لوله و اتصالات و شیرآلات فولادی درزدار، مانیسمان و اسپیرال

فولاد از آلیاژ آهن و کربن ساخته میشود و با توجه به قیمت آن یکی از بهترین مواد اولیه برای تولید لوله و اتصالات است

لوله فلزی از جنس آلیاژ فولاد که شامل آهن و درصد های متفاوت کربن هستند

لوله فولادی

لوله های کربن استیل 12 اینچی
لوله های کربن استیل 12 اینچی

لوله های فولادی لوله های توخالی و درازی هستند که برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها با دو روش مجزا تولید می شوند که منجر به تولید لوله درزدار جوشی شده یا بدون درز (در اصطلاح بازار لوله مانیسمان) می شود. در هر دو روش ، ابتدا فولاد خام به شکل کارآمدتری ریخته می شود. سپس با کشش فولاد به داخل لوله مانیسمان یا فشردن لبه ها به داخل لوله و آب بندی آنها با جوش ، در داخل لوله ساخته می شود.

اولین روش های تولید لوله های فولادی در اوایل دهه 1800 معرفی شد و آنها به طور پیوسته در فرآیندهای مدرن که امروزه از آنها استفاده می کنیم ، تکامل یافته اند. هر ساله میلیون ها تن لوله فولادی تولید می شود. تطبیق پذیری آن باعث می شود که بیشترین محصول مورد استفاده در صنعت فولاد باشد.

لوله های فولادی در جاهای مختلف یافت می شوند. از آنجا که استحکام خوبی دارند ، برای حمل و نقل آب و گاز در سطح شهرها استفاده می شوند. آنها همچنین در حفاظت از سیم های برقی در ساخت و ساز به کار می روند. در حالی که لوله های فولادی قوی هستند ، اما می توانند سبک باشند. این امر آنها را برای استفاده در ساخت قاب دوچرخه مناسب می کند. مکان های دیگری که مورد استفاده قرار می گیرند در خودرو ، واحد تبرید ، سیستم های گرمایشی و لوله کشی ، پرچم ها ، لامپ های خیابانی و دارو است.

لوله های استنلس استیل از فولاد ضد زنگ
لوله های استنلس استیل از فولاد ضد زنگ
تاریخچه لوله های فولادی

هزاران سال مردم از لوله ها استفاده کرده اند. شاید اولین استفاده توسط کشاورزان در قدیم بود که آب را از نهرها و رودخانه ها به مزارع خود منحرف می کردند. شواهد باستان شناسی نشان می دهد که چینی ها از اواخر سال 2000 قبل از میلاد برای انتقال آب به مناطق مورد نظر از نی به عنوان لوله  استفاده می کردند. لوله های خشتی که از دیگر تمدن های باستانی استفاده می شده اند کشف شده اند. 

در طول قرن اول میلادی ، اولین لوله های سربی در اروپا ساخته شدند. در کشورهای گرمسیری ، از لوله های بامبو برای انتقال آب استفاده می شد. آمریکایی ها در مناطق تحت استعمار خود از چوب برای همین منظور استفاده می کردند. در سال 1652 ، اولین آبراه آبی در بوستون با استفاده از درخت های توخالی ساخته شد.

لوله های فولادی گالوانیزه سرد
لوله های فولادی گالوانیزه سرد

توسعه لوله های فولادی جوش داده شده امروزی را می توان در اوایل دهه 1800 ردیابی کرد. در سال 1815 ، ویلیام مرداک سیستم لامپ های سوزان زغال سنگ را اختراع کرد. برای پوشش کل شهر لندن با این چراغ ها ، مرداک با بشکه هایی از تفنگ های توخالی زغال ها را منتقل کرد. وی برای انتقال گاز ذغال سنگ از این خط لوله مداوم استفاده کرد. هنگامی که سیستم روشنایی وی موفقیت آمیز شد ، تقاضای بیشتری برای لوله های فلزی طولانی ایجاد شد. برای تولید لوله های کافی برای پاسخگویی به این تقاضا ، انواع مخترعین در تلاش بودند تا مراحل جدید ساخت لوله را کار کنند.

