Co to znaczy, że rura ma szew napylany?

Rury i profile stalowe są często wykorzystywane w zastosowaniach, w których pojawia się wysokie ryzyko korozji. Odpowiednie zabezpieczanie powierzchni stali ma znaczenie zwłaszcza w przypadku rur ze szwem, ponieważ w tym przypadku ryzyko utleniania żelaza tworzącego stop jest bardzo duże. Najdoskonalszą metodą ochrony jest napylanie szwów przy użyciu właściwie dobranego metalu.

Sposoby wykorzystania profili stalowych i rur a technologia ich produkcji

Stal jest jednym z materiałów, które są szeroko wykorzystywane w budowie wszelkiego rodzaju maszyn i urządzeń, a także rozmaitych konstrukcji i wsporników. Wśród różnych dostępnych postaci, w jakich są dostarczane wyroby stalowe, popularne okazują się zwłaszcza kształtowniki, będące formami przestrzennymi nadawanymi blachom i taśmom cienkim tj. do 3 mm i grubym, mającym powyżej 3 mm. Poza płaskownikami używa się szerokiej gamy profili otwartych – kątowników, ceowników, teowników, zetowników, dwuteowników, a także specjalnie wykonywanych kształtowników o bardziej złożonych przekrojach. Przydatne są również profile zamknięte, które dzięki swej formie gwarantują połączenie stosunkowo niewielkiego ciężaru ze znakomitym przenoszeniem obciążeń, szczególnie sił zginających czy ścinających. Używa się profili o różnych przekrojach, zwykle prostokątnych, kwadratowych, ale niekiedy także wielokątnych czy trójkątnych. Najbardziej uniwersalnymi kształtownikami pozostają jednak rury, które sprawdzają się nie tylko jako materiał konstrukcyjnych, ale również w charakterze podstawowych części składowych rurociągów do przesyłu cieczy, gazów lub sypkich ciał stałych – podkreśla przedstawiciel firmy Pomar Stal, specjalizującej się w dostarczaniu profili i blach stalowych, a także obróbce metali i budowie maszyn.

Rury, podobnie jak inne kształtowniki mogą być wykonywane przez walcowanie na gorąco oraz dziurowanie, zginanie lub walcowanie na zimno. W zastosowaniach, które wymagają szczególnej odporności na wysokie ciśnienie, używa się zwykle rur bezszwowych otrzymywanych za sprawą kształtowania na ciepło. W tej technologii metalowe kęsisko jest zazwyczaj wstępnie kształtowane, by uzyskać bloczki o mniejszych wymiarach, po czym ogrzewane dla obniżenia potrzebnych do uzyskania odkształceń plastycznych sił. Rozgrzany element jest formowany na kolejnych walcarkach, w jego wnętrzu osadza się także rdzeń, umożliwiający uzyskanie określonej średnicy wewnętrznej. Ścianki zewnętrzne są natomiast systematycznie walcowane, a materiał ulega wydłużeniu, a jednocześnie pocienieniu aż do momentu, w którym osiągnie przewidziane rozmiary. Po wychłodzeniu wyrób może być pocięty na kawałki o potrzebnej długości.

Ze względu na to, że rury bezszwowe są wykonane z jednolitego kawałka metalu, ich wytrzymałość jest stosunkowo duża i jednakowa w każdym ich punkcie. Minusem tej technologii jest wysoka energochłonność związana z konieczną obróbką termiczną, a także ograniczonymi średnicami, jakie można w ten sposób uzyskać. Zupełnie inaczej przedstawia się sytuacja w przypadku rur ze szwem. W tej sytuacji odporność na ciśnienie będzie niższa aniżeli przy rurach bezszwowych, ze względu na specyfikę tej metody możliwe jest jednak wykonywanie rur o bardzo dużych średnicach, które można wykorzystywać zarówno do przesyłu rozmaitych mediów, jak i w charakterze osłon lub wsporników. Rury ze szwem są produkowane również w mniejszych średnicach oraz charakteryzują się dobrym stosunkiem ceny do wytrzymałości – w ten sposób powstaje wiele elementów konstrukcyjnych od powszechnie używanych słupków służących do rozpinania siatki ogrodzeniowej czy podtrzymywania struktury tuneli foliowych po przestrzenne kratownice, z jakich wykonuje się słupy lub dźwigary dużych hal stalowych.

