Memahami Pipa Steel: Dari Manufaktur hingga Infrastruktur
Sejarah, produksi, dan penggunaan pipa steel
Pipa steel adalah tabung silinder yang terbuat dari baja yang digunakan banyak dalam manufaktur dan infrastruktur. Mereka adalah produk yang paling banyak digunakan oleh industri baja. Penggunaan utama pipa adalah dalam transportasi cairan atau gas di bawah tanah—termasuk minyak, gas, dan air. Namun, pipa dengan berbagai ukuran digunakan di seluruh manufaktur dan konstruksi. Contoh manufaktur rumah tangga umum adalah pipa steel sempit yang menjalankan sistem pendingin di lemari es. Konstruksi menggunakan pipa untuk pemanasan dan plomberi. Struktur dapat dibangun menggunakan pipa steel dengan berbagai ukuran, seperti handrail, stendak sepeda, atau halangan pipa.
William Murdoch dianggap sebagai pelopor pipa steel. Pada tahun 1815, ia menyambungkan tongkat musket untuk mendukung sistem pembakaran lampu batubara. Murdoch menggunakan sistem pipa inovatifnya untuk mengangkut gas batubara ke lampu di jalan-jalan London.
Sejak tahun 1800, kemajuan besar telah dicapai dalam teknologi pipa steel, termasuk peningkatan metode manufaktur, pengembangan aplikasi untuk penggunaannya, dan pendirian peraturan dan standar yang mengatur sertifikasi mereka.
Bagaimana pipa steel dibuat?
Dari peleburan bahan baku hingga cetakan atau pengelasan, bahan bangunan yang umum ini dibuat melalui dua proses utama:
Mengonversi baja mentah menjadi bentuk yang lebih berguna
Kedua proses harus memulai dengan membuat baja berkualitas baik. Baja mentah diproduksi oleh pabrik cor melalui proses peleburan bahan baku dalam tungku. Untuk mendapatkan komposisi yang tepat, elemen dapat ditambahkan ke logam cair, dan kotoran dihapus. Baja cair yang dihasilkan dituang ke dalam cetakan untuk membuat ingot atau dipindahkan ke mesin pengecoran berkelanjutan untuk membuat slabs, billets, dan blooms. Pipa dibuat dari dua produk ini: slabs atau billets.
Steel slabs dan steel skelp dalam manufaktur pipa
Steel skelp dibuat dari slabs yang dipanaskan ke 2.200˚F. Panas menyebabkan lapisan bersisik terbentuk di permukaan, yang harus dihapus melalui scale breaker dan pembersihan tekanan tinggi. Setelah dibersihkan, slab baja digulung panas menjadi strip tipis dan sempit baja yang disebut skelp. Skelp dicuci (pembersihan permukaan) dengan asam sulfat, dicuci dengan air dan digulung pada gulungan besar sebagai bahan baku untuk pembuatan pipa. Lebar skelp menentukan diameter pipa yang dapat dibuat.
Skelp diluruskan dari gulungan, dipanaskan, dan digulung melalui roller bergerigi, yang membengkokkan tepi skelp ke atas. Proses ini menghasilkan tabung silinder di mana kedua tepi telah dibengkokkan untuk bertemu satu sama lain membentuk tabung panjang. Proses pengelasan menyatukan tepi bersama dan menutup pipa.
- Dalam operasi pengelasan berkelanjutan, roller las menekan tepi pipa satu sama lain—membentuk las tawny karena panas yang telah diterapkan ke skelp. Tidak ada logam yang ditambahkan selama pengelasan, dan roller akhir mengurangi diameter dan ketebalan dinding pipa sesuai spesifikasi.
- Electric resistance welding mengikuti proses yang sama dengan continuous welding, kecuali skelp digulung dingin menjadi bentuk pipa. Arus disuplai ke tepi pipa oleh cakram tembaga berputar, yang memanaskan tepi hingga suhu las. Roller las menyatukan tepi pipa untuk membuat las tawny.
- Spiral welding dan double submerged arc welding menggunakan teknik pengelasan yang lebih konvensional dan menambahkan bahan las untuk membentuk ikatan.
Steel billets untuk pipa seamless
Steel billets adalah persegi panjang baja yang diproduksi langsung dari mesin pengecoran berkelanjutan atau sebagai produk sekunder yang dibuat dari ingot cor yang digulung dan diregangkan. Billet ini dapat digunakan untuk membuat pipa seamless, yang lebih aman dalam beberapa aplikasi karena tidak memiliki garis las.
