لولههای فولادی، لولههای بلند و توخالی هستند که برای اهداف مختلفی استفاده میشوند. آنها با دو روش متمایز تولید میشوند که منجر به لولههای جوش داده شده یا بدون درز میشوند. در هر دو روش، فولاد خام ابتدا به شکل اولیهای با قابلیت کارکرد بیشتر ریختهگری میشود. سپس با کشش فولاد به شکل لوله بدون درز یا با فشار دادن لبهها به هم و آببندی آنها با جوش، به لوله تبدیل میشود. اولین روشهای تولید لوله فولادی در اوایل دهه ۱۸۰۰ معرفی شدند و به طور پیوسته به فرآیندهای مدرنی که امروزه استفاده میکنیم، تکامل یافتهاند. هر ساله میلیونها تن لوله فولادی تولید میشود. تطبیقپذیری آن، آن را به پرکاربردترین محصول تولید شده توسط صنعت فولاد تبدیل میکند.
تاریخچه
هزاران سال است که مردم از لولهها استفاده میکنند. شاید اولین استفاده توسط کشاورزان باستان بوده است که آب را از نهرها و رودخانهها به مزارع خود منحرف میکردند. شواهد باستانشناسی نشان میدهد که چینیها از اوایل ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد از لولههای نی برای انتقال آب به مکانهای مورد نظر استفاده میکردند. لولههای سفالی که توسط سایر تمدنهای باستانی استفاده میشدند، کشف شدهاند. در طول قرن اول میلادی، اولین لولههای سربی در اروپا ساخته شدند. در کشورهای گرمسیری، از لولههای بامبو برای انتقال آب استفاده میشد. آمریکاییهای استعمارگر از چوب برای هدف مشابهی استفاده میکردند. در سال ۱۶۵۲، اولین سیستم آبرسانی در بوستون با استفاده از کندههای توخالی ساخته شد.
لوله جوش داده شده با غلتاندن نوارهای فولادی از طریق یک سری غلتکهای شیاردار که مواد را به شکل دایرهای قالبگیری میکنند، تشکیل میشود. در مرحله بعد، لوله جوش داده نشده از الکترودهای جوشکاری عبور میکند. این دستگاهها دو انتهای لوله را به هم میچسبانند.
از اوایل سال ۱۸۴۰، آهنگران میتوانستند لولههای بدون درز تولید کنند. در یک روش، سوراخی در یک شمش گرد فلزی جامد ایجاد میشد. سپس شمش گرم شده و از میان مجموعهای از قالبها کشیده میشد که آن را کشیده و به شکل لوله در میآورد. این روش ناکارآمد بود زیرا ایجاد سوراخ در مرکز دشوار بود. این امر منجر به لولهای ناهموار میشد که یک طرف آن ضخیمتر از طرف دیگر بود. در سال ۱۸۸۸، یک روش بهبود یافته به ثبت رسید. در این فرآیند، شمش جامد دور یک هسته آجری نسوز ریخته میشد. پس از خنک شدن، آجر برداشته میشد و سوراخی در وسط باقی میماند. از آن زمان، تکنیکهای غلتکی جدید جایگزین این روشها شدهاند.
طراحی
دو نوع لوله فولادی وجود دارد، یکی بدون درز و دیگری دارای یک درز جوش داده شده در طول آن. هر دو کاربردهای متفاوتی دارند. لولههای بدون درز معمولاً سبکتر و دارای دیوارههای نازکتری هستند. از آنها برای دوچرخهسواری و حمل مایعات استفاده میشود. لولههای درزدار سنگینتر و سفتتر هستند. این لولهها قوام بهتری دارند و معمولاً صافتر هستند. آنها برای مواردی مانند انتقال گاز، لولههای برق و لولهکشی استفاده میشوند. معمولاً در مواردی استفاده میشوند که لوله تحت فشار زیادی قرار نگیرد.
مواد اولیه
ماده اولیه اولیه در تولید لوله، فولاد است. فولاد عمدتاً از آهن تشکیل شده است. سایر فلزاتی که ممکن است در آلیاژ وجود داشته باشند عبارتند از آلومینیوم، منگنز، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم و زیرکونیوم. گاهی اوقات در طول تولید از برخی مواد تکمیل کننده استفاده میشود. به عنوان مثال، رنگ ممکن است.
لوله بدون درز با استفاده از فرآیندی تولید میشود که در آن یک شمش جامد را گرم و قالبگیری میکنند و به شکل استوانهای در میآورند و سپس آن را میغلتانند تا کشیده و توخالی شود. از آنجایی که مرکز توخالی شکل نامنظمی دارد، یک نوک سوراخکننده گلولهای شکل در حین نورد شدن از وسط شمش عبور داده میشود. لوله بدون درز با استفاده از فرآیندی تولید میشود که در آن یک شمش جامد را گرم و قالبگیری میکنند و به شکل استوانهای در میآورند و سپس آن را میغلتانند تا کشیده و توخالی شود. از آنجایی که مرکز توخالی شکل نامنظمی دارد، یک نوک سوراخکننده گلولهای شکل در حین نورد شدن از وسط شمش عبور داده میشود. در صورتی که لوله پوشش داده شده باشد، از این نوک سوراخکننده استفاده میشود. معمولاً مقدار کمی روغن در انتهای خط تولید به لولههای فولادی زده میشود. این به محافظت از لوله کمک میکند. اگرچه در واقع بخشی از محصول نهایی نیست، اما در یک مرحله تولید از اسید سولفوریک برای تمیز کردن لوله استفاده میشود.
