Détails des tubes en acier à paroi épaisse

Un tuyau en acier dont le rapport diamètre extérieur/épaisseur de paroi est inférieur à 20 est appelé untuyau en acier à paroi épaisse.
Principalement utilisés comme tubes de forage géologique pétrolier, tubes de craquage pour l'industrie pétrochimique, tubes de chaudière, tubes de support, tubes structuraux de haute précision pour automobiles, tracteurs et aviation, etc.
Procédé de fabrication des tubes en acier sans soudure : 1. Laminage à chaud (tubes en acier sans soudure extrudés) : billette de tube rond → chauffage → perçage → laminage croisé à trois rouleaux, laminage continu ou extrusion → ébavurage → calibrage (ou réduction) → refroidissement → redressage → contrôle hydraulique (ou détection des défauts) → marquage → stockage
La matière première pour le laminage de tubes sans soudure est constituée d'ébauches de tubes ronds, découpées en billettes d'environ un mètre de long par une machine de découpe, puis acheminées par un convoyeur vers le four pour y être chauffées à une température d'environ 1200 degrés Celsius. Le combustible utilisé est l'hydrogène ou l'acétylène. Le contrôle précis de la température dans le four est crucial. À sa sortie du four, le tube rond est percé à l'aide d'une machine de perçage sous pression. Le plus souvent, on utilise une machine de perçage à rouleaux coniques. Ce type de machine offre une productivité élevée, une bonne qualité de produit, une grande capacité de perforation et peut traiter différents types d'acier. Après perçage, la billette est successivement laminée transversalement, laminée en continu ou extrudée entre trois rouleaux. Après extrusion, le tube est calibré. Le calibrage est réalisé par perçage à cône rotatif à grande vitesse afin de former le tube. Le diamètre intérieur du tube est déterminé par la longueur du diamètre extérieur du foret de la machine de calibrage. Une fois dimensionné, le tube d'acier est acheminé vers la tour de refroidissement par aspersion d'eau. Après refroidissement, il est redressé. Il est ensuite transporté par convoyeur vers le détecteur de défauts métalliques (ou testeur hydraulique) pour un contrôle interne. La présence de fissures, de bulles ou d'autres anomalies est ainsi détectée. Après ce contrôle qualité, une sélection manuelle rigoureuse est effectuée. Les tubes sont ensuite marqués au pinceau du numéro de série, des spécifications, du numéro de lot de production, etc., puis hissés dans l'entrepôt à l'aide d'un pont roulant.
2. Tube en acier sans soudure étiré à froid (laminé) : ébauche de tube rond → chauffage → perforation → frappe → recuit → décapage → huilage (cuivrage) → étirage à froid multi-passes (laminage à froid) → tube vierge → traitement thermique → redressage → essai hydrostatique (détection des défauts) → marquage → stockage.
Classification de la production de tubes en acier sans soudure : tubes laminés à chaud, tubes laminés à froid, tubes étirés à froid, tubes extrudés, tubes moulés
1. Les tubes en acier sans soudure de construction (GB/T8162-1999) sont des tubes en acier sans soudure utilisés pour les structures générales et les structures mécaniques.
2. Le tuyau en acier sans soudure pour le transport de fluides (GB/T8163-1999) est un tuyau en acier sans soudure général utilisé pour transporter des fluides tels que l'eau, le pétrole et le gaz.
3. Les tubes en acier sans soudure pour chaudières basse et moyenne pression (GB3087-1999) sont utilisés pour fabriquer des tubes de vapeur surchauffée, des tubes d'eau bouillante pour chaudières basse et moyenne pression de diverses structures, des tubes de vapeur surchauffée, de grands tubes de fumée, de petits tubes de fumée et des briques d'arche pour chaudières de locomotives. Tubes en acier de construction au carbone de haute qualité, laminés à chaud et étirés à froid (roulés), sans soudure.
