مراحل ساخت لوله مانیسمان (بدون درز)
لوله بدون درز یا لوله مانیسمان، برخلاف لوله‌های معمولی، بدون استفاده از جوشکاری تولید می‌شوند. این نوع لوله‌ها برای نخستین‌بار در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافتند. نقطه عطف اصلی در تاریخچه تولید لوله‌های بدون درز، اختراع فرآیند سوراخکاری متقاطع توسط برادران مانسمان در دهه ۱۸۸۰ میلادی بود که آغازگر تولید صنعتی و انبوه این نوع لوله‌ها شد.
در این روش، یک شمش فولادی جامد با استفاده از نورد چرخشی و قرارگیری یک سنبه در مرکز آن، به پوسته‌ای توخالی تبدیل می‌شود. نورد همزمان قلتک‌ها به شمش حرکت مارپیچی می‌دهد و با عبور از بین قلتک‌ها و اعمال نیرو توسط سنبه، مرکز آن سوراخ شده و به‌تدریج به شکل اولیه یک لوله توخالی درمی‌آید. با این حال، این مرحله تنها آغاز فرآیند است.
برای رسیدن به ابعاد نهایی و ضخامت مورد نظر، پوسته توخالی حاصل، وارد مرحله نورد یا کشش می‌شود. در این مرحله، لوله تحت عملیات نورد گرم یا سرد قرار می‌گیرد و به اندازه مورد نظر تغییر شکل می‌دهد. این فرآیند بدون نیاز به جوش، محصولی یکنواخت، مقاوم و بادوام تولید می‌کند که در برابر فشار عملکرد بهتری نسبت به لوله‌های جوشی دارد.
با پایان یافتن انحصار حق اختراع این فناوری، تکنولوژی‌های مختلفی بر پایه همان اصول اولیه توسعه یافتند. امروزه فرآیند تولید لوله‌های مانیسمان به روش‌های پیشرفته‌تری مانند نورد پیوسته، نورد چرخشی، سنبه‌زنی با سنبه معلق و حتی فرآیند اکستروژن ارتقا یافته‌اند.
بسته به قطر خارجی و نوع لوله مورد نظر، روش‌های تولید می‌توانند متفاوت باشند؛ به عنوان مثال:
- فرآیند نورد مداوم برای لوله‌هایی با قطر خارجی بین ۲۱ تا ۱۷۸ میلی‌متر
- سنبه‌زنی با سنبه معلق برای لوله‌هایی با قطر ۱۴۰ تا ۴۰۶ میلی‌متر
- نورد چرخشی برای لوله‌های با قطر ۲۵۰ تا ۶۶۰ میلی‌متر
علاوه بر این، روش‌هایی مانند فرآیند Assel، Diescher و پرس اکستروژن اورهارت نیز برای تولید لوله‌های خاص‌تر به کار می‌روند. امروزه این فرآیندها به مرحله‌ای از پیشرفت رسیده‌اند که امکان تولید لوله‌های بدون درز در اندازه‌ها و کاربردهای متنوع با کارایی بسیار بالا فراهم شده است.
تولید لوله بدون درز (مانیسمان)
در فرآیند تولید لوله‌های بدون درز، ابتدا شمش‌های فولادی در یک کوره دوار تا دمای حدود ۱۲۵۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. پیش از ورود به کوره، سطح شمش‌ها با فشار بالای آب تمیز می‌شود تا از هرگونه آلودگی پاک شوند. سپس شمش‌ها به واحد سوراخکاری با سنبه منتقل می‌شوند، جایی که سوراخکاری در مرکز شمش انجام می‌گیرد و پوسته‌ای توخالی با دیواره ضخیم ایجاد می‌شود.
در این مرحله، طول شمش خام اولیه بین ۱.۵ تا ۲ برابر افزایش یافته و سطح مقطع آن حدود ۳۳ تا ۵۰ درصد کاهش می‌یابد. واحد سوراخکاری شامل دو قلتک است که برای عملیات کشش لوله طراحی شده‌اند و در جهت یکسان می‌چرخند. محورهای این قلتک‌ها با زاویه ۳ تا ۶ درجه نسبت به خط افقی قرار دارند. در فضای بین قلتک‌ها، یک سنبه مرکزی قرار می‌گیرد که توسط بلوک رانش خارجی در موقعیت دقیق خود نگه داشته می‌شود. این سنبه وظیفه دارد که مواد داخلی را در فرآیند نورد خارج کرده و پوسته‌ای توخالی ایجاد کند.
پس از اتمام سوراخکاری، پوسته توخالی در ایستگاه پلانگر وارد فرآیند قلتک‌زنی می‌شود تا شکل نهایی لوله به دست آید. در این مرحله، نسبت افزایش طول بین ۵ تا ۱۰ برابر است و کاهش سطح مقطع به حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد می‌رسد. خط قلتک‌زنی معمولاً شامل دو قلتک با شکل مخروطی است که حرکت متقاطع مواد را کنترل می‌کنند. این قلتک‌ها در یک محفظه بزرگ‌تر و در دمای کاری بین ۲۰۰ تا ۲۲۰ درجه سانتی‌گراد قرار دارند و شامل ورودی مخروطی، سیلندر و ناحیه هموارکننده هستند.
