Come sono fatti i tubi? Uno sguardo completo alla produzione di tubi

Vengono realizzati i tubi utilizzando uno dei tre metodi di produzione principali a seconda del materiale: i tubi in acciaio senza saldatura sono formati perforando una billetta metallica solida, tubi d'acciaio saldati vengono arrotolati e fusi lungo una giuntura, mentre i tubi di plastica come PVC o HDPE vengono modellati attraverso un processo di estrusione che spinge il materiale fuso attraverso una matrice. Secondo i dati pubblicati dall'American Iron and Steel Institute, la produzione globale di tubi d'acciaio ha superato 140 milioni di tonnellate nel 2023, mentre il Plastics Pipe Institute riporta che la produzione di tubi in plastica è cresciuta in media del 4,2% annuo dal 2019, poiché i comuni sostituiscono le infrastrutture metalliche obsolete (Fonte: Rapporto annuale del Plastics Pipe Institute, 2023).

Questo articolo spiega come vengono prodotte passo dopo passo le tre principali categorie di tubi, confronta i loro metodi di produzione e risponde alle domande più comuni che le persone pongono su come vengono realizzati i tubi.

Perché il metodo di produzione dei tubi è importante

Il metodo di produzione utilizzato determina la resistenza, il costo e l'applicazione adeguata del tubo, motivo per cui i produttori scelgono processi diversi per le linee di approvvigionamento idrico, gli oleodotti e i gasdotti e la costruzione strutturale. Un tubo senza saldatura, ad esempio, può generalmente sopportare una pressione interna più elevata rispetto a un tubo saldato dello stesso diametro perché non ha un cordone di saldatura che potrebbe diventare un punto debole, secondo gli standard ingegneristici pubblicati dall'American Petroleum Institute (specifica API 5L, 2022). Questo è il motivo per cui i tubi senza saldatura sono comunemente specificati per il trasporto di petrolio e gas ad alta pressione, mentre i tubi saldati sono più spesso utilizzati in applicazioni a bassa pressione come le strutture strutturali e la distribuzione dell’acqua.

Come vengono realizzati i tubi in acciaio senza saldatura

I tubi in acciaio senza saldatura sono realizzati riscaldando una solida billetta cilindrica in acciaio e praticando un foro al centro per formare un tubo cavo, senza alcun giunto saldato. Il processo, comunemente chiamato metodo di perforazione Mannesmann, è stato lo standard del settore sin da quando è stato brevettato nel 1885 e rimane il metodo principale utilizzato oggi per la produzione di tubi ad alta pressione.

1. Riscaldamento della billetta: Una billetta d'acciaio rotonda e solida viene riscaldata in un forno rotativo a circa Da 1.200 a 1.300 gradi Celsius (da 2.192 a 2.372 gradi Fahrenheit) , rendendo l'acciaio abbastanza malleabile da poter essere forato.
2. Penetrante: La billetta riscaldata viene fatta passare tra due rulli angolati sopra un punto di perforazione, che forza un foro al centro e crea un guscio cavo chiamato "tubo madre".
3. Allungamento e rotolamento: Il guscio cavo viene quindi allungato e arrotolato per ridurre lo spessore della parete e aumentarne la lunghezza, utilizzando un mandrino per mantenere un diametro interno costante.
4. Dimensionamento: Il tubo passa attraverso un mulino di dimensionamento che regola il diametro esterno per soddisfare i requisiti specifici specifici.
5. Raffreddamento e taglio: Il tubo finito viene raffreddato ad aria su un letto di raffreddamento, quindi tagliato alle lunghezze commerciali standard, generalmente da 6 a 12 metri (da 20 a 40 piedi).

Come vengono realizzati i tubi in acciaio saldati

I tubi d'acciaio saldati sono realizzati arrotolando una piastra d'acciaio piatta o arrotolandola in una forma cilindrica e fondendo insieme i bordi lungo una giuntura, il che rende la produzione più rapida e meno costosa rispetto al metodo senza saldatura.

