لیست قیمت انواع آهن آلات ساختمانی و صنعتی
پرداخت آنلاین نماد اعتماد

مقالات

تاریخ ارسال :۱۳۹۷/۰۲/۲۹

لوله ها چگونه ساخته می شوند

لوله ها چگونه ساخته می شوند

لوله ها مقاطع فولادی دوار و توخالی هستند که برای موارد مختلف به کار رفته و با شیوه های مختلفی نیز ساخته می شوند. در یک تقسیم بندی کلی، لوله ها یا بدون درز (seamless pipe در ایران با نام مانیسمان شناخته می شوند.) هستند یا جوشکاری شده (welded pipe). در هردو نوع، فولاد خام نقش اول را ایفا می کند که کارآمد ترین فرم برای شروع کار محسوب می شود. سپس روی فولاد کار میکنند و آنرا یا بصورت لوله بدون درز و یا لوله جوشکاری شده با غلطتاندن یک نوار نازک فولادی و جوش کاری لبه های آن، درست میکنند. اولین روش ساخت لوله به اوایل قرن 19 میلادی بازمیگردد که روز به روز پیشرفته تر شده و به صورت فرآیندهای مدرن امروزی در آمده است که هر ساله شاهد تولید میلیون ها تن لوله های فولادی هستیم. تطبیق پذیری بالای آن موجب شده بعنوان یکی از پرکاربردترین مقاطع تولید شده در تولیدی های فولاد باشد.

لوله های فولادی در مکان های مختلفی بکار برده شده اند. بخاطر مقاومت بالایشان از آنها برای انتقال زیرزمینی آب و سوخت در سرتاسر شهرها استفاده شده است. در ساختمان ها نیز بعنوان محافظ سیم های برق بکار برده شده اند. [در کشورهای توسعه یافته و پرجمعیت انتقال برق از زیرِ زمین و در داخل لوله های فولادی صورت میگیرد. ] لوله ها مقاومت بالایی دارند، و میتوانند وزن کم تری نیز داشته باشند (مانند لوله های مانیسمان) که در این صورت تبدیل به گزینه ای ایده آل برای بدنه دوچرخه ها و ... می شوند. همچنین از کاربرد در ساخت اتومبیل ها، بخش های سرمایشی، گرمایشی و سیستم های لوله کشی ساختمانی و .... نیز می توان به عنوان بخشی از کارآیی لوله ها مثال زد.

تاریخچه تولید لوله

تاریخ استفاده از لوله به هزاران سال پیش بازمیگردد. شاید کشاورزان باستان اولین کسانی بوده اند که برای انتقال آب جوی ها و نهرها به زمین هایشان از لوله ها استفاده کرده اند. شواهد باستان شناسی نشان می دهد که چینی ها 2000 سال قبل از میلاد مسیح برای انتقال آب به مناطق موردنظر از نی بعنوان لوله استفاده می کرده اند. همچنین در برخی تمدن های دیگر لوله های سفالی کشف شده اند. اولین لوله سربی در طول قرن اول میلادی در اروپا ساخته شد. در مناطق استوایی از لوله بامبو (نی لوله) برای انتقال آب استفاده می شده است. استعمارگران آمریکا نیز برای ساخت لوله از چوب استفاده می کرده اند. اولین شبکه آبرسانی با کنده های تو خالی در سال 1652 در بوستون تاسیس شد.

اما روند توسعه لوله های امروزی از اوایل سده 19 آغاز شد. زمانی که در سال 1815 ویلیام مرداک سیستم چراغ های زغال سنگی را اختراع کرد و برای پوشش تمام شهر لندن با این چراغ ها وی لوله های تفنگ های دور ریخته شده را به هم متصل کرد. او یک سیستم لوله کشی برای انتقال گاز زغال سنگ بکار برد. از آنجایی که سیستم روشنایی او موفقیت آمیز بود، ساخت لوله های فلزی بلند تبدیل به یک نیاز اصلی شد. برای اینکه به اندازه کافی، لوله برای تامین نیاز ها ساخته شود، مخترعان زیادی روی توسعه و پیشرفت فرآیند ساخت لوله های جدید کار کردند. یکی از قابل توجه ترین روش های اولیه ساخت لوله که سریع و کم هزینه بود در سال 1824 توسط جیمز راسل اختراع شد. در این روش لوله ها با خم کردن دو لبه تسمه های فلزی و نزدیک کردن آنها به هم درست میشد. ابتدا به اندازه کافی حرارت داده میشد تا فلز کاملا انعطاف پذیر شود سپس با پتک لبه ها به هم چسبیده و در نهایت جوش میشدند. ولی یک سال پس از آن کاملیوس وایتهاوس روش بهتری برای ساخت لوله اختراع کرد. فرآیند جدید که butt-weld (جوشکاری لبالب) نام داشت و هم اکنون نیز معیار اصلی تولیدکننده های امروزی است، به این گونه بود که تسمه فولادی از دهانه یک مخروط عبور داده میشد تا لبه های آن خم شده و شکل دوار به خود بگیرد. و در نهایت محل برخورد این لبه ها با جوشکاری به هم متصل میشد. منتهی خط تولید انبوه لوله با این فرآیند ساخت، از سال 1832 در فیلادلفیا آمریکا آغاز شد. و رفته رفته توسعه های بعدی نیز بر مبنای روش وایتهاوس پیش رفت.

