パイプが作られています 材質に応じて3つの中子の製造方法が使用されます。無垢の金属ビレットを打ち抜いて形成される継目無鋼管、 溶接鋼管 PVC や HDPE などのプラスチック パイプは、溶融した材料をダイに押し出す押出プロセスを通じて成形されます。米国鉄鋼協会が発表したデータによると、世界の鋼管生産量は 1億4,000万トン 一方、プラスチックパイプ研究所の報告によると、プラスチックパイプの製造は平均して 年間 4.2% 2019 年以来、地方自治体が老朽化した金属インフラを交換しているため (出典: Plastics Pipe Institute Annual Report、2023)。
この記事では、3 つの主要なパイプ カテゴリがどのように製造されるかを段階的に説明し、その製造方法を比較し、パイプの製造方法についてよく寄せられる質問に答えます。
パイプの製造方法が重要な理由
使用される製造方法によってパイプの強度、コスト、適切な用途が決定されるため、メーカーは給水ライン、石油およびガスのパイプライン、構造構造に異なるプロセスを選択します。たとえば、米国石油協会が発行した技術基準 (API 5L 仕様、2022) によると、シームレス パイプは通常、弱点となる可能性のある溶接継ぎ目がないため、同じ直径の溶接パイプよりも高い内圧に耐えることができます。このため、シームレス パイプは高圧の石油やガスの輸送に指定されるのが一般的ですが、溶接パイプは構造フレームや配水などの低圧用途によく使用されます。
シームレス鋼管ができるまで
継目無鋼管は、円柱状の鋼片を加熱し、その中心に穴を開けて中空の管を形成し、溶接継手を使用せずに製造されます。一般にマンネスマン穿孔法と呼ばれるこのプロセスは、1885 年に特許を取得して以来業界標準となっており、今日でも高圧パイプ製造に使用されている主な方法です。
- ビレットの加熱: 固体の丸鋼ビレットは回転炉内で約 100 ℃まで加熱されます。 摂氏 1,200 ～ 1,300 度 (華氏 2,192 ～ 2,372 度) 、鋼に穴を開けるのに十分な可鍛性を与えます。
- ピアス: 加熱されたビレットは、2 つの斜めのローラーの間を通ってピアッシングポイントを通過し、中心に穴が強制的に開けられ、「母管」と呼ばれる中空のシェルが作成されます。
- 伸びと転がり： 次に、マンドレルを使用して中空シェルを引き伸ばし、圧延して壁の厚さを減らし、長さを長くします。これには、一定の内径を維持するためにマンドレルが使用されます。
- サイズ: パイプは、正確な仕様要件を満たすように外径を調整するサイジングミルを通過します。
- 冷却と切断: 完成したパイプは冷却ベッド上で空冷され、標準的な市販の長さ、通常は 6 ～ 12 メートル (20 ～ 40 フィート) に切断されます。
溶接鋼管ができるまで
溶接鋼管は、平鋼板やコイルを円筒状に丸め、継ぎ目に沿って端部を融着させて製造するため、シームレス法に比べて製造が早く、安価になります。
- ほどいて平らにする: 平らなスチールストリップのコイルは、成形前に平らにして真っ直ぐにするローラーに通されます。
- 形成: 平鋼は一連の成形ローラーを通過し、徐々に丸められて円筒形のチューブ形状になります。
- 継ぎ目の溶接: 圧延鋼材の 2 つのエッジは一緒に押し付けられ、溶着されます。最も一般的な方法は高周波電気抵抗溶接 (ERW) です。この溶接では、継ぎ目に電流を流して熱を発生させ、溶加材を追加せずにエッジを接合します。
- 縫い目のトリミング: フラッシュとして知られる余分な溶接材料は、継ぎ目の内側と外側の両方からトリミングされ、滑らかな表面が生成されます。
- Sizing and cutting: パイプは最終直径に合わせてサイズ調整され、標準の長さに切断され、溶接品質が検査されます。
プラスチックパイプ (PVC および HDPE) の製造方法
PVC や HDPE などのプラスチック パイプは、生のプラスチック樹脂を溶融し、円形のダイに連続的に押し込んで中空のチューブ形状を形成する押出プロセスを通じて製造されます。
- 樹脂の準備: プラスチック樹脂ペレットは、安定剤や添加剤とともに、押出機のホッパーに供給される前に正確な比率で混合されます。
- 溶解と押出: 加熱されたバレル内の回転スクリューが樹脂を溶かし、円形のダイを通して前方に押し出し、連続した中空のチューブを形成します。 PVC の押出温度は通常、次の範囲です。 摂氏 180 ～ 210 度 (華氏 356 ～ 410 度) 、プラスチックパイプ研究所の製造ガイドラインによると。
- サイズ設定と冷却: まだ柔らかいパイプは真空サイジングタンクを通過して正しい直径に成形され、続いて水冷バスでプラスチックが固化されます。
- Cutting and belling: 冷却されたパイプは適切な長さに切断され、多くの場合、一方の端が加熱されて拡張されて、ジョイントの接続を容易にするベル型のソケットが形成されます。
銅管の作り方
銅パイプは、精錬された銅を溶融状態まで加熱し、中空の円筒形ビレットに鋳造し、それを徐々に小さいダイスを通して引き抜いて最終的な肉厚と直径に達することによって作られます。
- キャスト: 溶解した銅を回転鋳造ホイールまたは竪型鋳造法によりビレットと呼ばれる中空の管状に鋳造します。
- 熱間押出： ビレットは加熱され、押出プレスに通されて直径が小さくなり、より長く薄いチューブが作成されます。
- 冷間引抜： チューブは室温で一連のダイを通して引き抜かれ、長さを増やしながら直径と肉厚をさらに縮小します。このプロセスは最終仕様に達するまで複数回繰り返されます。
