มีการทำท่อ ใช้หนึ่งในสามวิธีการผลิตหลักขึ้นอยู่กับวัสดุ: ท่อเหล็กไร้ตะเข็บเกิดขึ้นจากการเจาะแท่งโลหะแข็ง ท่อเหล็กเชื่อม ถูกรีดและหลอมรวมกันตามตะเข็บ และท่อพลาสติก เช่น PVC หรือ HDPE จะถูกขึ้นรูปผ่านกระบวนการอัดรีดที่ดันวัสดุที่หลอมละลายผ่านแม่พิมพ์ ตามข้อมูลที่เผยแพร่โดย American Iron and Steel Institute การผลิตท่อเหล็กทั่วโลกเกินขีดจำกัด 140 ล้านเมตริกตัน ในปี 2566 ขณะที่สถาบันท่อพลาสติกรายงานว่าการผลิตท่อพลาสติกเติบโตขึ้นโดยเฉลี่ย ร้อยละ 4.2 ต่อปี ตั้งแต่ปี 2019 ในขณะที่เทศบาลเข้ามาแทนที่โครงสร้างพื้นฐานของโลหะที่มีอายุมากขึ้น (ที่มา: รายงานประจำปีของสถาบันท่อพลาสติก, 2023)
บทความนี้จะอธิบายวิธีการผลิตท่อหลักสามประเภททีละขั้นตอน เปรียบเทียบวิธีการผลิต และตอบคำถามที่พบบ่อยที่สุดที่ผู้คนถามเกี่ยวกับวิธีการสร้างท่อ
ทำไมวิธีการผลิตท่อจึงมีความสำคัญ
วิธีการผลิตที่ใช้จะกำหนดความแข็งแรง ต้นทุน และการใช้งานที่เหมาะสมของท่อ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้ผลิตเลือกกระบวนการที่แตกต่างกันสำหรับท่อจ่ายน้ำ ท่อส่งน้ำมันและก๊าซ และการก่อสร้างโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น ท่อไร้รอยต่อ โดยทั่วไปสามารถทนต่อแรงดันภายในที่สูงกว่าท่อเชื่อมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเดียวกัน เนื่องจากไม่มีรอยเชื่อมที่อาจกลายเป็นจุดอ่อนได้ ตามมาตรฐานทางวิศวกรรมที่เผยแพร่โดย American Petroleum Institute (ข้อกำหนด API 5L, 2022) นี่คือเหตุผลว่าทำไมท่อไร้ตะเข็บจึงมักถูกกำหนดไว้สำหรับการขนส่งน้ำมันและก๊าซแรงดันสูง ในขณะที่ท่อเชื่อมมักใช้ในการใช้งานที่มีแรงดันต่ำ เช่น การวางโครงโครงสร้างและการกระจายน้ำ
วิธีการผลิตท่อเหล็กไร้ตะเข็บ
ท่อเหล็กไร้รอยต่อทำโดยการให้ความร้อนกับแท่งเหล็กทรงกระบอกที่เป็นของแข็ง และเจาะรูผ่านศูนย์กลางเพื่อสร้างท่อกลวงโดยไม่มีรอยต่อใดๆ กระบวนการนี้เรียกกันทั่วไปว่าวิธีการเจาะแบบ Mannesmann ถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมนับตั้งแต่ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2428 และยังคงเป็นวิธีการหลักที่ใช้ในปัจจุบันสำหรับการผลิตท่อแรงดันสูง
- การทำความร้อนบิลเล็ต: เหล็กแท่งกลมแข็งจะถูกให้ความร้อนในเตาหมุนประมาณ 1,200 ถึง 1,300 องศาเซลเซียส (2,192 ถึง 2,372 องศาฟาเรนไฮต์) ทำให้เหล็กอ่อนพอที่จะเจาะได้
- การเจาะ: เหล็กแท่งที่ให้ความร้อนจะถูกส่งผ่านระหว่างลูกกลิ้งทำมุมสองตัวบนจุดที่เจาะ ซึ่งจะบังคับรูผ่านตรงกลางและสร้างเปลือกกลวงที่เรียกว่า "ท่อแม่"
- การยืดตัวและการกลิ้ง: จากนั้น เปลือกกลวงจะถูกยืดและรีดเพื่อลดความหนาของผนังและเพิ่มความยาว โดยใช้แมนเดรลเพื่อรักษาเส้นผ่านศูนย์กลางภายในให้สม่ำเสมอ
- ขนาด: ท่อจะผ่านเครื่องคัดขนาดซึ่งจะปรับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกให้ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะที่แน่นอน
- การระบายความร้อนและการตัด: ท่อที่เสร็จแล้วจะถูกระบายความร้อนด้วยอากาศบนเตียงทำความเย็น จากนั้นจึงตัดให้ได้ความยาวมาตรฐานเชิงพาณิชย์ โดยทั่วไปจะมีความยาว 6 ถึง 12 เมตร (20 ถึง 40 ฟุต)
วิธีทำท่อเหล็กเชื่อม
