فرآیند تولید و ساخت لوله‌های فولادی با اشکال ویژه

مقدمه: تعریف و طبقه‌بندی لوله‌های فولادی شکل‌دار ویژه

لوله‌های فولادی شکل‌دار ویژه، که به‌طور مترادف به‌عنوان لوله‌های فولادی شکل‌دار یا لوله‌های فولادی غیردایره‌ای نیز شناخته می‌شوند، دسته‌ای گسترده از لوله‌های فولادی هستند که سطح مقطع آن‌ها از شکل استاندارد دایره‌ای انحراف دارد . این سطوح مقطع شامل اشکال مربع، مستطیلی، بیضوی، تخت، نیم‌دایره‌ای، شش‌ضلعی، هشت‌ضلعی، مثلثی، پنج‌ضلعی، لوزی‌شکل، ستاره‌ای، برآمده، فرورفته و همچنین سایر هندسه‌های سفارشی متنوع می‌شوند. بر اساس ویژگی‌های سطح مقطع، لوله‌های شکل‌دار ویژه به‌صورت سیستماتیک در سه دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند: لوله‌های شکل‌دار ویژه با ضخامت دیواره یکسان، لوله‌های شکل‌دار ویژه با ضخامت دیواره نامساوی و لوله‌های شکل‌دار ویژه با قطر متغیر محدوده ابعادی این لوله‌ها بسیار گسترده است؛ قطر خارجی معمولاً از ۶ میلی‌متر تا ۵۳۰ میلی‌متر و ضخامت دیواره از ۰٫۶ میلی‌متر تا ۲۰۰ میلی‌متر متغیر است که این امر استفاده از آن‌ها را از قطعات دقیق سنجش و اندازه‌گیری تا اعضای سازه‌ای سنگین امکان‌پذیر می‌سازد. استانداردهای حاکم بر این محصولات شامل GB/T 3094-2012 برای لوله‌های فولادی شکل‌داده‌شده با کشش سرد و YB/T 4674-2018 برای لوله‌های جوش‌خورده فولادی با اشکال ویژه است که مشخصات جامعی در زمینه طبقه‌بندی، ابعاد، الزامات فنی و تضمین کیفیت ارائه می‌دهد. .

تولید لوله‌های بدون درز با اشکال ویژه: پردازش گرم و کشش سرد

تولید لوله‌های فولادی بدون درز با اشکال ویژه فرآیندی سیستماتیک است که تبدیل بلینگ‌های گرد جامد را به بخش‌های توخالی دقیق با مقاطع غیردایره‌ای انجام می‌دهد. سفر تولید با انتخاب و بازرسی بیلت‌های فولادی گرد با کیفیت بالا آغاز می‌شود که ابتدا در یک کوره چرخشی تا دمای تقریبی ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. بیلت گرم‌شده سپس به داخل یک میل پیرسینگ تغذیه می‌شود، جایی که یک ماندل نوک‌تیز از مرکز آن عبور کرده و پوسته‌ای توخالی ایجاد می‌کند. این مرحلهٔ شکل‌دهی گرم—که شامل پیرسینگ، غلتان سه غلطکی مورب، غلتان مداوم یا اکسترودینگ است—با عملیات کاهش قطر لوله و تنظیم اندازه پیروی می‌شود تا بخش توخالی گرد اولیه حاصل شود. لولهٔ گرد تشکیل‌شده در دمای بالا سپس تحت کشش سرد یا غلتان سرد قرار می‌گیرد، فناوری‌های اصلی برای تولید پروفیل‌های شکل‌دار ویژه. در کشش سرد، لولهٔ گرد در دمای محیط از طریق قالبی با دقت ماشین‌کاری‌شده کشیده می‌شود و به‌صورت تدریجی مقطع عرضی آن به شکل مطلوب غیردایره‌ای تبدیل می‌گردد. برای نیازمندی‌های با دقت بالا، فرآیند کشش سرد ممکن است شامل چندین مرحله با عملیات حرارتی میانی و اسیدشویی برای بازگرداندن انعطاف‌پذیری و حذف اکسیدهای سطحی باشد. فرآیند جامع کار سرد لوله‌های بدون درز با شکل خاص به این ترتیب انجام می‌شود: آماده‌سازی لوله گرد → نوک‌دهی → عملیات حرارتی (آنیل) → اسیدشویی → روان‌کاری (روغن‌کاری یا روکش‌دهی مسی) → کشش سرد چندمرحله‌ای (یا نورد سرد) → عملیات حرارتی → صاف‌کردن → بازرسی → علامت‌گذاری → انبارشدن. برای کاربردهای با دقت بسیار بالا، کاربرد لوله‌های فولادی سرد ممکن است به کار رود، که در آن لوله از دستگاه نورد سرد عبور می‌کند و قطر و ضخامت دیواره را کاهش داده، در عین حال دقت ابعادی و پرداخت سطحی عالی‌تری ایجاد می‌کند.