یکی از مهمترین نوآوری ها در سال 1911 توسط جان مون رقم خورد. او یک روش تولید پیوسته در خط تولید لوله پیشنهاد کرد که ساخت لوله ها بدون وقفه در جریان باشد. وی برای این منظور یک دستگاه ساخت که قادر به تولید انبوه لوله باشد.

پس از اینکه فرآیند ساخت لوله جوشی توسعه یافت، کم کم نیاز به لوله های بدون درز (مانیسمان) مطرح شد. لوله های بدون درز آنهایی هستند که درز پر شده با جوشکاری ندارند. اولین بار از طریق سوراخ کردن قسمت میانی یک میله استوانه ای ساخته شدند. این روش در اواخر قرن 19 اختراع شد. این نوع لوله ها برای بدنه دوچرخه ها فوق العاده بودند زیرا سبک و دارای جداره نازک و در عین حال مستحکم بودند. در سال 1895 اولین خط تولید لوله های مانیسمان شروع به کار کرد.  از آنجایی که تولید دوچرخه جای خود را به تولید خودرو داده است، ولی لوله های بدون درز همچنان در خطوط انتقال نفت و بنزین مورد استفاده هستند. و هر چه مصرف نفت بیشتر می شد مصرف این لوله ها نیز افزایش می یافت.

اوایل 1840 آهنگر ها از قبل توان ساخت لوله های بدون درز را داشتند. در یکی از روش ها وسط یک شمش گرد سوراخ میشد. سپس به این شمش حرارت داده میشد و سطح آن صیقل و برش میخورد تا به شکل لوله درآید. اما این روش چندان کارآمد نبود زیرا ایجاد سوراخ دقیقا در مرکز شمش میله ای کار ساده ای نبود و منجر به ساخت لوله ای ناهمگون میشد که در برخی از قسمت ها جداره لوله ضخیم تر از سایر قسمت ها بدست می آمد. در سال 1888 یک روش پیشرفته به ثبت رسید که طی آن در تهیه شمش، یک هسته آجری نسوز در مرکز قالب بکار میبردند و پس از ریخته گری و خنک شدن، آنرا جدا میکنند. به این ترتیب این روش جایگزین روشهای قبلی شد.

طراحی لوله

از نظر طراحی دو نوع لوله وجود دارد که یک نوع آن بدون درز و نوع دیگر دارای درزهای پوشانده شده با جوشکاری است که در طول لوله ادامه دارد. هر دونوع کاربردهای گوناگونی دارند. لوله های بدون درز اکثرا سبک وزن و جدار نازک اند.  و در ساخت دوچرخه و انتقال مایعات مورد استفاده قرار میگیرند. لوله های درز دار سنگین تر و صلب تر هستند. انطباق پذیری بهتری دارند و معمولا مستقیم هستند بیشتر برای انتقال گاز، سیم کشی و آبرسی ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند و معمولا در شرایطی بکار برده می شوند که فشار زیادی را متحمل نباشند.

لوله جوشی با نورد تسمه فولادی در بین گروهی از غلتک ها مقطعی دایره ای شکل بخود میگیرد. سپس با جوش الکتریکی لبه های آن به هم وصل می شود. این دستگاه درز بین دو لبه ی لوله را با جوشکاری پر میکند.

می توان در طول تولید مشخصات اصلی این لوله ها را کنترل کرد. برای مثال قطر لوله ها براساس کاربردشان تعیین می شوند. همچنین ضخامت جداره آنها نیز می تواند کنترل شود. نوع فولاد نیز در مقاومت و انعطاف پذیری لوله ها موثر می باشد. و سایر مشخصات قابل کنترل عبارتند از طول، مواد پوششی و انتهای لوله ها.