ท่อเหล็กเชื่อมเกิดจากการรีดแผ่นเหล็กแบนหรือขดเป็นทรงกระบอกแล้วเชื่อมขอบเข้าด้วยกันตามแนวตะเข็บ ทำให้การผลิตรวดเร็วและราคาถูกกว่าวิธีไร้รอยต่อ
- คลายและแบน: ขดลวดเหล็กแผ่นแบนจะถูกป้อนผ่านลูกกลิ้งซึ่งจะเรียบและยืดให้ตรงก่อนที่จะขึ้นรูป
- การขึ้นรูป: เหล็กแผ่นแบนจะถูกส่งผ่านชุดลูกกลิ้งขึ้นรูปซึ่งค่อยๆ ม้วนงอเป็นรูปทรงท่อทรงกระบอก
- เชื่อมตะเข็บ: ขอบทั้งสองของเหล็กแผ่นรีดถูกอัดเข้าด้วยกันและหลอมเข้าด้วยกัน โดยทั่วไปจะใช้การเชื่อมต้านทานไฟฟ้าความถี่สูง (ERW) ซึ่งจะส่งกระแสไฟฟ้าผ่านตะเข็บเพื่อสร้างความร้อนและเชื่อมขอบโดยไม่ต้องเติมโลหะเติม
- การตัดแต่งตะเข็บ: วัสดุเชื่อมส่วนเกินหรือที่เรียกว่าแฟลชจะถูกตัดออกจากตะเข็บทั้งด้านในและด้านนอกเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบ
- ขนาดและการตัด: ท่อมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้ายและตัดตามความยาวมาตรฐาน จากนั้นตรวจสอบคุณภาพการเชื่อม
วิธีการผลิตท่อพลาสติก (PVC และ HDPE)
ท่อพลาสติก เช่น PVC และ HDPE ผลิตขึ้นผ่านกระบวนการอัดรีด ซึ่งเม็ดพลาสติกดิบจะถูกละลายและผลักอย่างต่อเนื่องผ่านแม่พิมพ์ทรงกลมเพื่อสร้างรูปทรงท่อกลวง
- การเตรียมเรซิน: เม็ดพลาสติกเรซิน พร้อมด้วยสารเพิ่มความคงตัวและสารเติมแต่ง จะถูกผสมในอัตราส่วนที่แม่นยำก่อนถูกป้อนเข้าไปในถังอัดรีด
- การหลอมและการอัดขึ้นรูป: สกรูหมุนภายในถังที่ให้ความร้อนจะละลายเรซินและดันไปข้างหน้าผ่านแม่พิมพ์ทรงกลม ทำให้เกิดเป็นท่อกลวงต่อเนื่องกัน อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปสำหรับ PVC โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 180 ถึง 210 องศาเซลเซียส (356 ถึง 410 องศาฟาเรนไฮต์) ตามแนวทางการผลิตจากสถาบันท่อพลาสติก
- ขนาดและความเย็น: ท่อที่ยังคงอ่อนอยู่จะไหลผ่านถังกำหนดขนาดสุญญากาศซึ่งกำหนดรูปร่างให้เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางที่ถูกต้อง ตามด้วยอ่างระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งจะทำให้พลาสติกแข็งตัว
- การตัดและการเบลด: ท่อระบายความร้อนถูกตัดให้มีความยาว และปลายด้านหนึ่งมักจะถูกให้ความร้อนและขยายออกเป็นช่องรูประฆังเพื่อให้เชื่อมต่อข้อต่อได้ง่าย
ท่อทองแดงทำอย่างไร
ท่อทองแดงทำโดยการให้ความร้อนแก่ทองแดงที่ผ่านการกลั่นแล้วให้อยู่ในสถานะหลอมเหลว หล่อให้เป็นแท่งทรงกระบอกกลวง จากนั้นดึงผ่านแม่พิมพ์ที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ เพื่อให้ได้ความหนาและเส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้ายของผนัง
- การหล่อ: ทองแดงที่หลอมละลายจะถูกหล่อให้เป็นท่อกลวงที่เรียกว่าบิลเล็ต โดยใช้ล้อหล่อแบบหมุนหรือวิธีการหล่อในแนวตั้ง
- การอัดขึ้นรูปร้อน: บิลเล็ตถูกให้ความร้อนและผลักผ่านการอัดรีดเพื่อลดเส้นผ่านศูนย์กลางและสร้างท่อที่ยาวและบางขึ้น
- การวาดภาพเย็น: ท่อถูกดึงผ่านชุดแม่พิมพ์ที่อุณหภูมิห้องเพื่อลดเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาของผนังในขณะที่เพิ่มความยาว ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำซ้ำหลายครั้งเพื่อให้ได้ข้อกำหนดขั้นสุดท้าย
- การหลอม: ระหว่างการดึงผ่าน ทองแดงจะถูกให้ความร้อนและระบายความร้อนอย่างช้าๆ เพื่อบรรเทาความเครียดภายในและคืนความยืดหยุ่น เนื่องจากการดึงเย็นซ้ำๆ จะทำให้โลหะเปราะ