فرآیند تولید
لولههای فولادی طی دو فرآیند متفاوت ساخته میشوند. روش کلی تولید برای هر دو فرآیند شامل سه مرحله است. ابتدا، فولاد خام به شکلی کارآمدتر تبدیل میشود. سپس، لوله در یک خط تولید پیوسته یا نیمه پیوسته شکل داده میشود. در نهایت، لوله برش داده شده و برای برآوردن نیازهای مشتری اصلاح میشود. برخی از تولیدکنندگان لولههای فولادی از ... استفاده میکنند.دستگاه برش لیزری لولهبه برش یا خالی کردن قبلی لوله برای افزایش رقابت لولهها
لوله بدون درز با استفاده از فرآیندی تولید میشود که در آن یک شمش جامد را گرم و قالبگیری میکنند و به شکل استوانهای در میآورند و سپس آن را میغلتانند تا کشیده و توخالی شود. از آنجایی که مرکز توخالی شکل نامنظمی دارد، یک نوک گلولهای شکل در حین نورد شدن از وسط شمش عبور داده میشود.
تولید شمش
۱. فولاد مذاب با ذوب کردن سنگ آهن و کک (مادهای غنی از کربن که هنگام گرم شدن زغال سنگ در غیاب هوا حاصل میشود) در کوره و سپس حذف بیشتر کربن با دمیدن اکسیژن به داخل مایع، ساخته میشود. سپس فولاد مذاب در قالبهای آهنی بزرگ و ضخیم ریخته میشود، جایی که به شمش تبدیل میشود و سرد میشود.
۲. برای شکلدهی محصولات تخت مانند صفحات و ورقها، یا محصولات طویل مانند میلهها و میلگردها، شمشها بین غلتکهای بزرگ تحت فشار بسیار زیاد شکل داده میشوند. تولید بلوم و اسلب
۳. برای تولید شکوفه، شمش از میان یک جفت غلتک فولادی شیاردار که روی هم چیده شدهاند عبور داده میشود. به این نوع غلتکها «آسیابهای دو طبقه» گفته میشود. در برخی موارد، از سه غلتک استفاده میشود. غلتکها طوری نصب شدهاند که شیارهایشان روی هم قرار گرفته و در جهت مخالف حرکت کنند. این عمل باعث میشود فولاد فشرده و کشیده شود و به قطعات نازکتر و بلندتر تبدیل شود. هنگامی که غلتکها توسط اپراتور انسانی معکوس میشوند، فولاد به عقب کشیده میشود و آن را نازکتر و بلندتر میکند. این فرآیند تا زمانی که فولاد به شکل دلخواه برسد تکرار میشود. در طول این فرآیند، ماشینهایی به نام منیپولاتورها فولاد را میچرخانند تا هر طرف به طور مساوی پردازش شود.
۴. شمشها همچنین میتوانند در فرآیندی مشابه فرآیند ساخت شکوفه، به صورت تختال (اسلب) نورد شوند. فولاد از میان یک جفت غلتک روی هم قرار گرفته عبور داده میشود که آن را کشیده میکنند. با این حال، غلتکهایی نیز در کنار آن نصب شدهاند تا عرض تختالها را کنترل کنند. هنگامی که فولاد شکل مورد نظر را به دست آورد، انتهای ناهموار بریده شده و تختالها یا شکوفهها به قطعات کوتاهتر بریده میشوند. پردازش بیشتر
۵. معمولاً قبل از تبدیل شدن به لوله، شمشها بیشتر پردازش میشوند. شمشها با عبور از دستگاههای نورد بیشتر که آنها را بلندتر و باریکتر میکند، به شمش تبدیل میشوند. شمشها توسط دستگاههایی که به عنوان قیچیهای پرنده شناخته میشوند، برش داده میشوند. این قیچیها یک جفت قیچی هماهنگ هستند که همراه با شمش در حال حرکت حرکت میکنند و آن را برش میدهند. این امر امکان برشهای کارآمد را بدون توقف فرآیند تولید فراهم میکند. این شمشها روی هم انباشته میشوند و در نهایت به لوله بدون درز تبدیل میشوند.