فرآیند فرم‌دهی در این مرحله به‌صورت نورد مرحله‌ای (فورجینگ نوردی) انجام می‌شود، که در آن قطعه به‌صورت رفت و برگشتی و چرخشی شکل می‌گیرد. پس از کامل شدن این فرآیند، لوله شکل‌گرفته از سنبه خارج شده و بخشی از پوسته به‌عنوان ضایعات بریده می‌شود.
در مرحله بعد، لوله در یک کوره حرارت داده شده و سپس وارد خط نورد کاهشی می‌شود، جایی که قطر خارجی لوله کاهش می‌یابد و به اندازه نهایی نزدیک می‌شود. این خط نورد معمولاً شامل سه مرحله با دو یا سه قلتک دقت بالا است. هر ایستگاه نورد زاویه متفاوتی نسبت به ایستگاه قبلی دارد تا شکل‌دهی دقیق‌تری انجام شود. این فرآیند باعث بهبود مرکزیت، یکنواختی و دایره‌ای شدن سطح لوله می‌گردد.
در نورد کششی یا کاهشی، قطر خارجی لوله به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد، در حالی که ضخامت دیواره می‌تواند بسته به طراحی کمی کاهش یا افزایش یابد. بسته به نوع محصول نهایی، تعداد مراحل نورد ممکن است بین ۵ تا ۲۸ ایستگاه متغیر باشد.
در پایان فرآیند فرم‌دهی، لوله‌ها در یک بستر خنک‌کننده تا دمای محیط سرد می‌شوند و سپس به بخش پایانی عملیات منتقل می‌گردند، جایی که ماشین‌کاری نهایی، هموارسازی سر لوله و آزمون‌های کنترل کیفی از جمله تست هیدرواستاتیک روی آن‌ها انجام می‌گیرد.
برای تولید لوله‌های با قطر بزرگ‌تر، معمولاً از شمش‌های چندضلعی استفاده می‌شود. این شمش‌ها پس از حرارت‌دهی در کوره دوار، وارد پرس عمودی با سنبه می‌شوند. در این مرحله، سنبه استوانه‌ای تحت فشار بالا شمش را سوراخ کرده و پوسته‌ای توخالی با پایه بسته ایجاد می‌کند. برای اطلاع از قیمت لوله اینچ بالا، با کارشناسان فروش بای آهن تماس بگیرید.
در ادامه، این پوسته تحت عملیات کاهش ضخامت دیواره و کشیده شدن جزئی قرار می‌گیرد، سپس انتهای بسته لوله سوراخ شده و پوسته به خط قلتک‌فرم‌دهنده هدایت می‌شود. در این خط، لوله شکل نهایی خود را پیدا کرده و سپس اندازه‌گیری، برش و آماده‌سازی نهایی بر اساس استانداردهای تولید صورت می‌گیرد.
فرآیند نورد سنبه‌ای (Plug Rolling) یا فرآیند کشش لوله بدون درز
فرآیند نورد سنبه‌ای، یکی از روش‌های پرکاربرد در تولید لوله‌های بدون درز در بازه‌ای از قطر خارجی ۶۰ تا ۴۰۶ میلی‌متر و ضخامت دیواره‌ای بین ۳ تا ۴۰ میلی‌متر است. این فرآیند معمولاً برای لوله‌هایی به طول ۱۲ تا ۱۶ متر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، سوراخکاری تنها در یک مرحله انجام می‌شود تا یک پوسته توخالی با دیواره نازک ایجاد گردد؛ طول این پوسته حدود ۳ تا ۴.۵ برابر طول اولیه شمش است و کاهش سطح مقطع نیز در حدود ۶۵ تا ۷۵ درصد انجام می‌پذیرد.
خط سنبه‌زنی شامل دو قلتک محرک اصلی است که دارای مسیر حرکت رفت و برگشتی می‌باشند. محور قلتک‌ها به صورت موازی با محور خط نورد قرار دارند و با زاویه‌ای بین ۶ تا ۱۲ درجه نسبت به خط افقی شیب‌دار هستند. تنظیم دقیق شکاف بین رول‌های نورد با استفاده از صفحات هدایت‌کننده در بالا و پایین انجام می‌شود که نقش تثبیت‌کننده و کمک به فرآیند کشش را ایفا می‌کنند. این صفحات ثابت، مشابه با قلتک‌های هدایت‌کننده عمل کرده و به ایجاد پوسته توخالی نازک کمک می‌کنند.
قطعه فلزی که از بین قلتک‌های بیضی‌شکل عبور می‌کند، مسیر نورد را طی می‌کند و سنبه داخلی نیز به عنوان ابزار اصلی در مرکز قطعه عمل کرده و شکل‌دهی دقیق لوله را ممکن می‌سازد. به دلیل شیب نسبتاً زیاد قلتک‌ها و سرعت بالای نورد، سرعت خروجی محصول نیز به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد که این امر، ضمن بهینه‌سازی فرآیند، به افزایش عمر مفید سنبه نیز کمک می‌کند.