یک روش قابل توجه اولیه برای تولید سریع لوله های فلزی با سرعت بالا و ارزان توسط جیمز راسل در سال 1824 ثبت اختراع شد. در روش وی ، لوله ها با پیوستن به لبه های مخالف نوار مسطح آهنی ایجاد شدند. این فلز ابتدا گرم می شود تا اینکه قابل انعطاف باشد. با استفاده از یک چکش ، لبه ها به هم وصل شده و جوش داده می شوند. لوله با عبور از طریق شیار و آسیاب نورد به مرحله ی تولید نهایی میرسد.

روش راسل مدت طولانی مورد استفاده قرار نگرفت زیرا در سال بعد از آن ، وایت هاوس روش بهتری برای ساخت لوله های فلزی ایجاد کرد. این فرآیند که فرآیند جوشکاری لب به لب نامیده می شود ، پایه و اساس روش های فعلی ساخت لوله است. در روش او ، ورق های نازک آهن گرم می شوند و از طریق دهانه مخروطی شکل کشیده می شوند. با عبور فلز از لبه باز ، لبه های آن پیچ خورده و شکل لوله ایجاد می شود. دو انتها با هم جوش داده می شوند تا ساخت  لوله به پایان برسد. اولین کارخانه تولیدی که از این فرآیند در ایالات متحده استفاده کرد در سال 1832 در فیلادلفیا افتتاح شد.

لوله های فولادی فلنج دار
لوله های فولادی فلنج دار

به تدریج پیشرفت هایی در روش وایت هاوس انجام شد. یکی از مهمترین نوآوری ها توسط جان مون در سال 1911 معرفی شد. وی پیشنهاد کرد که روش فرآیند مداوم است که در آن یک کارخانه تولید می تواند لوله را در یک جریان بی پایان تولید کند. او ماشین آلاتی را برای این منظور ساخت و بسیاری از تاسیسات تولید لوله آن را تصویب کردند.

در حالی که فرآیندهای لوله جوش خورده در حال توسعه بودند ، نیاز به لوله های مانیسمان (بدون درز) ایجاد شد. لوله های بدون درز آنهایی هستند که درز جوش داده شده ندارند. لوله مانیسمان ابتدا با حفر سوراخ در وسط یک استوانه جامد ساخته شدند. این روش در اواخر دهه 1800 توسعه یافته است. این نوع لوله ها برای قاب های دوچرخه مناسب هستند زیرا دیوارهای نازک دارند ، سبک وزن اما قوی هستند.

در سال 1895 ، اولین کارخانه تولید لوله های بدون درز ساخته شد. از آنجا که تولید دوچرخه جای خود را به تولید خودرو می داد ، هنوز هم لوله های بدون درز برای خطوط بنزین و نفت مورد نیاز بودند. با یافتن ذخایر نفتی بزرگتر ، این تقاضا حتی بیشتر شد. از اوایل سال 1840 ، آهنگرها می توانستند لوله های بدون درز تولید کنند.

لوله گالوانیزه گرم
لوله گالوانیزه گرم

در یک روش ، یک سوراخ از طریق یک فلز جامد ، به صورت گرد حفر شد. سپس شمش گرم شده و از طریق یک سری قالب کشیده شد که طول آن را به شکل لوله کشید. این روش ناکارآمد بود زیرا حفر سوراخ در مرکز دشوار بود. این امر باعث شده است که یک لوله ناهموار با ضخامت نامناسب و متفاوت با طرف دیگر ایجاد شود. در سال 1888 ، به یک روش پیشرفته حق ثبت اختراع اعطا شد. در این فرآیند مواد اولیه جامد در اطراف یک هسته آجری نسوز ریخته می شود. وقتی خنک شد ، آجر برداشته شد و یک سوراخ در وسط آن قرار می گیرد. از آن زمان تکنیک های غلتکی جدید جایگزین این روش ها شده اند.