1. Svolgimento e appiattimento: Una bobina di nastro piatto di acciaio viene alimentata attraverso rulli che la appiattiscono e la raddrizzano prima della sagomatura.
2. Formazione: L'acciaio piatto viene fatto passare attraverso una serie di rulli sagomatori che lo arricciano gradualmente fino a dargli la forma di un tubo cilindrico.
3. Saldatura della cucitura: I due bordi dell'acciaio laminato vengono pressati insieme e fusi, più comunemente utilizzando la saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza (ERW), che fa passare una corrente elettrica attraverso la giuntura per generare calore e unire i bordi senza aggiunta di metallo d'apporto.
4. Rifinitura delle cuciture: Il materiale di saldatura in eccesso, noto come bava, viene tagliato sia dall'interno che dall'esterno della giunzione per produrre una superficie liscia.
5. Dimensionamento e taglio: Il tubo viene dimensionato in base al suo diametro finale e tagliato a lunghezze standard, quindi ispezionato per verificare la qualità della saldatura.

Come sono realizzati i tubi in plastica (PVC e HDPE).

I tubi di plastica come PVC e HDPE sono realizzati attraverso un processo di estrusione, in cui la resina plastica grezza viene fusa e spinta continuamente attraverso una matrice circolare per formare una forma di tubo cavo.

• Preparazione della resina: I pellet di resina plastica, insieme a stabilizzanti e additivi, vengono miscelati in rapporti precisi prima di essere immessi nella tramoggia dell'estrusore.
• Fusione ed estrusione: Una vite rotante all'interno di un cilindro riscaldato scioglie la resina e la spinge in avanti attraverso una matrice circolare, formando un tubo cavo continuo. Le temperature di estrusione del PVC variano tipicamente da Da 180 a 210 gradi Celsius (da 356 a 410 gradi Fahrenheit) , secondo le linee guida di produzione del Plastics Pipe Institute.
• Dimensionamento e raffreddamento: Il tubo ancora morbido passa attraverso una vasca di dimensionamento sotto vuoto che lo modella al diametro corretto, seguito da un bagno di raffreddamento ad acqua che solidifica la plastica.
• Taglio e bicchieratura: Il tubo raffreddato viene tagliato a misura e un'estremità viene spesso riscaldata ed espansa per formare una presa a forma di campana per facili collegamenti congiunti.

Come vengono realizzati i tubi in rame

I tubi di rame vengono realizzati riscaldando il rame raffinato allo stato fuso, colandolo in una billetta cilindrica cava e quindi trafilandolo attraverso matrici progressivamente più piccole per raggiungere lo spessore e il diametro finali della parete.

1. Cast: Il rame fuso viene fuso in una forma di tubo cavo chiamata billetta, utilizzando una ruota di fusione rotante o un metodo di fusione verticale.
2. Estrusione a caldo: La billetta viene riscaldata e spinta attraverso una pressa di estrusione per ridurne il diametro e creare un tubo più lungo e sottile.
3. Trafilatura a freddo: Il tubo viene fatto passare attraverso una serie di matrici a temperatura ambiente per ridurre ulteriormente il diametro e lo spessore della parete aumentando la lunghezza, un processo ripetuto più volte per raggiungere le specifiche finali.
4. Ricottura: Tra i passaggi di trafilatura, il rame viene riscaldato e raffreddato lentamente per alleviare lo stress interno e ripristinare la flessibilità, poiché la ripetuta trafilatura a freddo rende il metallo fragile.
5. Taglio e avvolgimento: Il tubo di rame rigido viene tagliato in lunghezze diritte standard, mentre il tubo di rame flessibile viene avvolto in bobine.

Confronto dei metodi di produzione dei tubi

La tabella seguente mette a confronto i quattro principali metodi di produzione dei tubi per materia prima, processo primario e applicazione tipica, sulla base degli standard di produzione pubblicati dall'American Petroleum Institute e dal Plastics Pipe Institute.

Didascalia: Confronto di materie prime, processi di produzione e applicazioni comuni tra i quattro principali tipi di tubi, basato sugli standard dell'American Petroleum Institute e del Plastics Pipe Institute.