مواد خام مورد استفاده در تولید لوله

ماده اولیه تولید لوله، فولاد است، فولاد نیز از آهن بدست می آید. ممکن است آلیاژهای دیگری، شامل آلومینیوم، منگنز، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم و زیرکونیوم نیز بکار برده شوند. برخی از مواد تکمیلی مانند رنگ، ممکن است در طول تولید مورد استفاده قرار بگیرند. معمولا در انتهای خط تولید کمی روغن به لوله های فولادی افزوده می شود تا از آن محافظت کند. ولی در یکی از مراحل تولید با اسید سولفوریک لوله پاک می شود.

پروسه تولید

لوله های فولادی از دو پروسه متفاوت بدست می آیند که روش کلی تولید برای هر دو پروسه شامل سه مرحله است؛ در مرحله اول فولاد خام به یک شکل کاربردی تبدیل می شود، سپس در مراحل پیوسته یا نیمه پیوسته تولید، شکل لوله به خود میگیرد. در نهایت برش خورده و تغییراتی طبق نیاز مشتری پیدا میکند.

تولید شمش (ingot)

1- فولاد مذاب از ذوب کردن سنگ آهن و کک در کوره تولید می شود، سپس بیشتر کربن آن با افزودن اکسیژن به مایع مذاب، زدوده می شود. فولاد مذاب به داخل قالب های آهنی با جداره های ضخیم جریان می یابد که از سرد شدن آن در این قالب ها شمش بدست می آید.

2- برای تولید محصولات تخت مانند ورق ها و یا محصولات بلند مانند میلگردها و میله ها، با غلتک های بزرگ فشار های زیادی به شمش ها اعمال می کنند.

تولید شمشه (Bloom) و تختال (Slab)

3- برای تولید بلوم یا شمشه، شمش (اینگت) را از بیین دو غلتک بزرگ فولادی عبور می دهند که به این نوع آرایش، نورد دو طبقه ای نیز می گویند. در برخی از موارد از نورد سه طبقه ای نیز استفاده میکنند مانند آنچه در تصویر مشاهده میکنید. غلتک ها به گونه ای تنظیم می شوند که عمق شیار آنها مشخص باشد و در خلاف جهت هم حرکت کنند. این عمل باعث فشردگی و کشش فولاد شده و منجر به ایجاد قطعه های نازک تر و دراز تر می شود. جهت حرکت غلتک ها توسط تکنیسین ها مدام معکوس می شوند تا به ضخامت و طول مورد نظر دست یابند.  و این حرکات رفت و برگشتی تا جایی ادامه می یابد که ابعاد مقطع در کل طول قطعه همسان شود.

4- شمش ها ممکن است طی عملیات مشابه با تهیه بلوم، تا جایی نورد شوند که تبدیل به تختال (Slab) شوند. با این تفاوت که غلتک هایی هم در طرفین تعبیه میشوند تا عرض آن را کنترل کنند. وقتی فولاد به فرم موردنظر درآمد دو انتهای آن را برش می دهند و بلوم ها و اسلب ها به قطعات کوچک تر تقسیم می شوند.

پردازش بیشتر

5- بلوم (شمشه) دستخوش عملیات بیشتری قرار می گیرد تا در نهایت لوله ساخته شود. بلوم ها با عبور از غلتک های بیشتر نازک تر و طولانی تر شده و تبدیل به بیلت می شوند. توسط ابزارهایی بنام برش پروازی، بیلت های در حال حرکت را برش می زنند این کار باعث می شود بدون اینکه وقفه ای در روند تولید پیش بیاید، بیلت ها آماده شوند. این بیلت ها مناسب برای تهیه لوله های بدون درز هستند.

6- برای ساخت اسلب نیز ابتدا به آنها 2200 درجه فارنهایت معادل 1204 درجه سانتیگراد حرارت می دهند. که این عمل باعث ایجاد پوشش اکسیدی در سطح اسلب می شود. سپس این پوشش با یک معیار دقیق همراه با اسپری فشار قوی آب برش داده می شود. اسلب ها در شرایط داغ (نورد گرم) از بین یک سری غلتک ها عبور کرده و به قطعات نازکی بنام اسکلپ تبدیل می شوند. این مسیر می تواند طولی به اندازه نیم مایل (حدود 800 متر) داشته باشد. اسلب با عبور از غلتک ها نازکتر و طویل تر می شود. پس از گذشت حدود 3 دقیقه یک اسلب با ضخامت 6 اینچ (15.2 سانتیمتر) به نواری نازک تبدیل می شود که طول آن تا 200 متر هم میرسد.

7- بعد از کش آمدن، فولاد پاکسازی می شود. این پروسه شامل عبور از یک سری تانک های شامل اسید سولفوریک می شود. در نهایت با آب سرد و گرم شست و شو داده شده، خشک می شود و سپس دور قرقره های بزرگی پیچیده شده و بصورت رول به خط تولید لوله فرستاده می شود.