تولید لوله‌های جوش‌خورده با شکل خاص: شکل‌دهی و جوشکاری با فرکانس بالا

لوله‌های جوش‌خورده فولادی با شکل خاص از طریق مسیر تولیدی متفاوتی ساخته می‌شوند که از پیچ‌های فولادی یا نوارهای فولادی آغاز می‌شود، نه از بلیت‌های جامد. فرآیند با انتخاب فولاد نواری سردنورد یا گرم‌نورد با کیفیت بالا آغاز می‌شود که تحت بازرسی دقیقی برای عیوب سطحی و انطباق ابعادی قرار می‌گیرد. سپس نوار باز می‌شود و از مجموعه‌ای از غلطک‌های شکل‌دهنده عبور داده می‌شود که به‌صورت تدریجی نوار تخت را به شکل لوله‌ای خم می‌کنند. برای پروفیل‌های با اشکال ویژه، فرآیند شکل‌دهی پیچیده‌تر از لوله‌های استاندارد دایره‌ای است و نیازمند دنباله‌ای دقیق از غلطک‌ها برای دستیابی به هندسه مقطع عرضی مطلوب است. لبه‌های لوله شکل‌گرفته با روش‌های زیر به هم متصل می‌شوند: جوشکاری مقاومتی الکتریکی با فرکانس بالا (ERW) که جریان فرکانس بالا را برای گرم کردن لبه‌ها تا دمای جوشکاری به کار می‌برد و سپس غلطک‌های فشرده‌کننده آن‌ها را بدون استفاده از فلز پرکننده به هم می‌فشارند. در ادامه، خط جوش با عملیات «اسکارفینگ» (حذف برجستگی داخلی و خارجی) تمیز می‌شود تا سطوحی هموار تضمین گردد. برای قطرهای بزرگ‌تر یا ضخامت‌های دیواره سنگین‌تر، جوشکاری قوسی زیرپودری (SAW) ممکن است به‌کار گرفته شود که از تک‌سیمی یا دو‌سیمی بودن همراه با تغذیه خودکار فلوکس استفاده می‌کند. فرآیند تولید لوله‌های جوش‌خورده با اشکال ویژه شامل مراحل زیر است: بازرسی نوار فولادی → باز کردن پیچ → صاف‌سازی → بریدن لبه‌ها → شکل‌دهی → جوشکاری با فرکانس بالا → پاک‌سازی جوش → تنظیم اندازه → راست‌کردن → برش → آزمون‌های غیرمخرب → آزمون هیدرواستاتیکی → بازرسی → بسته‌بندی استاندارد لوله‌های جوش‌خورده با اشکال ویژه YB/T 4674-2018، الزاماتی را برای لوله‌های فولادی جوش‌خورده با اشکال ویژه در ساختمان‌سازی و سایر کاربردها تعیین می‌کند.

