الأنابيب الفولاذية عبارة عن أنابيب طويلة مجوفة تُستخدم لأغراض متنوعة. تُنتج بطريقتين مختلفتين، إما أنبوبًا ملحومًا أو أنبوبًا غير ملحوم. في كلتا الطريقتين، يُصبّ الفولاذ الخام أولًا في شكل أولي أكثر قابلية للتشكيل. ثم يُصنع منه أنبوب عن طريق شدّه ليصبح أنبوبًا غير ملحوم أو عن طريق إجبار حوافه على الالتحام وإغلاقها باللحام. ظهرت أولى طرق إنتاج الأنابيب الفولاذية في أوائل القرن التاسع عشر، وتطورت تدريجيًا حتى وصلت إلى العمليات الحديثة التي نستخدمها اليوم. تُنتج ملايين الأطنان من الأنابيب الفولاذية سنويًا. وتجعلها تعدد استخداماتها المنتج الأكثر استخدامًا في صناعة الصلب.
تاريخ
استخدم الناس الأنابيب لآلاف السنين. ولعل أول استخدام لها كان من قِبل المزارعين القدماء الذين حوّلوا المياه من الجداول والأنهار إلى حقولهم. وتشير الأدلة الأثرية إلى أن الصينيين استخدموا أنابيب القصب لنقل المياه إلى المواقع المطلوبة منذ عام 2000 قبل الميلاد. كما اكتُشفت أنابيب طينية استخدمتها حضارات قديمة أخرى. وخلال القرن الأول الميلادي، بُنيت أول أنابيب الرصاص في أوروبا. وفي البلدان الاستوائية، استُخدمت أنابيب الخيزران لنقل المياه. واستخدم الأمريكيون المستعمرون الخشب لغرض مماثل. وفي عام 1652، بُنيت أول محطة مياه في بوسطن باستخدام جذوع الأشجار المجوفة.
يُشكَّل الأنبوب الملحوم بتدحرج شرائح فولاذية عبر سلسلة من البكرات المُخَدَّدة التي تُشكِّل المادة على شكل دائري. بعد ذلك، يمر الأنبوب غير الملحوم عبر أقطاب اللحام. تُغلِق هذه الأجهزة طرفي الأنبوب معًا.
منذ عام ١٨٤٠، كان عمال الحديد قادرين على إنتاج الأنابيب غير الملحومة. في إحدى هذه الطرق، كان يتم حفر ثقب في كتلة معدنية صلبة مستديرة. ثم تُسخّن الكتلة وتُسحب عبر سلسلة من القوالب التي تُطيلها لتشكيل أنبوب. لم تكن هذه الطريقة فعّالة لصعوبة حفر الثقب في المنتصف، مما أدى إلى أنبوب غير مستوٍ، حيث يكون أحد جانبيه أكثر سمكًا من الآخر. في عام ١٨٨٨، مُنحت براءة اختراع لطريقة مُحسّنة. في هذه العملية، كان يُصبّ الكتلة المعدنية الصلبة حول لب من الطوب المقاوم للحريق. عند تبريده، يُزال الطوب تاركًا ثقبًا في المنتصف. ومنذ ذلك الحين، استُبدلت هذه الطرق بتقنيات جديدة لللفّ.
تصميم
هناك نوعان من الأنابيب الفولاذية: أحدهما بدون درزات، والآخر بدرزة لحام واحدة على طوله. لكل منهما استخدامات مختلفة. عادةً ما تكون الأنابيب بدون درزات أخف وزنًا وجدرانها أرق. تُستخدم في الدراجات الهوائية ونقل السوائل. أما الأنابيب الملحومة فهي أثقل وزنًا وأكثر صلابة، وتتميز بتماسك أفضل، وعادةً ما تكون أكثر استقامة. تُستخدم في مجالات مثل نقل الغاز، وتوصيلات الكهرباء، والسباكة. عادةً ما تُستخدم في الحالات التي لا يتعرض فيها الأنبوب لضغط كبير.
مواد خام
المادة الخام الأساسية في إنتاج الأنابيب هي الفولاذ. يتكون الفولاذ أساسًا من الحديد. قد تحتوي السبيكة على معادن أخرى، مثل الألومنيوم والمنغنيز والتيتانيوم والتنغستن والفاناديوم والزركونيوم. تُستخدم أحيانًا بعض مواد التشطيب أثناء الإنتاج، مثل الطلاء.
تُصنع الأنابيب غير الملحومة باستخدام عملية تسخين وتشكيل كتلة صلبة على شكل أسطواني، ثم لفها حتى تُمدد وتُفرغ. ونظرًا لعدم انتظام شكل المركز المجوف، تُدفع نقطة ثقب على شكل رصاصة عبر منتصف الكتلة أثناء لفها. تُستخدم هذه الطريقة إذا كان الأنبوب مطليًا. عادةً، تُوضع كمية قليلة من الزيت على الأنابيب الفولاذية في نهاية خط الإنتاج، مما يساعد على حمايتها. يُستخدم حمض الكبريتيك في إحدى خطوات التصنيع لتنظيف الأنبوب، على الرغم من أنه ليس جزءًا من المنتج النهائي.
