اقسام لوله فولادی
روش های مختلفی برای تولید لوله فولادی وجود دارد. معمولاً این لوله ها طبق روشی که برای تولید آنها به کار گرفته میشود به دو دسته کلی درزدار یا جوشی (Welded ) و بدون درز یا مانیسمان ( Seamless ) تقسیم می شوند.
لوله های فولادی درزدار ( جوشی ) از شکل دهی ورق های فولادی به شکل لوله و جوش لبه ی ورق ها به هم تولید میشوند. اما لوله فولادی بدون درز ( مانیسمان ) معمولاً به روش سنبه کاری چرخشی از میلگردهای گداخته تولید می شوند و هیچگونه درز جوشی بر روی بدنه آنها وجود ندارد.
به همین دلیل نیز استحکام و کیفیت ساخت آنها از لوله های فولادی درزدار ( جوشی ) بالاتر است. روش های ساخت و تولید لوله، مصارف و کاربرد روش های ساخت و تولید لوله به دو دسته تقسیم می شود که ادامه توضیح خواهیم داد. با ما همراه باشید.
A) لوله های بدون درز
این نوع لوله ها که از قطر خارجی کوچک و دقت بالا، کیفیت خوب و کارایی مناسب و ایمن برخوردار هستند و از نظر جنس شامل لوله های فولادی متداول، لوله آلیاژ، لوله استنلس استیل و غیره بوده و در صنایع آب، نفت، گاز، پتروشیمی، جداره چاه های نفت، صنایع خودرو سازی، هوا فضا و غیره مصرف می گردند.
اساساً به روش های زیر تولید می شوند:
۱- تولید لوله از بیلت : در این حالت شمش مبنای تولید لوله پس از گرم شدن تا درجه حرارت تعریف شده، در قالب مربوطه قرار گرفته و یک سنبه از مرکز آن شلیک می گردد تا لوله مورد نظر حاصل شود. پس از تولید، این نوع لوله ها در کوره های مخصوص، تحت عملیات حرارتی و تنش گیری قرار می‌گیرند.
۲- تولید لوله به صورت ریخته‌گری گریز از مرکز: در این روش ذوب، لوله در مجموعه گریز از مرکز ریخته شده و پس از شکل گیری، از قالب مربوطه تخلیه می گردد.
B) لوله های درز دار
این نوع لوله ها که از اقطار کوچک تا بزرگ تولید می گردند برای موارد مختلف مانند: خطوط انتقال آب، نفت، گاز و پتروشیمی • پایه اسکله و پل • ستون ساختمان، نرده و مبل • کشتی سازی، معدن و تونل مصرف شده و با استفاده از ورق و فرم دهی و جوشکاری تولید می شوند.
مهم ترین نوع لوله فولادی:
- لوله های API 5L
- لوله های ASTM A106
- ASTM A179لوله های
- لوله های AWWA C200
- لوله های DIN 2440 , 2441
- لوله های ASTM A333
- لوله هایASTMA53
تفاوت لوله سیاه درزدار و بدون درز
فشار کاری ASME ( انجمن مهندسان مکانیک آمریکا) لوله فولادی بدون درز در مقایسه با لوله فولادی درزدار، با همان مواد و اندازه، به دلیل عدم داشتن درز جوش، 20٪ بیشتر است. در لوله فولادی درزدار و کشیده شده نیز، درز قابل مشاهده ای وجود دارد که ممکن است برای کاربران نهایی نگران کننده باشد.
یکی دیگر از مزایای این لوله، این است که می‍تواند مقاومت به خوردگی بالایی را ارائه دهد؛ زیرا پتانسیل کمی برای ناخالصی ها دارد. در لوله های فولادی درزدار، احتمال بروز عیوب و اختلاف در چکش خواری و انعطاف پذیری در محل های درز وجود دارد، که استفاده از لوله فولادی بدون درز از این مشکل جلوگیری می‍کند. این لوله، بر خلاف لوله های درزدار، به تست جوش و درستی آن نیاز ندارند. بنابراین، اغلب برای کاربردهای بحرانی مناسب‍تر است.