فناوری‌های شکل‌دهی سرد: شکل‌دهی غلتکی و شکل‌دهی کششی

علاوه بر کشش سرد و جوشکاری، چند فناوری پیشرفته شکل‌دهی سرد نیز در تولید لوله‌های با اشکال ویژه به کار می‌روند. شکل‌دادن رولی (که به آن شکل‌دهی غلتکی سرد نیز گفته می‌شود) یکی از رایج‌ترین روش‌هاست؛ در این روش، لوله‌ای که قبلاً به شکل دایره‌ای یا اشکال پایه‌ای ساخته شده، از مجموعه‌ای از قالب‌های غلتکی عبور می‌کند تا به‌صورت تدریجی و در حالت سرد به نهایی‌ترین شکل ویژه تبدیل شود. این فرآیند مزایای متعددی دارد: عملیات ساده، خروجی تولید بالا، هزینه‌های ابزار دقیق متوسط و توانایی تولید کیفیت یکنواخت در تولید انبوه. فرآیند نورد غلتکی شامل مراحل متعددی است که در آن لوله از غلتک‌های متوالی با اشکال مختلف عبور می‌کند و مواد را به‌صورت تدریجی تغییر شکل می‌دهند تا در نهایت مقطع نهایی حاصل شود. کشش‌دهی برای کاربردهایی که دقت ابعادی بسیار بالا و پرداخت سطحی عالی را می‌طلبد، به‌کار می‌رود. این روش شامل تکنیک‌هایی مانند کشش خالی (بدون پشتیبانی داخلی)، کشش با ماندل (با پشتیبانی داخلی) و کشش با غلتک-قالب است؛ روش غلتک-قالب در مقایسه با کشش با قالب ثابت مزیت‌هایی دارد، زیرا اصطکاک لغزشی را به اصطکاک غلتشی تبدیل می‌کند و هزینه‌ها را کاهش داده و بازدهی تولید را بهبود می‌بخشد. برای اشکال پیچیده که نیازمند مراحل متعدد تغییر شکل هستند، ممکن است ترکیبی از این تکنیک‌های شکل‌دهی سرد به‌صورت متوالی به‌کار گرفته شود.

پردازش حرارتی، پایان‌دهی سطحی و کنترل کیفیت

پردازش حرارتی گامی حیاتی در تولید لوله‌های شکل‌دار خاص است که خواص مکانیکی را تنظیم کرده و تنش‌های داخلی ایجادشده توسط کار سرد را از بین می‌برد . با فرآیندهایی مانند آنیلینگ، نورمالایزینگ، کوئنچینگ و تمپرینگ، تولیدکنندگان می‌توانند استحکام، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی لوله را بهینه‌سازی کنند . آنیلینگ به‌ویژه برای لوله‌های کشیده‌شده و نوردشده سرد اهمیت دارد و باعث بازگشت شکل‌پذیری و رفع سختی ناشی از تغییر شکل می‌شود. برای لوله‌های شکل‌دار خاص از جنس فولاد ضدزنگ، ممکن است از آنیلینگ محلول‌سازی همراه با خنک‌سازی سریع استفاده شود تا رسوبات حل شده و مقاومت در برابر خوردگی بازیابی شود. پس از پردازش حرارتی، لوله‌ها تحت پوشش سطحی قرار می‌گیرند تا ظاهر و دوام آن‌ها ارتقا یابد . این کار ممکن است شامل شستشوی اسیدی برای حذف لایه اکسیدی، پاسیو سازی برای درجات مختلف فولاد ضدزنگ یا اعمال پوشش‌های محافظ مانند رنگ‌آمیزی، الکتروپلیتینگ یا پودرپوششی باشد . برای لوله‌های جوش‌خورده، درز جوش با استفاده از بازرسی اولتراسونیک پیوسته آنلاین برای تأیید یکپارچگی و سپس با آزمون فشار هیدرواستاتیک برای تأیید عملکرد ضد نشتی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد . کنترل نهایی کیفیت شامل تأیید ابعاد (قطر خارجی، ضخامت دیواره، طول و راست‌بودن)، آزمون خواص مکانیکی (کششی، سختی و تسطیح) و ارزیابی کیفیت سطحی است. سیستم جامع تضمین کیفیت اطمینان حاصل می‌کند که هر لوله فولادی با شکل ویژه، الزامات سخت‌گیرانه کاربرد مورد نظر خود را برآورده می‌کند — از ماشین‌آلات دقیق و قطعات خودرو تا اسکلت‌های سازه‌ای و عناصر معماری.