در میان انواع مختلف لوله‌های فولادی، لوله‌های بدون درز یا مانیسمان (Seamless Pipe)، یکپارچگی ساختاری و استحکام بالایی دارد. عدم وجود درز جوش در این لوله‌ها، آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای با فشار و دمای بالا تبدیل کرده است. فرآیند تولید لوله مانیسمان یک فرآیند پیچیده و دقیق است که شامل مراحل متعددی از انتخاب مواد اولیه تا بسته‌بندی نهایی می‌باشد. در این مقاله، به بررسی دقیق و تخصصی روش تولید لوله مانیسمان و ده مرحله اصلی آن خواهیم پرداخت.
10 مرحله اصلی و روش تولید لوله مانیسمان
فرآیند تولید لوله های مانیسمان ، بر پایه تبدیل یک شمش فولادی توپر به یک لوله توخالی بدون استفاده از جوشکاری استوار است. این فرآیند نیازمند تجهیزات سنگین و کنترل دقیق پارامترهای تولید در هر مرحله است. در ادامه به تشریح ده مرحله کلیدی در این فرآیند می‌پردازیم.
1.انتخاب مواد اولیه
نخستین و یکی از حیاتی‌ترین مراحل در تولید لوله مانیسمان، انتخاب صحیح مواد اولیه است. کیفیت نهایی لوله به طور مستقیم به کیفیت شمش فولادی مورد استفاده بستگی دارد. معمولاً از شمش‌های فولادی گرد (Round Billet) با ترکیبات شیمیایی مشخص و کنترل شده استفاده می‌شود. این ترکیبات بر اساس استانداردها و نیازهای کاربردی لوله نهایی تعیین می‌گردد.
فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی و فولادهای زنگ نزن از جمله گریدهای رایج مورد استفاده در این صنعت هستند. آنالیز شیمیایی دقیق شمش‌ها برای اطمینان از مطابقت با استانداردهای درخواستی و همچنین بررسی عیوب سطحی و داخلی احتمالی مانند ترک‌ها، حفره‌ها و ناخالصی‌ها، در این مرحله از اهمیت بالایی برخوردار است.
2.آماده‌سازی اولیه
پس از انتخاب شمش‌های فولادی مناسب، مرحله آماده‌سازی اولیه آغاز می‌شود. این مرحله شامل چندین عملیات مهم است. ابتدا، شمش‌ها بر اساس طول مورد نیاز برای فرآیند نورد برش داده می‌شوند. سپس، سطح شمش‌ها مورد بازرسی دقیق قرار می‌گیرد و در صورت وجود عیوب سطحی قابل اصلاح، اقدام به برطرف کردن آن‌ها از طریق سنگ‌زنی یا روش‌های مشابه می‌شود.
یکی از مهم‌ترین بخش‌های آماده‌سازی، ایجاد یک سوراخ راهنما یا به اصطلاح سنبه نشان (Centering Mark) در مرکز یک یا هر دو انتهای شمش است. این سوراخ راهنما در مرحله بعدی، یعنی ایجاد حفره اولیه، نقش بسیار مهمی در هدایت صحیح سنبه و تضمین هم‌مرکزی سوراخ اولیه ایفا می‌کند.
3.ایجاد حفره اولیه
مرحله ایجاد حفره اولیه یا سوراخ‌کاری، قلب فرآیند تولید لوله مانیسمان محسوب می‌شود و معمولاً به روش نورد فشاری چرخشی انجام می‌پذیرد. در این مرحله، شمش فولادی که در مرحله قبل آماده شده، وارد دستگاهی به نام پیرسر می‌شود. دستگاه پیرسر از دو یا چند غلتک مخروطی شکل تشکیل شده است که با زاویه‌ای مشخص نسبت به یکدیگر و نسبت به محور شمش قرار گرفته‌اند. این غلتک‌ها با سرعت بالا می‌چرخند و همزمان به شمش فشار وارد می‌کنند. این عمل چرخش و فشار باعث ایجاد تنش‌های کششی در مرکز شمش می‌شود.
همزمان با چرخش و حرکت طولی شمش بین غلتک‌ها، یک سنبه نوک تیز و مقاوم بh حرارت از مرکز شمش عبور داده می‌شود. تنش‌های داخلی ایجاد شده در شمش و فشار سنبه منجر به ایجاد یک حفره اولیه در طول شمش و تبدیل آن به یک پوسته ضخیم می‌شود. کنترل دقیق دما، سرعت چرخش غلتک‌ها، زاویه غلتک‌ها و طراحی سنبه از عوامل کلیدی در موفقیت این مرحله است.