4. Les tubes en acier sans soudure pour chaudières haute pression (GB5310-1995) sont des tubes en acier au carbone, en acier allié et en acier inoxydable sans soudure de haute qualité, résistants à la chaleur, destinés à la surface de chauffe des chaudières à tubes d'eau pour haute pression et plus.
5. Le tuyau en acier sans soudure haute pression pour équipement d'engrais chimiques (GB6479-2000) est un tuyau en acier de construction au carbone et en acier allié de haute qualité, adapté aux équipements chimiques et aux pipelines avec une température de fonctionnement de -40 à 400 °C et une pression de fonctionnement de 10 à 30 Ma.
6. Les tubes en acier sans soudure pour le craquage du pétrole (GB9948-88) sont des tubes en acier sans soudure adaptés aux tubes de four, aux échangeurs de chaleur et aux tuyaux des raffineries de pétrole.
7. Les tubes en acier pour forage géologique (YB235-70) sont utilisés par les services géologiques pour le carottage. Selon leur usage, ils se divisent en tubes de forage, tiges de forage, tubes carotteurs, tubes de tubage et tubes de sédimentation.
8. Les tubes en acier sans soudure pour le forage au diamant (GB3423-82) sont des tubes en acier sans soudure utilisés pour les tubes de forage, les tiges de carottage et les tubages pour le forage au diamant.
9. Un tube de forage pétrolier (YB528-65) est un tube en acier sans soudure utilisé pour le forage pétrolier, présentant un épaississement intérieur ou extérieur à ses deux extrémités. Il existe deux types de tubes en acier : filetés et non filetés. Les tubes filetés sont assemblés par emboîtement, tandis que les tubes non filetés sont assemblés par soudage bout à bout à l’aide de raccords métalliques.
10. Les tubes sans soudure en acier au carbone pour navires (GB5213-85) sont destinés à la fabrication de systèmes de tuyauterie résistants à la pression de classe I et de classe II, de chaudières et de surchauffeurs. La température de service de la paroi des tubes sans soudure en acier au carbone ne dépasse pas 450 °C, tandis que celle des tubes sans soudure en acier allié dépasse 450 °C.
11. Le tube en acier sans soudure pour carter de demi-arbre automobile (GB3088-82) est un tube en acier sans soudure laminé à chaud en acier de construction au carbone et en acier de construction allié de haute qualité pour la fabrication de carters de demi-arbre automobile et de tubes d'arbre de carter d'essieu moteur.
12. Le tuyau de carburant haute pression pour moteur diesel (GB3093-86) est un tuyau en acier sans soudure étiré à froid destiné à la fabrication de tuyaux haute pression pour les systèmes d'injection des moteurs diesel.
13. Les tubes en acier sans soudure de diamètre intérieur de précision pour cylindres hydrauliques et pneumatiques (GB8713-88) sont des tubes en acier sans soudure de précision étirés à froid ou laminés à froid avec des diamètres intérieurs précis pour la fabrication de cylindres hydrauliques et pneumatiques.
14. Le tube en acier sans soudure de précision étiré ou laminé à froid (GB3639-83) est un tube en acier sans soudure de précision, étiré ou laminé à froid, présentant une grande précision dimensionnelle et un bon état de surface, destiné aux structures mécaniques et aux équipements hydrauliques. L'utilisation de tubes en acier sans soudure de précision pour la fabrication de structures mécaniques ou d'équipements hydrauliques permet de réduire considérablement les temps d'usinage, d'améliorer l'utilisation des matériaux et de contribuer à l'amélioration de la qualité des produits.
15. Le tube en acier inoxydable structurel sans soudure (GB/T14975-1994) est un tube en acier sans soudure laminé à chaud (extrusion, expansion) et étiré à froid (laminé).
16. Les tubes en acier inoxydable sans soudure pour le transport de fluides (GB/T14976-1994) sont des tubes en acier sans soudure laminés à chaud (extrudés, expansés) et étirés à froid (roulés) en acier inoxydable pour le transport de fluides.