فرآیند قالب گیری
1 . لوله های فولادی درزدار جوش داده میشود، توسط نوار استیل باریک فولاد برش داده میشود، و سپس با قالب‍گیری سرد، به یک شکل لوله‍ای پیچیده میشود. ابتدا جوشکاری مخصوص و سپس جوش درز لوله انجام میشود. محل جوش بیرونی کاملا پولیش و صیقل داده میشود؛ تا در انتها، هیچ برآمدگی روی آن وجود نداشته باشد.
2 . لوله فولادی بدون درز، از طریق کشش گرم قالب استوانه‍ای انجام میشود، بنابراین نمی‍توانید هیچ درزی را در آن ببینید.
تفاوت ظاهری لوله درزدار و بدون درز
ماده اولیه تولید انواع لوله فولادی بدون درز، شمش فولادی (billet) است. عیوب سطح بیرونی شمش با فرآیند نورد گرم از بین نمی‍رود ، تنها پس از اتمام ساخت محصول پولیش میشود و جلا می‍یابد. لازم به ذکر است که در روند کاهش دیواره، این عیب فقط می‍تواند تا حدی از بین برود.
مواد اولیه لوله فولادی درزدار، کویل نورد گرم است، کیفیت سطح کویل، معیار کیفیت سطح لوله است؛ و قابلیت کنترل آسان دارد. لازم به ذکر است که سطح کویل نورد گرم، از کیفیت بالایی برخوردار است. بنابراین، کیفیت سطح لوله فولادی درزدار، بسیار بهتر از لوله فولادی بدون درز است.
کارایی و کاربرد
لوله فولادی بدون درز، استحکام بالاتری دارد. همچنین لوله های فولادی درزدار می‍توانند 20٪ فشار کار کمتری نسبت به لوله های بدون درز تحمل کنند.
جوشکاری
این دو لوله، در ترکیب شیمیایی تفاوت خاصی دارند. تولید اجزای فولادی بدون درز، فقط با مقررات اصلی ASTM انجام میشود. این لوله، باید با ترکیب شیمیایی مناسب برای جوشکاری تولید شود. به عنوان مثال، سیلیکون، گوگرد، منگنز، اکسیژن و مثلث فریت و سایر عناصر را می‍توان با نسبت معینی مخلوط کرد تا در فرآیند جوشکاری، انتقال حرارت جوش آسان شود، به طوری که به تمامی درزها نفوذ کند. عدم وجود ترکیبات شیمیایی فوق در لوله بدون درز، در فرآیند جوشکاری؛ عوامل مختلف ناپایداری را ایجاد می‍کند که درنتیجه جوشکاری را سخت و غیر قابل نفوذ می‍کند.
اندازه دانه
معمولاً اندازه دانه فلز وابسته به دمای عملیات حرارتی است و در یک زمان با درجه حرارت معین، اندازه ها با هم برابر است. بنابراین، اندازه دانه در این دو لوله فولادی آنیل شده یکسان است. اندازه دانه در لوله شکاف‍دار، با حداقل عملیات سرد کردن، کوچکتر از فولاد درزدار است؛ در غیر این صورت اندازه دانه در هر دو یکسان است.
اکثر تولید کنندگان لوله های فولادی بدون درز در چین ، اندازه اصلی لوله را حداکثر 20 اینچ، 508 میلی متر تولید می‍کنند. در برخی جاهای دیگر به دلیل محدودیت تجهیزات، معمولاً کمتر از 16 اینچ، 406.4 میلی متر است. و اگر مشتری مایل است این لوله را بیش از اندازه‍های بالا خریداری کند، از ماشینکاری با انبساط گرم استفاده میشود. اما معمولاً کیفیت این نوع لوله را نمی‍توان با کیفیت لوله بدون درز اصلی مقایسه کرد. در مقابل، لوله های درزدار این محدودیت ها را ندارند، اندازه های موجود از 1-1/2 inch تا 100 اینچ در دسترس است.