4.شکل‌دهی به لوله
پوسته ضخیم تولید شده در مرحله پیرسینگ، هنوز به ابعاد و ضخامت نهایی لوله نرسیده است. بنابراین، مرحله بعدی شامل عملیات کشش و نورد برای کاهش ضخامت دیواره و افزایش طول پوسته است. این فرآیند می‌تواند شامل یک یا چند مرحله نورد باشد و با استفاده از دستگاه‌های مختلفی انجام شود.
یکی از متداول‌ترین روش‌ها، استفاده از دستگاه نورد طولی سنبه‌ای است. در این روش، پوسته داغ بر روی یک سنبه بلند قرار می‌گیرد و از میان چندین قفسه نورد عبور داده می‌شود. هر قفسه نورد شامل دو یا چند غلتک است که با آرایش خاصی در اطراف سنبه قرار گرفته‌اند و به تدریج ضخامت دیواره پوسته را کاهش داده و طول آن را افزایش می‌دهند.
روش دیگر، استفاده از دستگاه کشش است. در این روش، پوسته از میان یک قالب و بر روی یک سنبه داخلی ثابت یا شناور کشیده می‌شود. این عمل باعث کاهش قطر خارجی و ضخامت دیواره پوسته و افزایش طول آن می‌شود. فرآیند شکل‌دهی تا رسیدن به ابعاد و ضخامت تقریبی مورد نظر برای لوله ادامه می‌یابد.
5.عملیات حرارتی
پس از شکل‌دهی اولیه و رسیدن به ابعاد تقریبی، لوله‌ها معمولاً دارای تنش‌های داخلی ناشی از فرآیند نورد گرم و ساختار میکروسکوپی غیریکنواخت هستند. برای بهبود خواص مکانیکی، افزایش استحکام، بهبود چقرمگی و همگن‌سازی ساختار، لوله‌ها تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند. نوع عملیات حرارتی به گرید فولاد و خواص مورد نیاز لوله نهایی بستگی دارد.
متداول‌ترین عملیات حرارتی شامل نرماله کردن، کوئنچ و تمپر کردن و آنیل کردن است. در فرآیند نرماله کردن، لوله‌ها تا دمای مشخصی بالاتر از دمای بحرانی فولاد گرم شده، برای مدت زمان معینی در آن دما نگه داشته شده و سپس در هوای آرام سرد می‌شوند. این عمل باعث ایجاد ساختار دانه‌ریز و یکنواخت‌تر می‌شود. در فرآیند کوئنچ و تمپر، لوله‌ها ابتدا تا دمای آستنیته شدن گرم شده، سپس به سرعت در یک محیط خنک کننده سرد می‌شوند (کوئنچ) تا ساختار مارتنزیتی سخت ایجاد شود. پس از آن، برای کاهش تردی و افزایش چقرمگی، عملیات تمپر کردن در دمای پایین‌تر انجام می‌شود. آنیل کردن نیز با هدف نرم کردن فولاد، کاهش سختی و بهبود قابلیت ماشین‌کاری انجام می‌پذیرد.
6.سرد کردن و افزایش استحکام
پس از عملیات حرارتی، لوله‌ها باید به طور کنترل شده سرد شوند. روش سرد کردن تاثیر قابل توجهی بر ساختار نهایی و خواص مکانیکی لوله دارد. همانطور که در بخش عملیات حرارتی اشاره شد، در برخی موارد مانند کوئنچ کردن، سرد کردن سریع در آب یا روغن بخشی از فرآیند افزایش استحکام است. در موارد دیگر، مانند نرماله کردن، سرد کردن در هوای آرام انجام می‌شود.
پس از سرد شدن اولیه، در برخی از روش‌های پیشرفته تولید لوله مانیسمان، ممکن است فرآیندهای دیگری برای افزایش بیشتر استحکام و یا کنترل دقیق‌تر ابعاد انجام شود. یکی از این فرآیندها، نورد سایزینگ یا نورد کاهنده کششی است. در این مرحله، لوله‌ای که هنوز ممکن است کمی داغ باشد یا مجدداً تا دمای مشخصی گرم شده باشد، از میان چندین قفسه نورد کوچک عبور داده می‌شود. این غلتک‌ها با اعمال کشش طولی و فشار شعاعی، قطر نهایی لوله را با دقت بالاتری تنظیم کرده و به یکنواختی ضخامت دیواره کمک می‌کنند.