17. Le terme « tube sans soudure de section spéciale » désigne de manière générale les tubes sans soudure dont la section transversale n'est pas ronde. Selon la forme et les dimensions de cette section, on distingue les tubes sans soudure de section spéciale à épaisseur constante (code D), ceux à épaisseur variable (code BD) et ceux à diamètre variable (code BJ). Ces tubes sont largement utilisés dans la fabrication de pièces de structure, d'outillage et de pièces mécaniques. Comparés aux tubes ronds, les tubes de section spéciale présentent généralement un moment d'inertie et un module de section plus élevés, ainsi qu'une meilleure résistance à la flexion et à la torsion, ce qui permet de réduire considérablement le poids des structures et d'économiser l'acier.
Généralement, les tubes sans soudure sont fabriqués par laminage à chaud ou à froid d'aciers de construction au carbone de haute qualité, tels que les aciers 10, 20, 30, 35, 45, 16Mn, 5MnV et autres aciers de construction faiblement alliés, ou encore les aciers 40Cr, 30CrMnSi, 45Mn2, 40MnB et autres aciers combinés. Les tubes sans soudure en acier à faible teneur en carbone, comme les aciers 10 et 20, sont principalement utilisés pour les canalisations de transport de fluides. Ceux en acier à teneur moyenne en carbone, comme les aciers 45 et 40Cr, servent à la fabrication de pièces mécaniques, notamment les pièces soumises à des contraintes mécaniques sur les automobiles et les tracteurs. Il est généralement recommandé de tester la résistance et la planéité des tubes sans soudure. Les tubes laminés à chaud sont livrés à l'état brut de laminage ou après traitement thermique ; les tubes laminés à froid sont livrés après traitement thermique. Tuyaux en acier sans soudure pour chaudières basse et moyenne pression : utilisés pour la fabrication de diverses chaudières basse et moyenne pression, de tuyaux de vapeur surchauffée, de tuyaux d’eau bouillante, de tuyaux de paroi d’eau et de tuyaux de vapeur surchauffée pour chaudières de locomotives, de grands tuyaux de fumée, de petits tuyaux de fumée et de tuyaux en briques voûtées, etc.
Les tubes sans soudure en acier laminés à chaud ou à froid (à profilage) sont fabriqués en acier de construction au carbone de haute qualité. Ils sont principalement composés d'acier n° 10 et n° 20. Outre la vérification de la composition chimique et des propriétés mécaniques, des essais hydrostatiques, de sertissage, d'évasement et d'aplatissement sont requis. Les tubes laminés à chaud sont livrés à l'état brut de laminage, tandis que ceux laminés à froid (à profilage) sont livrés après traitement thermique.
18. La norme GB18248-2000 (tubes en acier sans soudure pour bouteilles de gaz) est principalement utilisée pour la fabrication de diverses bouteilles de gaz et bouteilles hydrauliques. Ses matériaux représentatifs sont l'acier 37Mn, 34Mn2V, 35CrMo, etc.
Formule de calcul et exemples pour les tubes en acier sans soudure : (kg/m) W = 0,02466 × S (D – S) D = diamètre extérieur S = épaisseur de paroi
Déterminez le poids au mètre d'un tube en acier sans soudure de diamètre extérieur 60 mm et d'épaisseur 4 mm. Poids au mètre = 0,02466 × 4 × (60 – 4) = 5,52 kg. 9. Un tube de forage pétrolier (YB528-65) est un tube en acier sans soudure utilisé pour le forage pétrolier, avec un épaississement intérieur ou extérieur à ses deux extrémités. Il existe deux types de tubes en acier : filetés et non filetés. Les tubes filetés sont assemblés par des raccords, tandis que les tubes non filetés sont assemblés par soudage bout à bout à l'aide de raccords métalliques.
Le tube GB3088-82 est un tube en acier sans soudure laminé à chaud, composé d'acier de construction au carbone et d'acier de construction allié de haute qualité, destiné à la fabrication de carters de demi-essieux automobiles et de tubes d'arbre de transmission.