ساخت لوله

8- اسکلپ و بیلت، هر دو برای ساخت لوله ها مورد استفاده قرار میگیرند. اسکلپ برای ساخت لوله های جوشی تولید می شود. اسکلپ های رول ابتدا داخل دستگاهی قرار میگیرند که همزمان با اعمال حرارت رول اسکلپ را باز می کند. سپس از یک سری غلتک های شیاردار عبور می کند که موجب انحنا برداشتن و نزدیک شدن لبه های آن به هم می شود. و به این صورت فرم لوله های جوشی شکل می گیرد.

9- سپس این قطعات از زیر جوش الکترود رد می شوند. این دستگاه درز بین دو لبه را بهم جوش زده و آنرا می پوشاند. در مرحله بعد لوله جوشکاری شده توسط غلتک هایی تحت فشار قرار میگیرد تا جوش آن محکم شود. در نهایت برای رسیدن به طول و ابعاد مورد نظر برای اقدامات بعدی، برش می خورد. لوله های جوشی طی یک پروسه پیوسته ساخته می شوند و بسته به سایز آنها می توان تا 1100 فوت (335.3 متر) در هر دقیقه تولید کرد.

10- اما برای تولید لوله های بدون درز (لوله مانیسمان) از بیلت های با مقطع چهارگوش استفاده می شود. که آنها را ذوب  کرده و به شکل استوانه ای در می آورند. سپس استوانه را در کوره تحت حرارت بالایی قرار می دهند و آنرا تحت فشار بالا نورد می کنند. این فشار بالا موجب کش آمدن و افزایش طول بیلت شده و [با فشار مندرل] حفره ای در مرکز آن شکل میگیرد. از آنجایی که این حفره شکل منظمی ندارد سمبه فشنگی شکل(مندرل) داخل حفره باقی می ماند تا در ادامه ی نورد، لوله به فرم منظم درآید اگرچه هنوز هم ممکن است ضخامت و شکل نامنظم باشد که برای اصلاح آن مجددا از بین یک سری غلتک ها عبور داده می شود.

لوله مانیسمان با حرارت دادن و ذوب کردن بیلت ها و تبدیل آنها به شکل استوانه ای بوجود می آید. سپس تا وقتی که به شکل ایده آل درآید، از بین غلتک های متوالی عبور میکند. و برای اینکه شکل دایره ای آن حفظ شود سمبه فشنگی شکل (مندرل) در طول مسیر غلتکها داخل آن باقی می ماند 

فرآیند نهایی

11- بعد از اینکه لوله ها ساخته شدند از میان دستگاه هموار کننده عبور میکنند. ممکن است دو یا چند لوله نیز با استفاده از اتصالاتی به هم وصل شوند. رایج ترین نوع اتصالات برای لوله های با ابعاد کوچک استفاده از بست ها است. همچنین لوله ها به دستگاه اندازه گیری فرستاده می شوند و این اطلاعات همراه با سایر مشخصات کیفی بر روی لوله ها درج می شود. سپس لوله ها با روغن محافظتی سبکی پوشانده می شوند معمولا اکثر لوله ها با گالوانیزه شدن یا پوششی از فلز روی، در برابر زنگ زدگی مقاوم می شوند. و یا بسته به نوع کاربردشان، رنگ و سایر پوشش ها نیز بکار می رود.

کنترل کیفیت

در این مرحله آزمایش های زیادی بر روی لوله ها انجام می شود تا از بر آورده کردن انتظارات توسط آنها اطمینان حاصل کرد. برای مثال با گیج های پرتوی ایکس ضخامت آنرا کنترل می کنند. گیج با دو اشعه ایکس کار می کند. یکی از آنها با قطعه ای که ضخامت آن مشخص است تنظیم می شود و دیگری بر مبنای آن، ضخامت لوله ای که از خط تولید آمده را کنترل می کند. اگر اختلافی بین این دو وجود داشته باشد گیج بطور خودکار لوله را به سمت غلتک های اصلاح کننده میفرستد.

در پایان نیز مجددا لوله ها توسط ابزارهای خاصی بازرسی می شوند. یکی از این ابزارها لوله را پر از آب می کند و فشار آنرا افزایش می دهد تا مشخص شود لوله مقاوم است یا خیر. در صورت بروز هر عیبی بعنوان ضایعات از رده خارج می شود.

ترجمه اختصاصی از سایت madehow

نظرات کاربران

    برای گذاشتن نظر لطفا لاگین کنید. ورود به سایت