7.برش و تکمیل
پس از اینکه لوله‌ها به ابعاد و خواص مکانیکی مورد نظر رسیدند، وارد مرحله برش و تکمیل می‌شوند. در این مرحله، ابتدا لوله‌ها به طول‌های استاندارد یا طول‌های سفارشی مشتری برش داده می‌شوند. این برش‌کاری معمولاً با استفاده از اره‌های دیسکی یا تیغه‌های برش دقیق انجام می‌شود تا انتهای لوله‌ها صاف و عمود بر محور لوله باشد. پس از برش، انتهای لوله‌ها ممکن است نیاز به عملیات تکمیلی داشته باشند. این عملیات می‌تواند شامل پخ‌زنی انتهای لوله برای آماده‌سازی جهت جوشکاری، رزوه کاری برای اتصال لوله‌ها به روش پیچی و یا ایجاد شیار باشد.
8.کنترل کیفیت
کنترل کیفیت یک بخش جدایی‌ناپذیر از فرآیند تولید لوله مانیسمان است و در تمامی مراحل، به صورت مستمر انجام می‌شود. هدف از کنترل کیفیت، اطمینان از مطابقت لوله‌های تولیدی با استانداردها و مشخصات فنی مورد نیاز مشتری است. این مرحله شامل مجموعه‌ای از بازرسی‌ها و آزمایش‌های مختلف است.
بازرسی‌های ابعادی شامل کنترل قطر خارجی، ضخامت دیواره، طول و صافی لوله با استفاده از تجهیزات اندازه‌گیری دقیق مانند کولیس، میکرومتر و گیج‌های مخصوص است. آزمایش‌های مکانیکی برای بررسی خواص کششی، سختی، چقرمگی و سایر خواص مرتبط انجام می‌شود. آزمایش‌های غیرمخرب (NDT – Non-Destructive Testing) نقش بسیار مهمی در شناسایی عیوب داخلی و سطحی لوله بدون آسیب رساندن به آن دارند. از جمله روش‌های NDT متداول می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بازرسی اولتراسونیک
- بازرسی ذرات مغناطیسی
- بازرسی مایعات نافذ
- بازرسی جریان گردابی
علاوه بر موارد فوق، آنالیز شیمیایی برای تایید ترکیب مواد و بررسی‌های متالوگرافی برای ارزیابی ساختار میکروسکوپی فولاد انجام می‌شود.
9.پوشش‌دهی
هدف اصلی از پوشش‌دهی، محافظت از لوله در برابر خوردگی و افزایش طول عمر آن است. انواع مختلفی از پوشش‌ها وجود دارد که انتخاب آن‌ها به عواملی مانند نوع سیال عبوری، دمای کاری و شرایط محیطی بستگی دارد. پوشش‌های رایج شامل پوشش گالوانیزه گرم، پوشش پلی‌اتیلن سه‌لایه، پوشش اپوکسی باند شده با ذوب و انواع رنگ‌ها و پوشش‌های پلیمری دیگر است.
10.بسته‌بندی
آخرین مرحله در فرآیند تولید لوله مانیسمان، بسته‌بندی و آماده‌سازی لوله‌ها برای حمل و نقل و انبارداری است. بسته‌بندی مناسب از اهمیت زیادی برخوردار است؛ زیرا از آسیب دیدن لوله‌ها در حین جابجایی و از بروز خوردگی در طول دوره انبارداری جلوگیری می‌کند.
روش بسته‌بندی به اندازه، وزن و تعداد لوله‌ها بستگی دارد. لوله‌های کوچک معمولاً به صورت بسته‌های شش ضلعی یا چهارگوش (باندل) با استفاده از تسمه‌های فولادی یا پلاستیکی محکم بسته‌بندی می‌شوند. برای محافظت بیشتر، ممکن است از درپوش‌های پلاستیکی یا فلزی برای پوشاندن انتهای لوله‌ها استفاده شود تا از ورود رطوبت و آلودگی به داخل لوله جلوگیری شود و از آسیب دیدن پخ یا رزوه انتهای لوله ممانعت به عمل آید. بر روی هر بسته، اطلاعات شناسایی محصول شامل ابعاد لوله، گرید فولاد، شماره ذوب، استاندارد تولید و نام تولیدکننده درج می‌شود. برای لوله‌های با پوشش حساس، ممکن است از مواد محافظ اضافی بین لایه‌های لوله در بسته استفاده شود تا از خراشیدگی پوشش جلوگیری گردد.