Metody wytwarzania rur ze szwem

Rury ze szwami powstają w technologii walcowania na zimno, w której wykorzystuje się blachy stalowe o grubości zbliżonej do przewidywanych wymiarów ścianek gotowego wyrobu albo przy zastosowaniu prasy. W większości takich sytuacji używa się do tego celu taśm stalowych lub blachy w kręgach – w tym drugim przypadku musi ona być prawidłowo zwymiarowana. Najczęściej odbywa się to na specjalnej linii wykorzystującej krążkowe nożyce do cięcia wzdłużnego, a powstająca taśma jest nawijana na mniejsze kręgi, a niekiedy bezpośrednio przekazywana do linii walcującej. Taśma przed dalszymi procesami musi zostać jednak poddana frezowaniu krawędzi, by po połączeniu zachowały one odpowiednią geometrię i zagwarantowały pełne przyleganie.

Produkcja rur ze szwami może się odbywać przy zastosowaniu specjalnych pras, co wymaga kilkuetapowej obróbki. W tym przypadku używa się fragmentu taśmy albo arkusza przyciętego do długości zbliżonej do docelowej. Na początku zaginane są jego brzegi, następnie formuje się dolną część blachy, nadając jej kształt półkolisty, a następnie zagina górne fragmenty tak, żeby stworzyły kształt okręgu. Możliwe jest również nadawanie kształtu arkuszom i fragmentom taśm za pomocą walcowania na maszynie trójwalcowej. Wykorzystuje ona trzy walce – dwa o mniejszej średnicy obracające się współbieżnie i jeden większy, który obraca się przeciwbieżnie do nich w ustawieniu przypominającym trójkąt, wierzchołki przy podstawie tworzą dwa walce o mniejszym przekroju. Arkusz blachy jest opierany na mniejszych walcach, a w miarę, jak blacha jest walcowana, większy walec ulega obniżeniu, dzięki czemu powierzchnia metalu ulega systematycznemu zaokrąglaniu aż do osiągnięcia kształtu okręgu. Wstęga może być również walcowana na walcarce, tj. zawijana przez kolejne walce ustawione równolegle do długości taśmy i powstającej rury. Materiał jest wówczas formowany początkowo przez kolejne zespoły dwóch współpracujących walców, które mają coraz większe wyoblenie, a następnie walców ustawionych po bokach formowanej rury, a wreszcie także walców górnych, które zamykają jej strukturę. Taśma podawana ze wstęgi może być także poddawana formowaniu spiralnemu. W tym przypadku wstęga przechodzi przez klatki walcarki, jest podawana skośnie do płaszczyzny przekroju formowanej rury i zostaje precyzyjnie zwinięta, tak, że krawędzie taśmy tworzą na niej charakterystyczną spiralną linię.

Zmiana kształtu taśmy lub blachy jest dopiero wstępnym etapem produkcji rury, ponieważ niezależnie od tego, czy ma ona mieć szew wzdłużny, czy też spiralny, jej krawędzie muszą zostać ze sobą połączone. Metodą, która pozwala na uzyskanie gotowego elementu, jest najczęściej zgrzewanie lub spawanie laserowe, a przy wytwarzaniu rur o większych średnicach także klasyczne spawanie TIG. Przewagą procesu zgrzewania nad klasycznym spawaniem jest brak konieczności wprowadzania dodatkowego metalu i późniejszej obróbki spawu. Przy zgrzewaniu może być wykorzystywana metoda płomieniowa, jednak częściej korzysta się z indukcji i przepływu prądu, który jak w tradycyjnym spawaniu rozgrzewa obie łączone krawędzie. Po podgrzaniu powodującym punktowe upłynnienie metalu krawędzie są do siebie dociskane przy pomocy właściwie zaokrąglonych powierzchni walców, co pozwala na ich połączenie po odpowiednim wystudzeniu. Jeśli podczas zgrzewania pojawiają się tzw. wypławki, czyli nierówności powodowane przez niewielką ilość metalu zastygającego na powierzchni niezbędne będzie skrawanie powierzchni wewnętrznej lub zewnętrznej albo ich zawalcowanie.