انواع لوله های فولادی

دو نوع لوله فولادی وجود دارد ، یکی بدون درز یا لوله مانیسمان و دیگری با درز جوش داده یا درزدار جوشی. هر دو کاربردهای مختلفی دارند. لوله های یکپارچه به طور معمول وزن کمتری دارند و دارای دیوارهای نازک تری هستند. آنها برای دوچرخه ها و حمل مایعات مورد استفاده قرار می گیرند. لوله های درز دار سنگین تر و سفت تر هستند. از قوام بهتری برخوردار بوده و معمولاً محکم تر هستند. آنها برای مواردی مانند حمل و نقل بنزین ، مجرای برقی و لوله کشی استفاده می شوند. معمولاً در مواردی که لوله تحت فشار زیادی قرار نگیرد ، از آنها استفاده می شود.

لوله های فولادی درزدار و مانیسمان و لوله های استیل

لوله های انتقال گاز
لوله های انتقال گاز
  • لوله درزدار جوشی (درز مستقیم و اسپیرال)
  • لوله بدون درز یا مانیسمان

در حین تولید می توان برخی از مشخصات لوله را کنترل کرد. به عنوان مثال ، قطر لوله اغلب بسته به نحوه استفاده از آن اصلاح می شود. قطر می تواند از لوله های ریز که برای ساختن سوزن هایپودرمی استفاده می شود ، تا لوله های بزرگی که برای انتقال گاز در سطح شهر استفاده می شود ، باشد. ضخامت دیواره لوله نیز قابل کنترل است. اغلب نوع فولاد نیز در استحکام و انعطاف پذیری لوله تأثیر می گذارد. از دیگر خصوصیات قابل کنترل می توان به طول ، مواد پوشش دهی و پرداخت آن اشاره کرد.

مواد خام تولید لوله فولادی
لوله داربستی
لوله داربستی

ماده اولیه اولیه در تولید لوله از فولاد است. فولاد از جنس آهن است. سایر فلزات موجود در آلیاژ شامل آلومینیوم ، منگنز ، تیتانیوم ، تنگستن ، وانادیوم و زیرکونیوم است. بعضی از مواد دیگر نیز در طول تولید گاهی استفاده می شود. به عنوان مثال ، در صورت روکش لوله ، ممکن است از رنگ استفاده شود. به طور معمول ، مقدار کمی روغن در انتهای خط تولید روی لوله های فولادی اعمال می شود. این به محافظت از لوله کمک می کند. در حالی که در واقع بخشی از محصول نهایی نیست ، از اسید سولفوریک در یک مرحله ساخت برای تمیز کردن لوله استفاده می شود.

مراحل ساخت لوله های فولادی

لوله های فولادی با دو فرآیند متفاوت ساخته می شوند. روش تولید کلی برای هر دو فرآیند شامل سه مرحله است. اول ، فولاد خام به شکل کارآمدتری تبدیل می شود. در مرحله بعد ، لوله در یک خط تولید مداوم یا نیمه متقابل شکل می گیرد. سرانجام ، لوله برش داده شده و اصلاح می شود تا نیاز مشتری را برآورده سازد.

