파이프는 어떻게 만들어지나요? 파이프 제조 전체 살펴보기

파이프가 만들어집니다. 재질에 따라 세 가지 핵심 제조 방식 중 하나를 사용합니다. 단단한 금속 빌렛을 뚫어 이음매 없는 강관을 형성하고, 용접 강관 이음새를 따라 굴려 융합되고, PVC 또는 HDPE와 같은 플라스틱 파이프는 용융된 재료를 다이를 통해 밀어내는 압출 공정을 통해 성형됩니다. 미국철강협회(American Iron and Steel Institute)가 발표한 자료에 따르면 전 세계 철강 파이프 생산량이 세계 철강 생산량을 초과했습니다. 1억 4천만 미터톤 플라스틱 파이프 연구소(Plastics Pipe Institute)는 2023년에 플라스틱 파이프 제조가 평균 연간 4.2% 2019년부터 지방자치단체가 노후된 금속 인프라를 교체함에 따라(출처: 플라스틱 파이프 연구소 연례 보고서, 2023)

이 기사에서는 세 가지 주요 파이프 카테고리가 단계별로 제조되는 방법을 설명하고, 생산 방법을 비교하며, 파이프 제조 방법에 관해 사람들이 묻는 가장 일반적인 질문에 답합니다.

파이프 제조 방법이 중요한 이유

사용되는 제조 방법에 따라 파이프의 강도, 비용, 적합한 용도가 결정됩니다. 따라서 제조업체는 물 공급 라인, 석유 및 가스 파이프라인, 구조 건설에 대해 서로 다른 공정을 선택합니다. 예를 들어, American Petroleum Institute에서 발표한 엔지니어링 표준(API 5L 사양, 2022)에 따르면 이음매 없는 파이프는 약점이 될 수 있는 용접 이음새가 없기 때문에 일반적으로 동일한 직경의 용접 파이프보다 더 높은 내부 압력을 견딜 수 있습니다. 이것이 바로 고압 오일 및 가스 운송에 이음매 없는 파이프가 일반적으로 지정되는 반면, 용접 파이프는 구조 프레임 및 물 분배와 같은 저압 응용 분야에 더 자주 사용되는 이유입니다.

이음매없는 강철 파이프가 만들어지는 방법

무봉강관은 견고한 원통형 강철 빌렛을 가열한 후 중앙에 구멍을 뚫어 용접 이음매 없이 중공관을 형성함으로써 만들어집니다. 일반적으로 Mannesmann 피어싱 방법이라고 불리는 이 공정은 1885년에 특허를 받은 이후 업계 표준이었으며 오늘날에도 고압 파이프 생산에 사용되는 주요 방법으로 남아 있습니다.

1. 빌렛 가열: 단단한 둥근 강철 빌렛은 회전로에서 대략적으로 가열됩니다. 섭씨 1,200~1,300도(화씨 2,192~2,372도) , 강철을 뚫을 수 있을 만큼 유연하게 만듭니다.
2. 피어싱: 가열된 빌렛은 관통 지점 위의 두 개의 각진 롤러 사이를 통과하여 중앙에 구멍을 뚫고 "모관"이라고 불리는 빈 껍질을 만듭니다.
3. 신장 및 압연: 그런 다음 중공 쉘을 늘리고 말아서 벽 두께를 줄이고 길이를 늘립니다. 맨드릴을 사용하여 일관된 내부 직경을 유지합니다.
4. 크기 조정: 파이프는 정확한 사양 요구 사항을 충족하도록 외경을 조정하는 사이징 밀을 통과합니다.
5. 냉각 및 절단: 완성된 파이프는 냉각대에서 공랭식으로 냉각된 후 표준 상용 길이(일반적으로 6~12미터(20~40피트))로 절단됩니다.

용접 강관 제작 방법

용접 강관은 평평한 강판이나 코일을 원통형으로 굴린 후 이음새를 따라 모서리를 융합하여 만들어지므로 이음매 없는 방식보다 생산 속도가 빠르고 비용도 저렴합니다.

