte, legeringen en zwavel
• Materiaalgrootte, gewicht, identificatie en kwaliteit
• Materiaal warmtegetal, dat terug te voeren is op de verwerkingsbatch
• Mechanische eigenschappen zoals treksterkte, vloeigrens en rek

Voor stalen bolders zijn de meest voorkomende specificaties ASTM A53 en ASTM A500.

Hoe gebruikt Reliance Foundry stalen buizen?

Reliance Foundry levert buispalen die zijn gemaakt van stalen buizen. Bolders zijn verticale pijplengtes die in de grond zijn geïnstalleerd om mensen, gebouwen en omliggende infrastructuur te beschermen tegen botsingen met voertuigen.

Bolders met stalen buizen moeten voldoen aan de veiligheidsspecificaties om ervoor te zorgen dat ze sterk genoeg zijn om de impact van botsingen met voertuigen te weerstaan. Schema 40 en schema 80 staal kunnen worden gebruikt om paaltjes voor stalen buizen te maken, afhankelijk van de toepassing.

Bolders voor stalen buizen zijn vaak bedekt met roestvrijstalen, plastic of andere metalen decoratieve afdekkingen voor een esthetische aantrekkingskracht en om de stalen buis te beschermen tegen corrosie.