لوله های گالوانیزه تست شده انتقال آب
لوله های گالوانیزه تست شده انتقال آب
  1. فولاد مذاب با ذوب سنگ آهن و کک (ماده ای غنی از کربن حاصل می شود که در صورت عدم گرم شدن ذغال سنگ در صورت عدم گرم شدن هوا) در یک کوره قرار می گیرد و سپس با انفجار اکسیژن به داخل مایع ، بیشتر کربن را از بین می برد. سپس فولاد مذاب درون قالب های آهنی بزرگ و دیواره ای ضخیم ریخته می شود ، جایی که در آن شمش ها سرد می شود. به منظور تشکیل محصولات مسطح مانند بشقاب یا محصولات دراز مانند میله ، شمش ها بین غلطک های بزرگ تحت فشار زیاد شکل می گیرند.
  2. برای ایجاد blooms ، شمش از طریق یک جفت غلتک فلزی شیاردار که در آن جمع شده است عبور می کند. به این نوع غلتک ها "آسیاب دو طبقه" گفته می شود. در بعضی موارد از سه غلطک استفاده می شود. غلطک ها به گونه ای نصب شده اند که شیارهای آنها با هم هماهنگ هستند ، و در جهت های مخالف حرکت می کنند. این عمل باعث می شود فولاد فشرده شود و به قطعات باریک تر و طولانی تر کشیده شود. هنگامی که غلطک ها توسط انسان معکوس می شوند ، فولاد ساخت آن نازک تر و طولانی تر خواهد داشت. این روند تا زمانی که فولاد به شکل دلخواه برسد ، تکرار می شود. در طی این فرآیند ، ماشین آلات موسوم به manipulators فولاد را می چرخانند تا هر طرف به طور مساوی پردازش شود.
  3. پروانه ممکن است در فرایندی که مشابه روند ساخت blooms است ، داخل صفحات بچرخد. فولاد از طریق یک جفت غلتک انباشته که آن را امتداد می دهد ، عبور می کند. با این وجود ، غلطک هایی نیز وجود دارد که در کنار آن نصب می شود تا عرض ورقه  ها را کنترل کند. هنگامی که فولاد شکل دلخواه را بدست آورد ، انتهای ناهموار قطع می شود و صفحات یا شکافها به قطعات کوتاه تر بریده می شوند.
  4. شکوفه ها معمولاً قبل از ساختن لوله ها ، بیشتر مورد پردازش قرار می گیرند. شکوفه ها با قرار دادن وسایل بیشتر دستگاه های نورد که باعث طولانی تر و باریک تر شدن آنها می شوند به شکاف تبدیل می شوند. شمش ها توسط دستگاه های معروف به قیچی پرواز بریده می شوند. اینها یک جفت قیچی هماهنگ هستند که آن را برش می دهند. این اجازه می دهد تا بدون جلوگیری از روند تولید ، کاهش دهنده های کارآمد کاهش یابد. این بیل ها انباشته شده و در نهایت به لوله ای بدون درز تبدیل می شوند.
  5. بر روی ورقه ها نیز دوباره کار می شود. برای ایجاد انعطاف پذیری ، ابتدا در دمای 2200 درجه فارنهایت گرم می شوند. این باعث می شود که یک پوشش اکسید روی سطح ورقه شکل بگیرد. این پوشش با دستگاه شکن مقیاس و اسپری آب فشار بالا شکسته می شود. سپس ورقه ها از طریق یک سری غلطک ها روی آسیاب داغ فرستاده شده و نوارهای باریک و استیل به نام skelp ساخته می شوند. این آسیاب می تواند به اندازه نیم مایل باشد. هرچه ورقه ها از غلطک ها عبور می کنند ، نازک تر و طولانی تر می شوند. در طول حدود سه دقیقه ، یک تخته از یک قطعه فولادی ضخیم 6 اینچ (15.2 سانتی متر) به یک نوار استیل نازک تبدیل می شود که می تواند طول آن یک چهارم مایل باشد.
  6. بعد از کشش ، فولاد pickled ( قرار گرفتن در اسید) می شود. این فرایند شامل اجرای آن از طریق یک سری مخازن است که حاوی اسید سولفوریک برای تمیز کردن فلز هستند. برای پرداخت ، آن را با آب سرد و گرم شستشو داده ، خشک کرده و سپس روی قرقره های بزرگ چرخانده و برای حمل و نقل به محل ساخت لوله بسته بندی می شود.