10. Les tubes sans soudure en acier au carbone pour navires (GB5213-85) sont destinés à la fabrication de systèmes de tuyauterie résistants à la pression de classe I et de classe II, de chaudières et de surchauffeurs. La température de service de la paroi des tubes sans soudure en acier au carbone ne dépasse pas 450 °C, tandis que celle des tubes sans soudure en acier allié dépasse 450 °C.
11. Le tube en acier sans soudure pour carter de demi-arbre automobile (GB3088-82) est un tube en acier sans soudure laminé à chaud en acier de construction au carbone et en acier de construction allié de haute qualité pour la fabrication de carters de demi-arbre automobile et de tubes d'arbre de carter d'essieu moteur.
12. Les tuyaux d'huile haute pression pour moteurs diesel (GB3093-2002) sont des tuyaux en acier sans soudure étirés à froid pour la fabrication de tuyaux haute pression pour les systèmes d'injection des moteurs diesel.
13. Les tubes en acier sans soudure de diamètre intérieur de précision pour cylindres hydrauliques et pneumatiques (GB8713-88) sont des tubes en acier sans soudure de précision étirés à froid ou laminés à froid avec des diamètres intérieurs précis pour la fabrication de cylindres hydrauliques et pneumatiques.
La principale différence entre les tuyaux en acier à paroi épaisse et les tuyaux en acier à paroi mince réside dans l'épaisseur de la paroi du tuyau en acier.
De manière générale, les tubes en acier à paroi mince sont fabriqués par étirage à froid, tandis que les tubes en acier à paroi épaisse sont généralement fabriqués par étirage à chaud. Si l'on se base sur les unités de mesure, on considère généralement qu'un tube en acier à paroi épaisse a un rapport épaisseur de paroi/diamètre de 0,02, et qu'un tube en acier à paroi mince a un rapport épaisseur de paroi/diamètre inférieur à 0,02.
Le plus grand est le tube en acier à paroi mince, et le plus grand encore est le tube en acier à paroi épaisse. Les tubes en acier à paroi mince sont principalement utilisés pour les canalisations. Quant aux tubes en acier à paroi épaisse, ils servent surtout à la fabrication de pièces creuses, notamment pour les canalisations sous pression et les conduites critiques.
Réglementation et applications des tubes en acier à parois épaisses en ingénierie
1. Réglementations correspondantes et diverses réglementations relatives à la sélection et à l'utilisation concrètes des raccords de tuyauterie à parois épaisses
Lors du choix ou de l'utilisation de raccords de tuyauterie à parois épaisses, il est impératif de respecter les réglementations et spécifications en vigueur, notamment pour le transport de fluides extrêmement dangereux, inflammables ou de gaz sous haute pression. Le type de raccords est alors principalement déterminé par l'usage prévu et les conditions d'utilisation (pression, température, fluide). Les réglementations et normes applicables sont listées ci-dessous à titre indicatif.
1) Loi sur la surveillance de la sécurité des équipements spéciaux ;
2) Liste des réglementations relatives à l'inspection de la sécurité des équipements spéciaux ;
3) Réglementation relative à la gestion et à la supervision de la sécurité des pipelines sous pression ;
4) Réglementations relatives à la supervision de la qualité et à la sécurité des équipements spéciaux ;
5) Règlement sur la conception, la fabrication, l’installation et la supervision des équipements spéciaux (projet) ;
6) Règlement technique sur la surveillance de la sécurité des pipelines sous pression (projet) ;
7) Spécifications techniques de sécurité pour les pipelines métalliques industriels (projet) ;
2. Détermination du degré de résistance des raccords de tuyauterie
1) Pour les raccords de tuyauterie dont la qualité est indiquée par la pression nominale ou la pression-température spécifiée, la pression-température spécifiée dans la norme doit être utilisée comme référence, telle que GB/T 17185 ;
2) La norme stipule uniquement l'épaisseur nominale du tuyau droit qui y est raccordé, et sa pression et sa température nominales applicables sont déterminées selon la norme de qualité de tuyau spécifiée dans la norme, telle que GB14383~GB14626.