- การตัดและการม้วน: ท่อทองแดงแข็งจะถูกตัดให้มีความยาวตรงมาตรฐาน ในขณะที่ท่อทองแดงที่มีความยืดหยุ่นจะถูกพันเป็นขด
เปรียบเทียบวิธีการผลิตท่อ
ตารางด้านล่างเปรียบเทียบวิธีการผลิตท่อหลักสี่วิธีตามวัตถุดิบ กระบวนการหลัก และการใช้งานทั่วไป ตามมาตรฐานการผลิตที่เผยแพร่โดย American Petroleum Institute และ Plastics Pipe Institute
| ประเภทท่อ | วัตถุดิบ | กระบวนการหลัก | การประยุกต์ใช้ทั่วไป |
| เหล็กไร้รอยต่อ | เหล็กแท่งแข็ง | เจาะและกลิ้ง | น้ำมันและก๊าซแรงดันสูง |
| เหล็กเชื่อม (ERW) | เหล็กม้วนแบน | การรีดและการเชื่อมตะเข็บ | น้ำโครงสร้างที่มีแรงดันต่ำ |
| พลาสติกพีวีซี / HDPE | เม็ดพลาสติกเรซิน | การอัดขึ้นรูป | ประปา การระบายน้ำ การชลประทาน |
| ทองแดง | แท่งทองแดงบริสุทธิ์ | การหล่อและการวาดแบบเย็น | ประปาที่อยู่อาศัย, HVAC |
คำบรรยายภาพ: การเปรียบเทียบวัตถุดิบ กระบวนการผลิต และการใช้งานทั่วไปของท่อหลักสี่ประเภท ตามมาตรฐานจาก American Petroleum Institute และ Plastics Pipe Institute
ท่อไร้รอยต่อกับท่อเชื่อม: ไหนมีประสิทธิภาพดีกว่ากัน?
โดยทั่วไปแล้วท่อไร้รอยต่อจะทำงานได้ดีกว่าภายใต้แรงดันสูงและอุณหภูมิสุดขั้ว ในขณะที่ท่อเชื่อมมีความคุ้มค่ามากกว่าสำหรับการใช้งานทั่วไปและใช้แรงดันต่ำ การเปรียบเทียบด้านล่างสรุปความแตกต่างในทางปฏิบัติที่ผู้ซื้อและวิศวกรพิจารณา
| ปัจจัย | ท่อไร้รอยต่อ | ท่อเชื่อม |
| ความอดทนต่อแรงกดดัน | สูงกว่าไม่มีรอยต่อที่อ่อนแอ | ต่ำกว่าไร้รอยต่อ |
| ต้นทุนการผลิต | สูงกว่า | ล่าง |
| ความสม่ำเสมอของมิติ | อาจแตกต่างกันเล็กน้อยตามความยาว | สอดคล้องกันมาก |
| ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลางทั่วไป | จำกัดด้วยขนาดเหล็กแท่ง | มีช่วงกว้างขึ้น |
คำบรรยายภาพ: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพและราคาระหว่างท่อเหล็กไร้ตะเข็บและท่อเหล็กเชื่อม อิงตามแนวทางข้อกำหนด API 5L (2022)
การควบคุมคุณภาพในการผลิตท่อ
การควบคุมคุณภาพในการผลิตท่ออาศัยวิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายซึ่งจะตรวจสอบรอยแตกร้าว ความแปรผันของความหนาของผนัง และข้อบกพร่องในการเชื่อมก่อนที่ท่อจะออกจากโรงงาน วิธีการต่อไปนี้เป็นมาตรฐานทั่วทั้งอุตสาหกรรม:
- การทดสอบอัลตราโซนิก: คลื่นเสียงความถี่สูงจะถูกส่งผ่านผนังท่อเพื่อตรวจจับรอยแตกหรือช่องว่างภายในที่ไม่สามารถมองเห็นได้จากภายนอก
- การทดสอบอุทกสถิต: ท่อเต็มไปด้วยน้ำและได้รับแรงดันเหนือแรงดันใช้งานที่กำหนดเพื่อยืนยันว่าจะไม่รั่วหรือล้มเหลวภายใต้ความเครียด
- การทดสอบปัจจุบันของ Eddy: สนามแม่เหล็กไฟฟ้าใช้ในการตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิวและใกล้พื้นผิว ซึ่งมักใช้กับการตรวจสอบรอยเชื่อม
- การตรวจสอบมิติ: เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความหนาของผนัง และความยาววัดตามข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อนโดยใช้เลเซอร์หรือเกจเชิงกล
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับวิธีการผลิตท่อ
กระบวนการผลิตท่อประเภทใดที่แข็งแกร่งที่สุด?