در مورد لوله‌هایی با قطرهای بزرگ‌تر، قبل از آغاز مرحله نهایی نورد توپی، از یک سنبه دوم استفاده می‌شود که به آن Elongator (کشنده) گفته می‌شود. این سنبه ثانویه باعث بهبود ویژگی‌های مکانیکی و افزایش طول محصول نهایی می‌شود.
سنبه‌های مدرن در این فرآیند دارای بخش سوراخکاری مخروطی و قلتک‌هایی با طراحی دو جهته هستند. هر یک از قلتک‌ها دارای زاویه‌ای در حدود ۳۰ درجه نسبت به جهت حرکت قطعه، و زاویه‌ای بین ۱۰ تا ۱۲ درجه نسبت به خط افق هستند. همچنین، فضای نورد با دو دیسک جانبی محدود می‌شود که قابلیت حرکت دارند و به تنظیم دقیق موقعیت لوله در حین نورد کمک می‌کنند.
فرآیند نورد مداوم و کشش در تولید لوله بدون درز
در مرحله‌ای از تولید لوله‌های بدون درز، پس از خارج کردن سنبه از لوله نورد شده، این لوله‌ها دوباره تا دمای مناسب (حدود 950 تا 980 درجه سانتی‌گراد) حرارت داده می‌شوند تا برای عبور از خطوط اندازه‌گیری، نورد کاهنده یا مرحله کشش آماده شوند. در این مرحله، لوله از کارخانه کششی عبور داده می‌شود؛ این کارخانه ساختاری مشابه کارخانه نورد مداوم دارد و شامل دوازده پایه قلتک با ارتفاع بلند است.
یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد این فرآیند، کاهش ضخامت دیواره لوله بدون نیاز به تکیه‌گاه یا نگهدارنده سنبه است. همزمان با کاهش قطر خارجی لوله، ضخامت دیواره آن نیز کاهش می‌یابد. نیروی کششی وارد بر لوله باعث می‌شود که کاهش قطر در هر مرحله تا سه برابر بیشتر از حالت‌های معمول صورت گیرد.
برای دیدین انواع لوله درزدار، روی لینک کلیک کنید.
در نورد مداوم یا چندمرحله‌ای (MPM)، لوله بدون درز از یک پوسته سوراخ‌شده تولید می‌شود. این فرآیند شامل عبور از هشت پایه قلتک است که هر پایه از دو قلتک شیاردار تشکیل شده و با زاویه ۹۰ درجه نسبت به هم تنظیم شده‌اند. در ابتدای این خط تولید، پوسته لوله بر روی سنبه‌ای روان‌سازی و خنک‌شده سوار می‌شود و در ایستگاه اول با فشار وارد فرآیند نورد می‌گردد. سنبه با سرعتی ثابت در طول این فرآیند حرکت کرده و لوله تا مرحله نهایی نورد، کشیده، برش‌کاری، کالیبره و کنترل کیفی می‌شود.
در این روش می‌توان به کشیدگی بالایی دست یافت، به‌طوری که طول لوله تولید شده می‌تواند به ۳۰ متر نیز برسد. بدفرمی سطحی یا بی‌مرکزی لوله در این فرآیند معمولاً کمتر از ۱۰ درصد است.
پس از اتمام فرآیند MPM، لوله با وجود کاهش دما تا حدود ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد، دوباره حرارت داده می‌شود و به نورد کاهنده یا مرحله کشش منتقل می‌گردد. نورد کاهنده می‌تواند شامل ۲۴ تا ۲۸ ایستگاه یا حتی بیشتر باشد که همه آن‌ها به صورت پشت سر هم در یک خط نورد نصب شده‌اند. هر پایه دارای موتور مستقل خود برای کنترل سرعت چرخش است و با سه قلتک کوچک که یک مسیر عبوری مخروطی را تشکیل می‌دهند، عمل شکل‌دهی دقیق را انجام می‌دهند. این مسیر به صورت پیوسته از ورودی به خروجی کوچک‌تر می‌شود.
نکته مهم در این نورد آن است که ابزار داخلی استفاده نمی‌شود و سرعت محیطی قلتک‌ها در مسیر نورد به‌صورت تدریجی افزایش می‌یابد. این طراحی سبب کاهش تغییر شکل ناخواسته و افزایش یکنواختی دیواره لوله می‌شود.
علاوه بر این، فرآیندهای متنوع دیگری نیز برای تولید لوله‌های بدون درز وجود دارد؛ از جمله فرآیند اعمال فشار، سوراخکاری و کشش، اکستروژن، نورد متقاطع شامل نورد مارپیچ و نورد با قالب. همچنین، برخی از لوله‌های بدون درز از طریق فرآیند شکل‌دهی سرد یا طراحی با قالب در دمای پایین تولید می‌شوند.