تولید لوله مانیسمان چه مزایایی دارد؟
استفاده از روش تولید لوله مانیسمان مزایای قابل توجهی را به همراه دارد که این نوع لوله را به انتخابی برتر در بسیاری از کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است. برخی از مهم‌ترین این مزایا عبارتند از:
- استحکام و یکپارچگی بالا
بارزترین مزیت لوله‌های مانیسمان، عدم وجود درز جوش است. این یکپارچگی ساختاری منجر به استحکام بسیار بالاتر در برابر فشارهای داخلی و خارجی، بارهای خمشی و پیچشی در مقایسه با لوله‌های درزدار می‌شود. عدم وجود منطقه متاثر از حرارت جوش (HAZ) نیز نقاط ضعف بالقوه را از بین می‌برد.
- مقاومت بهتر در برابر فشار و دمای بالا
لوله‌های مانیسمان به دلیل استحکام ذاتی و عدم وجود درز، قادر به تحمل فشارها و دماهای کاری بسیار بالاتری هستند. این ویژگی آن‌ها را برای استفاده در خطوط لوله انتقال نفت و گاز فشار بالا، دیگ‌های بخار، مبدل‌های حرارتی و صنایع نیروگاهی ایده‌آل می‌سازد.
- یکنواختی ساختار و خواص مکانیکی
فرآیند نورد و عملیات حرارتی کنترل شده در تولید لوله‌های مانیسمان منجر به دستیابی به ساختار متالورژیکی یکنواخت‌تر و در نتیجه خواص مکانیکی پایدارتر در سراسر طول و ضخامت لوله می‌شود.
- قابلیت اطمینان بیشتر
عدم وجود درز جوش به معنای حذف یک عامل بالقوه برای نشتی یا شکست است. این امر قابلیت اطمینان لوله‌های مانیسمان را در کاربردهای حساس و حیاتی به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
- مقاومت بهتر در برابر خوردگی
اگرچه مقاومت به خوردگی عمدتاً به گرید فولاد بستگی دارد، اما عدم وجود درز جوش می‌تواند باعث مقاومت در برابر برخی از انواع خوردگی‌های موضعی شود که تمایل به تمرکز در نواحی جوش دارند.
- شکل‌پذیری و قابلیت خمش بهتر
در برخی موارد، لوله‌های مانیسمان به دلیل ساختار یکنواخت، قابلیت بهتری برای عملیات خمش و شکل‌دهی سرد از خود نشان می‌دهند.
- دیواره‌های ضخیم‌تر
فرآیند تولید مانیسمان امکان تولید لوله‌هایی با دیواره‌های بسیار ضخیم را فراهم می‌کند که برای کاربردهای با فشار بسیار بالا ضروری هستند.
این مزایا، علی‌رغم هزینه تولید نسبتاً بالاتر در مقایسه با لوله‌های درزدار، استفاده از لوله‌های مانیسمان را در بسیاری از صنایع توجیه‌پذیر و حتی ضروری ساخته است. جهت خرید لوله مانیسمان با بهترین کیفیت و قیمت بهتر است به سراغ مراکز فروش معتبر همچون آهن گستر بروید. این مجموعه با بهره‌گیری از دانش فنی روز و تاکید بر کیفیت در تمامی مراحل، مفتخر به تامین و عرضه انواع لوله‌های مانیسمان مطابق با استانداردهای جهانی برای پاسخگویی به نیازهای متنوع صنایع کشور می‌باشد.
سخن پایانی
فرآیند تولید لوله مانیسمان یک فرآیند مهندسی دقیق و چند مرحله‌ای است که با هدف تولید لوله‌های فولادی بدون درز با کیفیت و استحکام بالا انجام می‌شود. تمامی جزئیات و اجرای مراحل مختلف، برای دستیابی به محصولی قابل اعتماد و با عملکرد بهینه در نظر گرفته می‌شوند. مزایای بی‌شمار لوله‌های مانیسمان، از جمله استحکام فوق‌العاده، مقاومت در برابر فشار و دمای بالا و یکپارچگی ساختاری، آن‌ها را به گزینه‌ای بی‌بدیل در صنایع حساس و کلیدی تبدیل کرده است.