Tubi senza saldatura e tubi saldati: quale funziona meglio?

I tubi senza saldatura generalmente funzionano meglio ad alta pressione e temperature estreme, mentre i tubi saldati sono più convenienti per usi generici e a bassa pressione. Il confronto seguente illustra le differenze pratiche prese in considerazione da acquirenti e ingegneri.

Didascalia: Confronto di prestazioni e costi tra tubi in acciaio senza saldatura e saldati, sulla base delle linee guida della specifica API 5L (2022).

Controllo di qualità nella produzione di tubi

Il controllo di qualità nella produzione dei tubi si basa su metodi di prova non distruttivi che verificano la presenza di crepe, variazioni di spessore delle pareti e difetti di saldatura prima che i tubi lascino la fabbrica. I seguenti metodi sono standard in tutto il settore:

• Test ad ultrasuoni: Le onde sonore ad alta frequenza vengono fatte passare attraverso la parete del tubo per rilevare crepe o vuoti interni non visibili dall'esterno.
• Test idrostatico: Il tubo è riempito con acqua e pressurizzato al di sopra della pressione di esercizio nominale per verificare che non presenti perdite o guasti sotto stress.
• Test delle correnti parassite: Per rilevare difetti superficiali e vicini alla superficie viene utilizzato un campo elettromagnetico, comunemente applicato all'ispezione dei cordoni di saldatura.
• Controllo dimensionale: Il diametro esterno, lo spessore della parete e la lunghezza vengono misurati rispetto alle specifiche di tolleranza utilizzando calibri laser o meccanici.

Domande frequenti su come sono realizzati i tubi

Qual è il tipo più potente di processo di produzione dei tubi?

Le tubazioni senza saldatura sono generalmente considerate il processo di produzione più resistente perché non presentano cordoni di saldatura, il che elimina il punto di debolezza strutturale più comune. Questo è il motivo per cui i tubi senza saldatura rappresentano la scelta standard per il trasporto di petrolio, gas e vapore ad alta pressione.

Perché i tubi in plastica vengono realizzati tramite estrusione anziché tramite fusione?

I tubi di plastica vengono realizzati tramite estrusione perché il processo consente una produzione continua e ininterrotta di lunghi tratti con un diametro costante, il che è molto più efficiente rispetto alla fusione di singole sezioni. L'estrusione consente inoltre ai produttori di controllare con precisione lo spessore delle pareti lungo l'intera lunghezza del tubo.

Quanto tempo ci vuole per produrre un tubo d'acciaio?

Un singolo tubo d'acciaio saldato può essere formato, saldato e tagliato in pochi minuti su una linea di produzione continua, mentre la produzione di tubi senza saldatura richiede più tempo a causa delle molteplici fasi di riscaldamento, perforazione e laminazione coinvolte. La piena velocità di produzione dipende dal diametro del tubo, dallo spessore della parete e dall'attrezzatura specifica del mulino utilizzata.

I tubi vengono riciclati durante la produzione?

La produzione di tubi in acciaio e rame incorpora comunemente rottami metallici riciclati nella billetta grezza e l’American Iron and Steel Institute riferisce che l’industria siderurgica statunitense utilizza in media oltre Contenuto riciclato al 70%. in tutta la produzione di acciaio. Inoltre, i produttori di tubi in plastica utilizzano sempre più resina riciclata postindustriale come parte del loro mix di materie prime.

Conclusione

Comprensione come sono fatti i tubi si riduce a quattro percorsi di produzione principali: tubi di acciaio senza saldatura formati mediante perforazione e laminazione, tubi di acciaio saldati modellati e fusi lungo una giuntura, tubi di plastica estrusi da resina fusa e tubi di rame fusi e trafilati a freddo fino alla dimensione finale. Ciascun metodo viene scelto in base ai requisiti di pressione, durata e costi dell'applicazione finale del tubo e metodi di test rigorosi come l'ispezione ultrasonica e idrostatica garantiscono che ogni tubo soddisfi gli standard di sicurezza prima che raggiunga il campo.