- アニーリング: 冷間引抜を繰り返すと金属が脆くなるため、引抜パスの間に銅は加熱され、ゆっくりと冷却されて内部応力が緩和され、柔軟性が回復します。
- 切断とコイリング： 硬質銅パイプは標準的な真っ直ぐな長さに切断され、フレキシブル銅チューブはコイルに巻かれます。
パイプの製造方法の比較
以下の表は、American Petroleum Institute および Plastics Pipe Institute が発行した製造基準に基づいて、原材料、一次プロセス、および代表的な用途ごとに 4 つの主要なパイプ製造方法を比較したものです。
| パイプの種類 | 原材料 | Primary Process | 共通アプリケーション |
| シームレス鋼 | ソリッドスチールビレット | ピアスとローリング | 高圧オイルとガス |
| 溶接鋼 (ERW) | Flat steel coil | ローリング溶接とシーム溶接 | 構造的低圧水 |
| PVC / HDPE Plastic | プラスチック樹脂ペレット | Extrusion | 配管、排水、灌漑 |
| 銅 | Refined copper billet | 鋳造と冷間引抜 | 住宅用配管、空調設備 |
キャプション: American Petroleum Institute と Plastics Pipe Institute の規格に基づいた、4 つの主要なパイプ タイプにわたる原材料、製造プロセス、および一般的な用途の比較。
シームレスパイプと溶接パイプ: どちらがより優れたパフォーマンスを発揮しますか?
一般にシームレスパイプは高圧および極端な温度下でより優れた性能を発揮しますが、汎用および低圧での使用では溶接パイプの方がコスト効率が高くなります。以下の比較は、購入者とエンジニアが考慮する実際的な違いを概説しています。
| Factor | Seamless Pipe | Welded Pipe |
| Pressure Tolerance | より高い, no weak seam | シームレスより低い |
| Production Cost | Higher | Lower |
| Dimensional Consistency | 長さに沿ってわずかに異なる場合があります | Very consistent |
| 一般的な直径範囲 | Limited by billet size | より広い範囲が利用可能 |
キャプション: API 5L 仕様ガイドライン (2022) に基づく、シームレス鋼管と溶接鋼管の性能とコストの比較。
パイプ製造における品質管理
パイプ製造の品質管理は、パイプが工場から出荷される前に亀裂、肉厚の変化、溶接欠陥をチェックする非破壊検査方法に依存しています。次の方法は業界全体で標準です。
- 超音波検査: 高周波音波をパイプ壁に通過させ、外部からは見えない内部の亀裂や空隙を検出します。
- Hydrostatic testing: パイプは水で満たされ、定格使用圧力を超えて加圧され、圧力がかかっても漏れたり破損したりしないことを確認します。
- Eddy current testing: 電磁場は表面および表面近くの欠陥を検出するために使用され、一般に溶接継目の検査に適用されます。
- 寸法検査： 外径、肉厚、および長さは、レーザーまたは機械ゲージを使用して公差仕様に対して測定されます。
パイプの製造方法に関するよくある質問
最も強度の高いパイプ製造プロセスは何ですか?
シームレス配管は、溶接継ぎ目がなく、最も一般的な構造的弱点を取り除くため、一般に最も強度の高い製造プロセスと考えられています。このため、高圧の石油、ガス、蒸気の輸送にはシームレス パイプが標準的な選択肢となります。
なぜプラスチックパイプは鋳造ではなく押し出しによって作られるのですか?
プラスチック パイプは押出成形によって製造されます。これは、このプロセスにより、一定の直径で長い長さを継続的に中断なく生産できるため、個々のセクションを鋳造するよりもはるかに効率的です。押出成形により、メーカーはパイプの全長に沿って肉厚を正確に制御することもできます。
鋼管の製造にはどのくらい時間がかかりますか?
連続生産ラインでは、1 本の溶接鋼管の成形、溶接、切断を数分以内に行うことができますが、シームレス パイプの製造には複数の加熱、穿孔、圧延の段階が含まれるため、さらに時間がかかります。完全な生産速度は、パイプの直径、壁の厚さ、および使用する特定のミル装置によって異なります。
パイプは製造時にリサイクルされますか?
鋼管や銅管の製造では、一般にリサイクルされたスクラップ金属を原料ビレットに組み込んでおり、米国鉄鋼協会の報告によると、米国の鉄鋼業界は平均で 70% がリサイクルされたコンテンツ 鉄鋼生産全体にわたって。プラスチックパイプメーカーも、原料混合物の一部として産業廃棄物再生樹脂を使用することが増えています。
結論
Understanding how pipes are made 主要な製造プロセスは 4 つあります。穿孔と圧延によって形成されるシームレス鋼管、継ぎ目に沿って成形および融着される溶接鋼管、溶融樹脂から押し出されるプラスチック パイプ、および鋳造され、最終サイズに冷間引抜される銅管です。各方法は、パイプの最終用途の圧力、耐久性、コスト要件に基づいて選択され、超音波検査や静水圧検査などの厳格な試験方法により、すべてのパイプが現場に届く前に安全基準を満たしていることが確認されます。