تفاوت لوله درزدار و بدون درز از نظر استحکام
استحکام لوله، به ترکیب آلیاژ بستگی دارد. اگر ترکیب آلیاژ و عملیات حرارتی در هر دو لوله یکسان باشد؛ در اصل از نظر استحکام نیز یکسان هستند. پس از تست کششی و آزمایش لرزش سه بعدی، در لوله های جوش خورده، تقریباً به طور انحصاری و در مکانی دور از محل جوش یا مناطق گرم شده، یک شکاف اتفاق می‍افتد. این امر، به این دلیل است که ناخالصی‍های جوش، کمتر و میزان نیتروژن بیشتر است؛ و بنابراین مقاومت جوش در سایر قسمت‍ها بهتر است. انجمن مخازن تحت فشار و دیگ بخار ASME، براین باور است که اگرچه یک لوله شکاف‍دار تنها می‍تواند 85٪ از فشار مجاز را تحمل کند، اما امروزه عمدتا به دلیل جمع آوری اطلاعات در تجهیزات جوشکاری در حال استفاده، بهبود یافته است.
مقاومت در برابر خوردگی
مقاومت در برابر خوردگی، خوب یا بد نیز بسته به ترکیب آلیاژ متفاوت است. این دو لوله با همان ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی یکسانی دارند. ASTM با ارائه تست تکمیلی می تواند ثابت کند مقاومت در برابر خوردگی جوش برابر یا بهتر از فلز جوش داده شده است. عملیات حرارتی پس از جوشکاری برای لوله درزدار ناقص در محیط کلرید اسیدی، باعث تسریع خوردگی میشود. در واقع، محیط آنها چندان بد نیست و فقط به تست خوردگی نیاز دارد.
خمش و انبساط
گسترش جوشکاری در آزمایش‍های زیر با تأیید ASTM مشخص میشود: ابتدا 45 درجه و سپس 90 درجه خم شود و بعد در امتداد جوش لوله درزدار صاف شود و مراحل فوق دوباره تکرار شود. سپس طوری چرخانده شود؛ که قطر خم، بیشتر از 180 درجه باشد. استانداردهای کیفیت جوش اتخاذ شده توسط پارگی یا جدایی بین دانه‍ای، در مورد بزرگنمایی 40 برابر مجاز نیست. شعاع خمش لوله با ترکیب آلیاژ، حداقل شعاع خم برای d2 کنترل میشود. جوشکاری درز در شرایط خنثی یا حالت فشرده انجام میشود. علاوه بر این ، برای کاهش سختی لوله، باید آن را آنیل کرد و از این طریق، عملکرد خمش را بهبود بخشید.
تفاوت هزینه و قیمت لوله درزدار و بدون درز
به دلیل قیمت مواد اولیه ، تجهیزات و فرآیندهای تولیدی معمولاً قیمت لوله مانیسمان ، بیشتر از لوله های فولادی درزدار است. اما گاهی اوقات با فشار بازار، لوله درزدار گران‍تر است. بنابراین اگر با این وضعیت روبرو شدید، از خرید لوله مانیسمان با همان ابعاد دریغ نکنید.
قطر و ضخامت دیواره
ضخامت و قطر لوله های کوچک با دیواره نازک، ترجیحا با فرایند جوشکاری انجام میشود. ضخامت و قطر لوله بزرگ با دیوار ضخیم، به بهترین وجه با روش قالب زنی ساخته میشود. بنابراین:
- از آنجا که یک لوله بدون درز اندازه های ایمنی بیشتری را ارائه می‍دهد، از یک لوله درزدار گران‍تر است.
- طول لوله فولادی بدون درز نسبتاً کوتاه است، در حالی که می‍توان لوله های درزدار را با طول زیاد تولید کرد.
- لوله مانیسمان معمولاً هیچ نشانه‍ای از خوردگی را نشان نمی‍دهد تا زمانی که در معرض محیطی بسیار خورنده قرار گیرد، در حالی که منطقه جوش در لوله درزدار بسیار در معرض حملات خوردگی است.
- منطقه جوش داده شده به عنوان یک منطقه ناهمگن در نظر گرفته میشود، بنابراین دارای خاصیت انعطاف پذیری متفاوت و مقاومت در برابر خوردگی کمتر و همچنین تغییرات ابعادی بیشتر است.
- لوله استیل بدون درز، مشکلات این چنینی را از بین برده و در نتیجه از مقاومت در برابر خوردگی بالایی برخوردار است.