انواع روش های تولید لوله
تعریف لوله یا پایپ
لوله یا پایپ به انگلیسی «Pipe» نوعی مقطع توخالی به شکل استوانه و یا گاها سایر اشکال است که برای انتقال مواد قابل جریان، مثل آب، گاز، دوغاب، پودر، توده های جامدی کوچک و… استفاده میشود. اصطلاح لوله یا پایپ با اصطلاح تیوب عمدتا بجای یکدیگر به کار برده می شوند، در حالیکه دارای تفاوت های بسیار هستند. در این مقاله منظور از لوله همان پایپ می باشد. برای آشنایی با این تفاوت به مبحث تفاوت پایپ و تیوب در مقاله لوله چیست مراجعه نمایید.
انواع لوله یا پایپ
انواع لوله بسیار متفاوت است. این دسته از مصالح ساختمانی معمولا بر اساس ضخامت، قطر، و جنس، در دستهبندیهای مختلفی قرار میگیرند.
بصورت خلاصه، میتوان اینطور گفت که لوله، میتواند از متریال و مواد مختلفی ساخته شود. از جمله رایجترین متریال برای ساخت این وسیله، میتوان سرامیک، شیشه، فایبرگلاس، انواع فلزات، بتن و پلاستیک را نام برد. حتی جالب است بدانید که در گذشته، آن را از چوب، سفال و سرب نیز درست میکردند. نوع پروژه و آن چیزی که قرار است از داخل پایپ عبور کند، همگی در انتخاب متریال لوله، تأثیرگذار خواهند بود.
۳ فرآیند برای تولید لوله های فلزی وجود دارد:
ریخته گری گریز از مرکز : لوله های چدن داکتیل معمولاً به این روش تولید می شوند.
اکسترود یا اکسترودینگ : در تولید لوله های بدون درز مانیسمان کاربرد دارد.
جوشکاری ورق : لوله های درزدار یا درزجوش با این روش تولید می گردند.
ریخته گری گریز از مرکز فلز آلیاژی داغ، یکی از برجسته ترین فرآیندهای تولید لوله است. لوله های چدن داکتیل معمولاً به این روش تولید می شوند.
ریخته گری گریز از مرکز در تولید لوله
ریخته گری گریز از مرکز
ریخته گری گریز از مرکز در ساخت لوله
ریختهگری گریز از مرکز (به انگلیسی: Centrifugal Casting) یکی از روشهای معمول در تولید لولههای فلزی است. در این روش از یک قالب چرخنده برای شکلدهی استفاده میشود. اغلب پروفیل لولهها و بهطور کلی اشکال تولید شده به این روش دایرهای هستند، ولی برای تولید پروفیلهای ششگوش و متقارن کاربرد دارد.
نخستین استفاده از این روش مربوط به اوایل قرن نوزدهم میلادی و کشور انگلستان است که در آن زمان برای تولید لولههای چدنی توسط Anthony Eckhard مورد استفاده قرار گرفت.
این روش ریختهگری برای فلزاتی همچون آهن، فولاد، فولاد زنگنزن، آلیاژهای آلومینیوم، مس و نیکل کاربرد دارد و برای تولید قطعات کمپرسورهای به کار رفته در موتورجت، لولههای کورههای صنایع پتروشیمی، صنایع نظامی، دیگهای بخار، نازلها، چرخدندهها، چرخها، بوش، آستر سیلندر موتور ورینگهای یاتاقان کاربرد دارد.
محدودهٔ ضخامت برای ریختهگری در این روش بین ۲٫۵ تا ۱۲۵ میلیمتر میباشد که معادل با محدودهٔ ۰٫۱ تا ۵ اینچ است. قطر لولههای تولیدی با این روش معمولاً بین ۳ تا ۱۵ متر است.
میزان تلرانس برای قطر داخلی و خارجی در این روش تولید لوله متفاوت بوده و به شرح زیر میباشد:
تلرانس برای قطر خارجی در حدود ۲٫۵ میلیمتر (معادل ۰٫۱اینچ) است.
تلرانس برای قطر داخلی در حدود ۴ میلیمتر (معادل ۰٫۱۵ اینچ) است.
فرآیند تولید لوله در روش ریخته گری گریز از مرکز
در ابتدا فلز مذاب به درون قالب دوار ریخته میشود، سپس با توجه به وارد آمدن نیروی گریز از مرکز به فلز مذاب به سمت بیرونی قالب متمایل میشود. اکنون فرایند انجماد از دیوارهٔ قالب شروع میشود و این گونه نیروی گریز از مرکز با راندن مذاب به سمت دیواره قالب باعث شکلگیری انجماد و شکلدهی حلقوی به فلز مینماید. لازم است ذکر شود در این فرایند از هیچگونه ماهیچه داخلی برای شکلدهی به مذاب استفاده نمیشود؛ همچنین با توجه به خاصیت فرایند در این روش برای ریختهگری مذاب از راهگاه هم استفاده نمیشود.