Rury ze szwem a ich wytrzymałość na korozję

Większość rur jest wykorzystywana do budowy konstrukcji mogących mieć kontakt z wodą lub wręcz stosowana do przesyłu cieczy albo gazów zawierających parę wodną. Stal użyta do ich produkcji powinna więc być odpowiednio zabezpieczona przed korozją. Jedną z metod łączących zarówno przystępne koszty zapewniania ochrony przed rdzewieniem, jak i gwarantującą wysoką efektywność jest proces cynkowania. Wiele wyrobów stalowych jest pokrywanych powłoką z cynku nanoszoną w różnych technologiach od galwanizacji przez tzw. cynkowanie ogniowe aż po różne techniki metalizacji natryskowej. W przypadku galwanizacji warstwa cynku jest nanoszona na metal za sprawą elektrolizy zachodzącej podczas kąpieli w roztworze cynku. Dzięki różnicy potencjałów elektrycznych między znajdującą się w roztworze anodą a katodą, którą jest galwanizowany przedmiot, na jego powierzchni osadzają się jony cynku z roztworu. Przy cynkowaniu ogniowym na powierzchni stali zanurzanej w kąpieli z płynnego cynku rozgrzanego do wysokiej temperatury około 450°C osadzają się jego cząsteczki, które po zastygnięciu silnie do niej przylegają. Podczas metalizacji natryskowej cynk w postaci proszku, drutu czy pręta jest silnie nagrzewany, a następnie za pomocą silnego strumienia gazu kierowany w stronę powierzchni stali. Półpłynny i płynny cynk wnika w pory i nierówności stali, a dzięki sile adhezji może wytworzyć jednolitą powłokę o niewielkiej grubości.

Blachy oraz taśmy stalowe wykorzystywane do produkcji rur mają najczęściej wykonaną powłokę cynkową odpowiedzialną za ich ochronę antykorozyjną. Niestety w procesie produkcji warstwa cynku ulega częściowemu zniszczeniu w bezpośrednim sąsiedztwie tworzonego szwu. Może to prowadzić do utleniania materiału w wyniku kontaktu z ciekłą wodą albo wilgocią, a w efekcie do uszkodzenia rury i utraty właściwości mechanicznych oraz możliwej utraty szczelności lub zanieczyszczenia transportowanego medium. Rozwiązaniem tego problemu jest wykorzystanie rur ocynkowanych ze szwem napylanym, w których powłoka cynkowa zostaje punktowo odnowiona jeszcze na etapie jej produkcji. W tym celu konieczne będzie naniesienie odpowiedniej powłoki bezpośrednio na zgrzew.

Napylanie jest wykonywane najczęściej za pomocą urządzenia, w którym drut cynkowy jest stapiany dzięki wytwarzaniu wysokiej temperatury przez płomień, łuk elektryczny, powstającą plazmę albo za sprawą nanoszenia naddźwiękowego. Cząsteczki cynku są nanoszone na powierzchnię przy użyciu gazu pod dużym ciśnieniem. Przy napylaniu płomieniowym będą to na ogół gazy spalinowe z acetylenu czy propanu-butanu albo specjalnie dostarczane sprężone powietrze, używane również przy natryskiwaniu łukowym. Przy metodach naddźwiękowego nanoszenia paliwo-tlenowego HVOF za nadanie odpowiedniej energii kinetycznej roztopionym cząsteczkom cynku odpowiada strumień azotu albo argonu. Napylanie cynku na szew rury pozwala uzyskać powłokę o właściwym w stosunku do średnicy rury grubości od nawet 10 µm do kilkunastu milimetrów. Dzięki procesowi napylania rury ze szwem mogą gwarantować w pełni skuteczną ochroną przed korozją i być wykorzystywane wszędzie tam, gdzie będą miały styczność z wodą i wilgocią. Warto wspomnieć, że podczas metalizacji przez napylanie można nanosić również powłoki wykonane z innych metali np. chromu czy aluminium.