عملية التصنيع
تُصنع أنابيب الصلب من خلال عمليتين مختلفتين. تتضمن طريقة الإنتاج العامة لكلتا العمليتين ثلاث خطوات. أولًا، يُحوّل الصلب الخام إلى شكل أكثر قابلية للتشكيل. ثانيًا، يُشكّل الأنبوب على خط إنتاج مستمر أو شبه مستمر. وأخيرًا، يُقطع الأنبوب ويُعدّل لتلبية احتياجات العميل. يستخدم بعض مصنعي أنابيب الصلب...آلة قطع الأنابيب بالليزرلقطع أو تفريغ الأنبوب مسبقًا لزيادة القدرة التنافسية للأنابيب
يُصنع الأنبوب غير الملحوم باستخدام عملية تسخين وتشكيل كتلة صلبة على شكل أسطواني، ثم لفها حتى تُشد وتُفرغ. ولأن الجزء المركزي المجوف غير منتظم الشكل، تُدفع نقطة ثقب على شكل رصاصة عبر منتصف الكتلة أثناء لفها.
إنتاج السبائك
يُصنع الفولاذ المصهور بصهر خام الحديد وفحم الكوك (مادة غنية بالكربون تنتج عند تسخين الفحم في غياب الهواء) في فرن، ثم يُزال معظم الكربون بنفخ الأكسجين في السائل. يُسكب الفولاذ المصهور بعد ذلك في قوالب حديدية كبيرة سميكة الجدران، حيث يُبرد ليتحول إلى سبائك.
2. من أجل تشكيل المنتجات المسطحة مثل الألواح والصفائح، أو المنتجات الطويلة مثل القضبان والقضبان، يتم تشكيل السبائك بين بكرات كبيرة تحت ضغط هائل. إنتاج البراعم والألواح
٣. لإنتاج التزجيج، تُمرَّر السبيكة عبر زوج من بكرات فولاذية مُخَدَّدة مُتراصة. تُسمى هذه البكرات "مطاحن ثنائية الارتفاع". في بعض الحالات، تُستخدم ثلاث بكرات. تُركَّب البكرات بحيث تتطابق أخاديدها، وتتحرك في اتجاهين متعاكسين. يؤدي هذا إلى ضغط الفولاذ ومدّه إلى قطع أرق وأطول. عندما يُعيد المُشغِّل تدوير البكرات، يُسحب الفولاذ للخلف ليصبح أرق وأطول. تُكرَّر هذه العملية حتى يصل الفولاذ إلى الشكل المطلوب. خلال هذه العملية، تُقلِّب آلات تُسمى "المناولات" الفولاذ بحيث تتم معالجة كل جانب بالتساوي.
٤. يمكن أيضًا دحرجة السبائك إلى ألواح بطريقة مشابهة لعملية تشكيل الصفائح. يمرر الفولاذ عبر زوج من البكرات المتراكبة لتمديده. كما توجد بكرات مثبتة على الجانب للتحكم في عرض الألواح. عندما يكتسب الفولاذ الشكل المطلوب، تُقطع الأطراف غير المتساوية وتُقطع الألواح أو الصفائح إلى قطع أقصر. معالجة إضافية
٥. عادةً ما تُعالَج القوالب المعدنية قبل تحويلها إلى أنابيب. تُحوَّل القوالب المعدنية إلى قضبان معدنية بوضعها في أجهزة درفلة إضافية، مما يجعلها أطول وأضيق. تُقطَّع القضبان المعدنية باستخدام مقصات طائرة، وهي عبارة عن مقصَّين متزامنين يتحركان جنبًا إلى جنب مع القضبان المعدنية المتحركة ويقطعانها. هذا يسمح بقطع فعّال دون توقف عملية التصنيع. تُرصَّ هذه القضبان المعدنية لتصبح في النهاية أنابيبًا ملحومة.
٦. تُعاد أيضًا معالجة الألواح. لجعلها قابلة للطرق، تُسخّن أولًا إلى ١٢٠٠ درجة فهرنهايت (١٢٠٤ درجات مئوية). يؤدي هذا إلى تكوّن طبقة أكسيد على سطح اللوح. تُكسر هذه الطبقة باستخدام كاسر قشور ورذاذ ماء عالي الضغط. ثم تُمرّر الألواح عبر سلسلة من البكرات في مطحنة ساخنة، وتُحوّل إلى شرائح رفيعة وضيقة من الفولاذ تُسمى سكلب. يمكن أن يصل طول هذه المطحنة إلى نصف ميل. مع مرور الألواح عبر البكرات، تصبح أرق وأطول. في غضون ثلاث دقائق تقريبًا، يمكن تحويل لوح واحد من قطعة فولاذية بسُمك ١٥.٢ سم (٦ بوصات) إلى شريط فولاذي رقيق يمكن أن يصل طوله إلى ربع ميل.