Billet baja padat harus dipanaskan pada suhu ekstrim, menjadi putih panas tetapi tidak meleleh. Mesin menggulungnya sehingga menjadi padat silinder. Sambil masih panas, piercer berbentuk peluru digunakan untuk membuat pusat hollow yang teratur menurut dimensinya. Serangkaian operasi pemesinan mengikuti untuk menyesuaikan pipa dengan spesifikasi yang diperlukan.
Langkah finishing
Pipa dapat dilewatkan melalui mesin lurus sebagai langkah akhir proses sebelum dipasang dengan joint di ujung. Pipa bore kecil biasanya dipasang dengan joint berulir, sedangkan pipa bore besar biasanya dipasang dengan flange yang di las di ujung pipa. Mesin pengukuran memeriksa dimensi pipa yang jadi, dan mencetak detail di sisi pipa untuk tujuan kontrol kualitas.
Kontrol kualitas
Langkah kontrol kualitas termasuk memeriksa pipa untuk cacat menggunakan mesin x-ray—terutama di sepanjang las. Teknik lain adalah menguji tekanan pipa dengan mengisinya dengan air, lalu memegangnya di bawah tekanan untuk waktu yang ditentukan untuk mengekspos cacat apa pun yang dapat menyebabkan kegagalan katastrofik sebelum dipasang dalam layanan.
Bagaimana pipa steel digunakan?
Pipa digunakan dalam struktur, transportasi, dan manufaktur. Mereka diukur sesuai diameter luarnya, dengan diameter dalam bervariasi berdasarkan ketebalan dinding. Beberapa aplikasi membutuhkan dinding lebih tebal daripada yang lain, tergantung pada gaya yang harus dikelola pipa.
Penggunaan struktural
Penggunaan struktural umum dalam bangunan dan konstruksi. Di industri ini, bahan bangunan biasanya disebut steel tubes.
Pile konstruksi
Steel tubes memberikan kekuatan pada fondasi dalam proses yang disebut piling. Dalam aplikasi ini, tabung ditiupkan ke dalam tanah sebelum fondasi ditempatkan. Ia memberikan stabilitas untuk gedung tinggi atau konstruksi di tanah yang tidak aman.
Terdapat dua jenis dasar fondasi pile:
- End bearing piles memiliki ujung bawah yang beristirahat pada lapisan tanah atau batu yang sangat kuat. Beban bangunan ditransfer melalui pile ke lapisan kuat.
- Friction piles mentransfer beban bangunan ke tanah di seluruh tinggi pile, melalui gesekan. Seluruh permukaan pile membantu mentransfer gaya ke tanah.
Scaffolding poles
Scaffolding poles dibuat dengan menyambungkan steel tubes dalam sangkar yang memungkinkan pekerja konstruksi untuk mengakses area yang tinggi di atas tanah.
Penggunaan manufaktur
Guard rails
Guard rails juga terbuat dari steel tubes, menciptakan fitur keselamatan yang estetis untuk tangga dan balkon.
Bollards
Security bollards digunakan untuk menciduk area dari lalu lintas kendaraan untuk melindungi orang, bangunan, atau infrastruktur.
Bike racks
Banyak bike racks komersial dibentuk dengan membengkokkan steel tubes. Sifat material yang tangguh dari baja membuatnya aman dari pencuri.
Penggunaan transportasi
Penggunaan paling umum pipa steel adalah untuk transportasi produk karena bahan ini cocok untuk instalasi jangka panjang. Ia dapat dimakamkan di bawah tanah karena daya tahan dan resistensi terhadap pembusukan.
Aplikasi tekanan rendah tidak memerlukan pipa untuk memiliki kekuatan tinggi karena tidak terpapar stres signifikan. Ketebalan dishing yang sempit memungkinkan manufaktur yang lebih murah. Aplikasi yang lebih spesial—seperti pipa yang digunakan di industri minyak dan gas—memerlukan spesifikasi yang lebih ketat. Sifat berbahaya produk yang diangkut, dan kemungkinan tekanan yang meningkat pada garis, menuntut kekuatan tinggi dan oleh karena itu ketebalan dinding yang lebih tinggi. Ini biasanya membawa biaya yang lebih tinggi. Kontrol kualitas sangat penting untuk aplikasi ini.