۶. تخته سنگها نیز دوباره ساخته میشوند. برای اینکه شکلپذیر شوند، ابتدا تا دمای ۲۲۰۰ درجه فارنهایت (۱۲۰۴ درجه سانتیگراد) گرم میشوند. این باعث میشود که یک پوشش اکسیدی روی سطح تخته سنگ تشکیل شود. این پوشش با استفاده از یک دستگاه خردکن و اسپری آب با فشار بالا جدا میشود. سپس تخته سنگها از طریق یک سری غلتک روی یک آسیاب داغ فرستاده میشوند و به نوارهای باریک و نازک فولادی به نام اسکلپ تبدیل میشوند. این آسیاب میتواند تا نیم مایل طول داشته باشد. با عبور تخته سنگها از غلتکها، نازکتر و بلندتر میشوند. در طول حدود سه دقیقه، یک تخته سنگ میتواند از یک قطعه فولاد با ضخامت ۶ اینچ (۱۵.۲ سانتیمتر) به یک نوار فولادی نازک تبدیل شود که میتواند یک چهارم مایل طول داشته باشد.
۷. پس از کشش، فولاد اسیدشویی میشود. این فرآیند شامل عبور دادن آن از یک سری مخازن حاوی اسید سولفوریک برای تمیز کردن فلز است. برای اتمام کار، با آب سرد و گرم شسته، خشک شده و سپس روی قرقرههای بزرگ پیچیده شده و برای انتقال به کارخانه لولهسازی بستهبندی میشود. ساخت لوله
۸. هم از اسکلپ و هم از شمش برای ساخت لوله استفاده میشود. اسکلپ به لوله جوش داده شده تبدیل میشود. ابتدا روی دستگاه باز کردن کلاف قرار میگیرد. همزمان با باز شدن کلاف فولادی، گرم میشود. سپس فولاد از میان یک سری غلتک شیاردار عبور داده میشود. با عبور از کنار، غلتکها باعث میشوند لبههای اسکلپ به هم بپیچند. این یک لوله جوش داده نشده را تشکیل میدهد.
۹. فولاد سپس از الکترودهای جوشکاری عبور میکند. این دستگاهها دو انتهای لوله را به هم میچسبانند. سپس درز جوش داده شده از یک غلتک فشار قوی عبور داده میشود که به ایجاد جوش محکم کمک میکند. سپس لوله به طول دلخواه بریده شده و برای پردازش بیشتر روی هم چیده میشود. لوله فولادی جوش داده شده یک فرآیند مداوم است و بسته به اندازه لوله، میتوان آن را با سرعت ۱۱۰۰ فوت (۳۳۵.۳ متر) در دقیقه تولید کرد.
۱۰. وقتی لوله بدون درز مورد نیاز است، از شمشهای مربعی برای تولید استفاده میشود. آنها گرم شده و قالبگیری میشوند تا به شکل استوانهای درآیند که به آن گرد نیز میگویند. سپس شمش در کوره قرار میگیرد و در آنجا تا حد سفید شدن داغ میشود. سپس شمش گرم شده با فشار زیاد نورد میشود. این نورد پرفشار باعث میشود شمش کشیده شود و سوراخی در مرکز آن ایجاد شود. از آنجایی که این سوراخ شکل نامنظمی دارد، هنگام نورد، یک نوک تیز گلولهای شکل از وسط شمش عبور داده میشود. پس از مرحله سوراخ کردن، لوله ممکن است هنوز ضخامت و شکل نامنظمی داشته باشد. برای اصلاح این مشکل، از یک سری دیگر از نوردها عبور داده میشود. پردازش نهایی
۱۱. پس از ساخت هر نوع لوله، میتوان آنها را از دستگاه صافکننده عبور داد. همچنین میتوان آنها را به اتصالاتی مجهز کرد تا دو یا چند قطعه لوله به هم متصل شوند. رایجترین نوع اتصال برای لولههای با قطر کمتر، رزوه کردن است - شیارهای محکمی که در انتهای لوله بریده میشوند. لولهها همچنین از طریق دستگاه اندازهگیری ارسال میشوند. این اطلاعات به همراه سایر دادههای کنترل کیفیت به طور خودکار روی لوله حک میشوند. سپس لوله با یک پوشش سبک از روغن محافظ اسپری میشود. اکثر لولهها معمولاً برای جلوگیری از زنگزدگی تحت عملیات قرار میگیرند. این کار با گالوانیزه کردن یا پوشش دادن آن با روی انجام میشود. بسته به کاربرد لوله، ممکن است از رنگها یا پوششهای دیگری نیز استفاده شود.
کنترل کیفیت
اقدامات متنوعی برای اطمینان از مطابقت لوله فولادی نهایی با مشخصات مورد نظر انجام میشود. به عنوان مثال، از گیجهای اشعه ایکس برای تنظیم ضخامت فولاد استفاده میشود. این گیجها با استفاده از دو اشعه ایکس کار میکنند. یک اشعه به فولادی با ضخامت مشخص تابانده میشود. اشعه دیگر به فولادی که در خط تولید در حال عبور است تابانده میشود. اگر بین دو اشعه اختلافی وجود داشته باشد، گیج به طور خودکار تغییر اندازه غلتکها را برای جبران آن فعال میکند.
لولهها همچنین در پایان فرآیند از نظر نقص بررسی میشوند. یکی از روشهای آزمایش لوله، استفاده از دستگاه مخصوص است. این دستگاه لوله را با آب پر میکند و سپس فشار را افزایش میدهد تا ببیند آیا آب در آن باقی میماند یا خیر. لولههای معیوب برای ضایعات بازگردانده میشوند.