٧. بعد الشد، يُخلَّل الفولاذ. تتضمن هذه العملية تمريره عبر سلسلة من الخزانات التي تحتوي على حمض الكبريتيك لتنظيف المعدن. وللانتهاء، يُشطف بالماء البارد والساخن، ويُجفف، ثم يُلف على بكرات كبيرة ويُعبأ لنقله إلى مصنع تصنيع الأنابيب.
٨. يُستخدم كلٌّ من السكلب والسبائك في صناعة الأنابيب. يُحوّل السكلب إلى أنبوب ملحوم. يُوضع أولًا على آلة فكّ اللفائف. أثناء فكّ بكرة الفولاذ، تُسخّن. ثم يُمرّر الفولاذ عبر سلسلة من البكرات المُخدّدة. أثناء مروره، تُسبّب البكرات تجعيد حواف السكلب معًا، مما يُشكّل أنبوبًا غير ملحوم.
٩. يمرّ الفولاذ بعد ذلك عبر أقطاب اللحام. تُحكم هذه الأجهزة لحام طرفي الأنبوب. ثم يُمرّر اللحام عبر بكرة ضغط عالية تُساعد على تشكيل لحام مُحكم. يُقطع الأنبوب بعد ذلك إلى الطول المطلوب ويُرصّ لمزيد من المعالجة. عملية لحام أنابيب الفولاذ عملية مستمرة، ويمكن تصنيعها بسرعة تصل إلى ٣٣٥.٣ مترًا في الدقيقة، وذلك حسب حجم الأنبوب.
١٠. عند الحاجة إلى أنابيب غير ملحومة، تُستخدم الكتل المربعة في الإنتاج. تُسخّن وتُشكّل على شكل أسطوانة، تُسمى أيضًا دائرية. ثم تُوضع الدائرة في فرن حيث تُسخّن حتى تصل إلى درجة حرارة عالية. ثم تُدرَج الدائرة الساخنة تحت ضغط عالٍ. يُؤدي هذا الدرفلة تحت الضغط العالي إلى تمدد الكتلة وتكوين ثقب في مركزها. ولأن هذا الثقب غير منتظم الشكل، تُدفع نقطة ثقب على شكل رصاصة في منتصف الكتلة أثناء الدرفلة. بعد مرحلة الثقب، قد يبقى الأنبوب غير منتظم السُمك والشكل. ولتصحيح هذا الوضع، يُمرّر عبر سلسلة أخرى من مطاحن الدرفلة. المعالجة النهائية
١١. بعد تصنيع أي نوع من الأنابيب، يُمكن تمريره عبر آلة تقويم. كما يُمكن تزويده بوصلات لتوصيل قطعتين أو أكثر من الأنابيب. أكثر أنواع الوصلات شيوعًا للأنابيب ذات الأقطار الصغيرة هو التوصيل باللولبة - وهي أخاديد ضيقة تُقطع في نهاية الأنبوب. تُمرر الأنابيب أيضًا عبر آلة قياس. تُطبع هذه المعلومات، بالإضافة إلى بيانات مراقبة الجودة الأخرى، تلقائيًا على الأنبوب. ثم يُرش الأنبوب بطبقة خفيفة من الزيت الواقي. تُعالَج معظم الأنابيب عادةً لمنعها من الصدأ، وذلك عن طريق جلفنتها أو طلائها بالزنك. وقد تُستخدم دهانات أو طبقات طلاء أخرى، حسب استخدام الأنبوب.
ضبط الجودة
تُتخذ إجراءات متنوعة لضمان مطابقة أنابيب الفولاذ النهائية للمواصفات. على سبيل المثال، تُستخدم مقاييس الأشعة السينية لضبط سُمك الفولاذ. تعمل هذه المقاييس باستخدام شعاعين سينيين. يُوجَّه أحد الشعاعين إلى فولاذ ذي سُمك معروف، بينما يُوجَّه الآخر إلى الفولاذ المار على خط الإنتاج. في حال وجود أي اختلاف بين الشعاعين، يُفعِّل المقياس تلقائيًا تغيير حجم البكرات لتعويض الاختلاف.
تُفحص الأنابيب أيضًا بحثًا عن أي عيوب في نهاية العملية. إحدى طرق اختبار الأنابيب هي استخدام آلة خاصة. تملأ هذه الآلة الأنبوب بالماء ثم تزيد الضغط للتحقق من ثباته. تُعاد الأنابيب المعيبة إلى الخردة.