1. 풀고 펴기: 평평한 강철 스트립 코일은 성형 전에 평평하게 하고 곧게 펴는 롤러를 통해 공급됩니다.
2. 형성: 평강은 일련의 성형 롤러를 통과하여 점차적으로 원통형 튜브 모양으로 말립니다.
3. 솔기 용접: 압연강판의 두 모서리를 함께 누르고 융합하는 방법은 가장 일반적으로 고주파 전기 저항 용접(ERW)을 사용하는 것입니다. ERW는 이음매를 통해 전류를 통과시켜 열을 발생시키고 추가 용가재 없이 모서리를 접착합니다.
4. 솔기 트리밍: 플래시라고 알려진 잉여 용접 재료는 이음새의 내부와 외부 모두에서 다듬어져 매끄러운 표면을 만듭니다.
5. 크기 조정 및 절단: 파이프는 최종 직경에 맞게 크기가 결정되고 표준 길이로 절단된 후 용접 품질이 검사됩니다.

플라스틱 파이프(PVC 및 HDPE) 제조 방법

PVC, HDPE 등의 플라스틱 파이프는 플라스틱 원재료 수지를 녹이고 원형 다이를 통해 연속적으로 밀어 넣어 속이 빈 튜브 모양을 만드는 압출 공정을 통해 만들어집니다.

• 수지 준비: 플라스틱 수지 펠릿은 안정제 및 첨가제와 함께 압출기 호퍼에 공급되기 전에 정확한 비율로 혼합됩니다.
• 용융 및 압출: 가열된 배럴 내부의 회전 스크류는 수지를 녹이고 원형 다이를 통해 앞으로 밀어내어 연속적인 중공 튜브를 형성합니다. PVC의 압출 온도는 일반적으로 다음과 같습니다. 섭씨 180~210도(화씨 356~410도) , 플라스틱 파이프 연구소(Plastics Pipe Institute)의 제조 지침에 따름.
• 크기 조정 및 냉각: 여전히 부드러운 파이프는 올바른 직경으로 모양을 만드는 진공 사이징 탱크를 통과한 다음 플라스틱을 응고시키는 수냉식 욕조를 통과합니다.
• 절단 및 벨링: 냉각된 파이프는 길이에 맞게 절단되고, 한쪽 끝은 종종 가열되고 확장되어 종 모양의 소켓을 형성하여 연결이 용이합니다.

구리 파이프가 만들어지는 방법

구리 파이프는 정제된 구리를 용융 상태로 가열하여 속이 빈 원통형 빌렛으로 주조한 다음 점점 더 작은 다이를 통해 최종 벽 두께와 직경에 도달함으로써 만들어집니다.

1. 캐스팅: 용융된 구리를 회전 주조 휠 또는 수직 주조 방식을 사용하여 빌렛이라고 불리는 속이 빈 관 모양으로 주조합니다.
2. 열간 압출: 빌렛을 가열하고 압출 프레스를 통해 밀어 넣어 직경을 줄이고 더 길고 얇은 튜브를 만듭니다.
3. 콜드 드로잉: 튜브는 실온에서 일련의 다이를 통과하여 직경과 벽 두께를 더욱 줄이고 길이를 늘리는 과정을 여러 번 반복하여 최종 사양에 도달합니다.
4. 어닐링: 인발 과정 사이에 구리를 가열했다가 천천히 냉각하여 내부 응력을 완화하고 유연성을 회복합니다. 반복된 냉간 인발로 인해 금속이 약해지기 때문입니다.
5. 절단 및 코일링: 경질 구리 파이프는 표준 직선 길이로 절단되는 반면, 유연한 구리 튜브는 코일로 감겨 있습니다.

파이프 제조 방법 비교

아래 표는 American Petroleum Institute와 Plastics Pipe Institute에서 발표한 제조 표준을 기준으로 4가지 주요 파이프 제조 방법을 원자재, 1차 공정, 일반적인 용도별로 비교한 것입니다.

캡션: American Petroleum Institute 및 Plastics Pipe Institute의 표준을 기반으로 4가지 주요 파이프 유형의 원자재, 제조 공정 및 일반적인 응용 분야를 비교합니다.

이음매 없는 파이프와 용접 파이프: 어느 것이 더 나은 성능을 발휘합니까?