3) Pour les raccords de tuyauterie dont les normes, telles que GB12459 et GB 13401, ne spécifient que les dimensions extérieures, leur résistance à la compression doit être déterminée par des essais de validation. 4) Pour les autres, un dimensionnement sous pression ou une analyse doit être effectué conformément à la réglementation en vigueur afin de déterminer la norme d'utilisation. De plus, la classe de résistance des raccords de tuyauterie ne doit pas être inférieure à la pression admissible dans les conditions de service les plus sévères auxquelles l'ensemble du système de tuyauterie peut être soumis en fonctionnement.
3. Sécurité et économie
Outre les types de raccords de tuyauterie mentionnés ci-dessus et utilisés couramment en génie des canalisations, il existe d'autres types de raccords adaptés à diverses conditions de travail, notamment les plus spécifiques. Lors de la conception ou du choix des raccords, plus leur classe de résistance est élevée, plus la sécurité est grande, mais cela augmente également le coût du projet et engendre des gaspillages inutiles.
Du point de vue des avantages économiques, tout en respectant les exigences de la conception technique et en minimisant les coûts, on a souvent tendance à restreindre le nombre de raccords de tuyauterie sélectionnés. Ceci complique la gestion des matériaux sur le chantier et les éventuelles modifications de conception, notamment le remplacement de matériaux. Par conséquent, le choix des raccords doit allier sécurité et économie, et il est conseillé de limiter au maximum leur variété. De plus, des facteurs tels que les conditions de chantier, le niveau de construction et le cycle d'approvisionnement des raccords doivent être pris en compte. Dans certains cas, il convient également d'envisager l'utilisation de joints de tuyauterie renforcés, de coudes à onglet et le cintrage sur site de tuyaux de petit diamètre.
Parallèlement, il est également nécessaire de comprendre la capacité de production, les produits et l'offre du marché des fabricants de raccords de tuyauterie.
4. Problèmes liés au choix de la norme des raccords de tuyauterie
1) Les normes nationales relatives aux raccords de tuyauterie ne sont pas parfaites et devraient inclure des normes sur les paramètres de type et les matériaux. Or, les normes sur les matériaux sont soit incomplètes, soit dépourvues d'exigences techniques et de qualité, telles que les exigences de chargement, les règles d'inspection et de lotissement, et la certification de qualité. Les normes relatives aux matériaux des raccords de tuyauterie sont mal harmonisées et souvent formulées de manière isolée, plutôt que selon le système normatif global des tuyauteries sous pression. Pour la sélection en ingénierie, il existe des normes pour les tuyauteries, mais pas de norme correspondante pour les pièces forgées ou moulées. En réalité, la norme relative aux pièces forgées pour les raccords de tuyauterie emprunte celle relative aux pièces forgées pour les appareils à pression, sans tenir compte des différences entre les deux, telles que le soudage, le contrôle par film et autres réglementations.
2) Le niveau standard des raccords de tuyauterie varie considérablement, et le contenu manque de cohérence et de systématicité, de sorte qu'il y a des contradictions dans la connexion, causant des inconvénients lors de l'utilisation.
3) Il n'existe pas de norme d'essai de type pour les raccords de tuyauterie. Seules les normes GB12459 et GB13401 stipulent le calcul de la pression pour l'essai d'éclatement des raccords de tuyauterie en acier sans soudure bout à bout et des raccords de tuyauterie en tôle d'acier soudés bout à bout. Il n'existe pas d'autres types de normes d'essai ou de normes d'application pour garantir la qualité de la fabrication des raccords de tuyauterie.
Formule de calcul du poids d'un tube en acier sans soudure : [(diamètre extérieur - épaisseur de paroi) * épaisseur de paroi] * 0,02466 = kg/m (poids par mètre)