Bagaimana pipa steel ditentukan?
Terdapat kebingungan tentang cara bahan ini ditentukan, dan apa artinya untuk karakteristik yang tepat dari pipa. The American Society for Testing and Materials (ASTM) bersama dengan The American Society of Mechanical Engineers (ASME) dan the American Petroleum Institute (API) adalah organisasi yang paling dirujuk untuk spesifikasi piping di Amerika Utara.
Spesifikasi dapat dipecah menjadi tiga kategori utama:
Nominal pipe size
Ukuran pipa dikutip sebagai “Nominal Pipe Size” atau NPS. Asal usul angka NPS untuk pipa kecil (< NPS 12) berbeda dari asal usul untuk pipa diameter besar. Namun, semua pipa dengan angka NPS tertentu memiliki diameter luar atau outer diameter (OD) yang sama. Diameter dalam akan bervariasi tergantung pada ketebalan dinding logam. Alasannya adalah agar dukungan struktural yang sama dapat digunakan untuk semua piping dengan angka NPS tertentu terlepas dari ketebalan dinding.
Schedules
Steel pipe schedules adalah cara untuk menggambarkan ketebalan dinding pipa. Ini adalah parameter kunci karena terkait langsung dengan kekuatan pipa dan kesesuaian untuk aplikasi tertentu. Pipe schedule adalah angka dimensi dan dihitung berdasarkan rumus desain untuk ketebalan dinding, dengan tekanan desain dan stres yang diizinkan.
Contoh angka schedule adalah sebagai berikut: 5, 5S, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, STD, XS, dan XXS—dengan yang paling umum adalah schedules 40 dan 80. Semakin tinggi angka schedule, semakin tebal dinding pipa. Angka schedule pipa oleh karena itu menentukan diameter dalam, karena OD ditetapkan oleh angka NPS.
Pipe weight
Berat pipa dapat dihitung berdasarkan NPS, yang menentukan diameter luar, dan schedule, yang menentukan ketebalan dinding. Rumus menggunakan berat teoretis baja 40,8 pound per kaki persegi per 1 inci ketebalan untuk menentukan konstanta.
W = 10.69 x t (OD – t)
Di mana:
W = berat (dalam pound per kaki)
OD = diameter luar
t = ketebalan
Tabel berikut dari Engineering Toolbox menunjukkan pengukuran OD, ketebalan dinding, dan berat untuk pipa dengan berbagai NPS. Kedua pengukuran schedule 40 dan schedule 80 ditampilkan.
Schedule 40
Schedule 80
Nominal
Diameter
Diameter
Nominal Thickness
Weight
Diameter
Nominal Thickness
Weight
Pipe Size
(in)
(in)
(in)
(in)
(in)
(in)
Outside
Internal
lb/ft
Internal
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
1.500
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
Based on ASTM A53 - Standard Specification for Pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless.
Certification
Produsen mengeluarkan Material Test Report, atau Mill Test Report, untuk memvalidasi bahwa produk memenuhi spesifikasi analisis kimia dan properti mekanis. MTR akan berisi semua data yang relevan dengan produk dan akan menemani produk selama siklus hidupnya.
Berikut adalah parameter tipis yang mungkin dicatat pada MTR:
- Komposisi kimia termasuk konten karbon, legasi, dan sulfur
- Ukuran, berat, identifikasi, dan grade material
- Nomor panas material, yang terhubung kembali ke batch pemrosesan
- Properti mekanis seperti kekuatan tarik, kekuatan leleh, dan eksklusi
Untuk halangan steel, spesifikasi yang paling sering disebutkan adalah ASTM A53 dan ASTM A500.
Bagaimana Reliance Foundry menggunakan pipa steel?
Reliance Foundry menyediakan halangan pipa yang terbuat dari pipa steel. Bollards adalah panjang pipa vertikal yang dipasang di tanah untuk melindungi orang, bangunan, dan infrastruktur sekitar dari tabrakan kendaraan.
Halangan pipa steel harus sesuai spesifikasi keselamatan untuk memastikan mereka cukup kuat untuk menahan dampak tabrakan kendaraan. Schedule 40 dan schedule 80 steel dapat digunakan untuk membuat halangan pipa steel tergantung pada aplikasi.
Halangan pipa steel sering dilapisi dengan stainless steel, plastik, atau logam dekoratif lainnya untuk daya tarik estetika dan untuk melindungi pipa steel dari korosi.