이음매 없는 파이프는 일반적으로 고압 및 극한 온도에서 더 나은 성능을 발휘하는 반면, 용접 파이프는 범용 및 저압 사용에 더 비용 효율적입니다. 아래 비교에서는 구매자와 엔지니어가 고려하는 실질적인 차이점을 간략하게 설명합니다.

캡션: API 5L 사양 지침(2022)을 기준으로 이음매 없는 강관과 용접 강관의 성능 및 비용 비교.

파이프 제조의 품질 관리

파이프 제조의 품질 관리는 파이프가 공장에서 출고되기 전에 균열, 벽 두께 변화, 용접 결함을 확인하는 비파괴 검사 방법에 의존합니다. 다음 방법은 업계 전반에 걸쳐 표준입니다.

• 초음파 테스트: 고주파 음파가 배관 벽을 통과하여 외부에서 보이지 않는 내부 균열이나 공극을 감지합니다.
• 수압 테스트: 파이프는 물로 채워지고 정격 작동 압력 이상으로 가압되어 압력이 가해졌을 때 누출되거나 파손되지 않는지 확인합니다.
• 와전류 테스트: 전자기장은 일반적으로 용접 이음새 검사에 적용되는 표면 및 표면 근처 결함을 감지하는 데 사용됩니다.
• 치수 검사: 외경, 벽 두께 및 길이는 레이저 또는 기계식 게이지를 사용하여 공차 사양에 따라 측정됩니다.

파이프 제작 방법에 대해 자주 묻는 질문

가장 강력한 파이프 제조 공정 유형은 무엇입니까?

이음매 없는 배관은 일반적으로 가장 일반적인 구조적 약점을 제거하는 용접 이음매가 없기 때문에 가장 강력한 제조 공정으로 간주됩니다. 이것이 바로 이음매 없는 파이프가 고압 오일, 가스 및 증기 운송을 위한 표준 선택인 이유입니다.

플라스틱 파이프를 주조 대신 압출 방식으로 만드는 이유는 무엇입니까?

플라스틱 파이프는 압출을 통해 만들어집니다. 왜냐하면 이 공정을 통해 일관된 직경으로 긴 길이를 연속적이고 중단 없이 생산할 수 있기 때문입니다. 이는 개별 섹션을 주조하는 것보다 훨씬 더 효율적입니다. 또한 압출을 통해 제조업체는 파이프 전체 길이에 걸쳐 벽 두께를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

강관을 제조하는 데 얼마나 걸리나요?

단일 용접 강관은 연속 생산 라인에서 몇 분 내에 형성, 용접 및 절단할 수 있는 반면, 무봉제 파이프 제조는 관련된 여러 가열, 천공 및 압연 단계로 인해 더 오랜 시간이 걸립니다. 전체 생산 속도는 파이프 직경, 벽 두께 및 사용된 특정 공장 장비에 따라 달라집니다.

파이프는 제조 과정에서 재활용되나요?

강철 및 구리 파이프 제조에서는 일반적으로 재활용 고철을 원료 빌렛에 포함하며 미국 철강 연구소(American Iron and Steel Institute)는 미국 철강 산업이 평균 70% 재활용 콘텐츠 철강생산 전반에 걸쳐 또한 플라스틱 파이프 제조업체는 산업화 이후 재활용 수지를 원료 혼합의 일부로 점점 더 많이 사용하고 있습니다.

결론

이해 파이프는 어떻게 만들어지는가 관통 및 압연을 통해 형성된 이음매 없는 강철 파이프, 이음새를 따라 형성 및 융합된 용접 강철 파이프, 용융 수지에서 압출된 플라스틱 파이프, 최종 크기로 주조 및 냉간 압연된 구리 파이프 등 네 가지 핵심 제조 경로로 분류됩니다. 각 방법은 파이프의 최종 응용 분야의 압력, 내구성 및 비용 요구 사항을 기준으로 선택되며 초음파 및 정수압 검사와 같은 엄격한 테스트 방법을 통해 모든 파이프가 현장에 도달하기 전에 안전 표준을 충족하는지 확인합니다.