  7. از skelp و billet برای ساخت لوله استفاده می شود. Skelp در لوله جوش داده شده ساخته می شود. این بار برای اولین بار بر روی دستگاه سوزاندن قرار می گیرد. از آنجایی که قرقره فولاد بی سیم است ، گرم می شود. سپس فولاد از طریق یک سری غلتک های شیار دار عبور داده می شود. از آنجا که عبور می کند ، غلطک ها باعث می شوند که لبه های skelp به هم پیچیده شوند. این یک لوله بدون جوش خوردگی را تشکیل می دهد.
  8. فولاد بعدی با جوشکاری الکترودها عبور می کند. این دستگاه ها دو انتهای لوله را به هم می زنند. درز جوش داده شده از طریق غلتک فشار قوی عبور می کند که به ایجاد جوش محکم کمک می کند. سپس لوله به طول دلخواه بریده شده و برای پردازش بیشتر انباشته می شود. لوله فولادی جوش داده شده یک فرایند مداوم است و بسته به اندازه لوله ، می توان آن را به سرعت 1100 فوت (335.3 متر) در دقیقه انجام داد.
  9. در صورت نیاز به لوله بدون درز ، از سطوح مربع برای تولید استفاده می شود. آنها گرم شده و قالب ریزی می شوند تا یک شکل استوانه ای شکل بگیرند که به آن مدور(round) نیز گفته می شود. سپس مدور را در کوره ای قرار می دهیم که در آن گرم شود. دایره گرم شده با فشار زیاد چرخانده می شود. این غلتک فشار زیاد باعث کشیدگی سطح و ایجاد سوراخی در مرکز می شود. از آنجا که این سوراخ به طور نامنظم شکل می گیرد ، یک نقطه سوراخ به شکل گلوله به محض چرخیدن ، از وسط شمش فشار می یابد. پس از مرحله سوراخ کردن ، لوله هنوز هم ممکن است ضخامت و شکل نامنظم داشته باشد. برای تصحیح این موضوع از سری دیگری از کارخانه های نورد عبور می کند.
  10. پس از ساخت هر نوع لوله ، آنها را می توان داخل دستگاه صاف کننده قرار داد. آنها همچنین ممکن است به اتصالات مجهز شوند تا دو یا چند قطعه لوله به یکدیگر متصل شوند. متداول ترین نوع اتصالات برای لوله هایی با قطر کوچکتر ، شیارهای محکم است که به انتهای لوله بریده می شوند. همچنین لوله ها از طریق دستگاه اندازه گیری ارسال می شوند. این اطلاعات به همراه سایر داده های کنترل کیفیت به طور خودکار روی لوله اعمال می شوند. سپس روی لوله پوشش سبک روغن محافظ پاشیده می شود. بیشتر لوله ها به طور معمول برای جلوگیری از زنگ زدگی آن پردازش می شوند. این کار با گالوانیزه کردن آن یا دادن پوشش روی به آن انجام می شود. بسته به نوع استفاده از لوله ، ممکن است از رنگهای دیگر یا روکش استفاده شود.

کنترل کیفیت

اقدامات مختلفی برای اطمینان از مطابقت لوله فولادی با مشخصات انجام می شود. به عنوان مثال ، از سنج های  اشعه ایکس برای تنظیم ضخامت فولاد استفاده می شود. سنجها با استفاده از دو پرتوی x کار می کنند. یک پرتو فولادی با ضخامت شناخته شده هدایت می شود. مورد دیگر روی فولاد عبوری در خط تولید است. در صورت وجود واریانس بین دو پرت ، سنج به طور خودکار باعث تغییر اندازه غلطک ها برای جبران می شود. البته این شامل لوله های فولادی و لوله استیل از جنس فولاد ضد زنگ هستند.

همچنین در پایان فرآیند لوله ها برای نقایص بررسی می شوند. یکی از روش های آزمایش لوله استفاده از دستگاه مخصوص است. این دستگاه لوله را با آب پر می کند و فشار را افزایش می دهد تا ببیند که آن را نگه می دارد یا خیر. لوله های معیوب برای ضایعات بازگردانده می شوند.