โดยทั่วไปแล้วท่อไร้รอยต่อถือเป็นกระบวนการผลิตที่แข็งแกร่งที่สุด เนื่องจากไม่มีรอยเชื่อม ซึ่งช่วยขจัดจุดอ่อนของโครงสร้างที่พบบ่อยที่สุด ด้วยเหตุนี้ท่อไร้ตะเข็บจึงเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการขนส่งน้ำมัน ก๊าซ และไอน้ำแรงดันสูง
เหตุใดท่อพลาสติกจึงต้องผ่านการอัดขึ้นรูปแทนการหล่อ?
ท่อพลาสติกถูกผลิตผ่านการอัดขึ้นรูปเนื่องจากกระบวนการนี้ช่วยให้สามารถผลิตท่อที่มีความยาวยาวและมีเส้นผ่านศูนย์กลางสม่ำเสมอได้อย่างต่อเนื่องและต่อเนื่อง ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการหล่อแบบแต่ละส่วนมาก การอัดขึ้นรูปยังช่วยให้ผู้ผลิตสามารถควบคุมความหนาของผนังตลอดความยาวของท่อได้อย่างแม่นยำ
ใช้เวลาในการผลิตท่อเหล็กนานแค่ไหน?
ท่อเหล็กเชื่อมเดี่ยวสามารถขึ้นรูป เชื่อม และตัดได้ภายในไม่กี่นาทีบนสายการผลิตต่อเนื่อง ในขณะที่การผลิตท่อไร้ตะเข็บใช้เวลานานกว่าเนื่องจากการทำความร้อน การเจาะ และการรีดหลายขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง ความเร็วในการผลิตสูงสุดขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ ความหนาของผนัง และอุปกรณ์โรงงานเฉพาะที่ใช้
ท่อมีการรีไซเคิลในระหว่างการผลิตหรือไม่?
การผลิตท่อเหล็กและทองแดงโดยทั่วไปจะรวมเศษโลหะรีไซเคิลไว้ในบิลเล็ตดิบ และ American Iron and Steel Institute รายงานว่าอุตสาหกรรมเหล็กของสหรัฐฯ ใช้ค่าเฉลี่ยมากกว่า เนื้อหารีไซเคิล 70 เปอร์เซ็นต์ ในการผลิตเหล็กทั้งหมด ผู้ผลิตท่อพลาสติกยังใช้เรซินรีไซเคิลหลังอุตสาหกรรมมากขึ้นเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของการผสมวัตถุดิบ
บทสรุป
ความเข้าใจ วิธีทำท่อ แบ่งออกเป็นสี่เส้นทางการผลิตหลัก ได้แก่ ท่อเหล็กไร้ตะเข็บที่เกิดจากการเจาะและการรีด ท่อเหล็กเชื่อมที่มีรูปร่างและหลอมรวมตามตะเข็บ ท่อพลาสติกที่อัดขึ้นจากเรซินที่หลอมละลาย และท่อทองแดงที่หล่อและดึงเย็นจนถึงขนาดสุดท้าย แต่ละวิธีจะถูกเลือกโดยพิจารณาจากความดัน ความทนทาน และข้อกำหนดด้านต้นทุนของการใช้งานขั้นสุดท้ายของท่อ และวิธีการทดสอบที่เข้มงวด เช่น การตรวจสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงและอุทกสถิต ทำให้มั่นใจได้ว่าท่อทุกท่อตรงตามมาตรฐานความปลอดภัยก่อนถึงภาคสนาม