بدیهی است که ضخامت نهایی دیواره تولیدی هم تابعی از حجم مذاب اولیهٔ ورودی است. در این روش ریختهگری به خاطر عمل چرخش و اختلاف چگالی بین ناخالصیها و مذاب فلز اصلی مورد نظر، ناخالصیها همه روی سطح لوله جمع میشوند و به سادگی با یک ماشینکاری قابل برداشت میباشند.
در فرایند ریختهگری برای تولید ضخامتهای بالا یک تغییر کوچکی در فرایند به وجود میآید و آن این است که فرایند انجماد از هر دو سو، یعنی درون لوله به بیرون آن و بیرون به سمت درون شروع میشود و در این مورد چون احتمال به وجود آمدن مک کمی بالا میرود از هیترهایی جهت گرمکردن سطح داخلی استفاده میشود که این کار باعث میشود انجماد از بخش بیرونی شروع شود.
این سیستم از یک منبع ریختن مذاب، اریفیس (جهت جاری شدن تدریجی مذاب از منبع ریختهگری به قالب در حال چرخش)، قالب در حال چرخش، چرخهای گردانندهٔ قالب که هم در زیر و هم در روی آن هستند و یک موتور برای ایجاد توان لازم برای حرکات قالب استفاده می نماید.
مزایای روش ریخته گری گریز از مرکز
تولید لوله به روش گریز از مرکز، دارای مزایای زیر می باشد:
تعداد قابل توجهی از اجزای استوانهای را میتوان با این روش تولید نمود.
دقت ابعادی مناسبی دارد همچنین قطعه تولید شده از درستی و اعتبار خوبی برخوردار است.
عدم نیاز به تمیزکاری پس از ریختهگری (البته اگر نیاز به شکل دقیقی وجود داشته باشد، قطعه به تمیزکاری نیاز پیدا میکند)
کاهش استفاده از ماهیچهگذاری و ایجاد راهگاه در ریختهگری
خواص مکانیکی بسیار خوبی را میتوان در قطعات تولید شده به این روش یافت
عیبهای به دام افتادن هوا و ایجاد حفره در این روش ریختهگری بسیار ناچیز است؛ علت اصلی این مسئله جدایش گازها به سبب سرعت دورانی میباشد.
به دلیل شکلگیری خوب دانهها در سطح خارجی قطعه مقاومت به خوردگی (corrosion resistance) آن بسیار بالا میباشد.
امکان تولید قطعات با تیراژ بالا با راندمان ریختهگری بالا در حدود نود و پنج درصد.
امکان ریختهگری فلزات با وزن مخصوص بالا
روش اکسترود یا اکسترودینگ در تولید لوله
روش اکسترود در تولید لوله
شلیک سمبه در روش اکسترود
تولید لوله بدون درز (SMLS)، به روش اکسترود یا اکسترودینگ صورت می گیرد. لوله بدون درز بهطور گسترده در صنعت کاربرد دارند. لولههای انتقال سیال گرم یا پرفشار، سطح رویه غلتکهای نورد، مخازن بویلرها و کمپرسورها، مخازن سوخت گاز طبیعی، اجزای مکانیکی گردنده مانند پوسته یاتاقانها، اکسل خودرو و لوله تانکها و دیگر تسلیحات نظامی، تنها بخشی از کاربردهای این نوع لوله میباشد.
ازمهمترین روشهای تولید لولههای بدون درز با طول زیاد، روش نورد پیلگر (به انگلیسی: Pilger mill) است. روش نورد پیلگر در اوایل دهه ۱۸۹۰ میلادی توسط ماکس مانسمان (به انگلیسی: Max Mannesnann) معرفی شد؛ که شکل خاصی از نورد طولی بود و به وسیله آن پوسته استوانهای، به لولههایی با جدار نازک و اندازههای دلخواه تبدیل میشد.
روش نورد پیلگر با توجه به نوع قالبها به ۲ روش نورد به وسیله دوغلتک و نورد به وسیله سه غلتک انجام میگیرد. اگر چه هر دو روش به منظور کاهش ضخامت، از ایجاد فشار، بیشتر از ایجاد کشش بهره میگیرند، اما پیچیدگی طراحی ابزار و روشهای تولید لوله در این دو بسیار با یکدیگر متفاوت است.
فرآیند تولید لوله در روش اکسترود
در این روش، شمش استوانه ای سرخ شده، توسط شلیک یک میله، در فرآیندی به نام سوراخکاری دوار دارای حفره ای می گردد. برای سوراخ کاری دوار، ۲ روش با نام های فرآیند مانسمان و فرآیند استفل وجود دارد. لوله بدون درز ابتدا به سایزهای بزرگتر تولید می گردد، سپس با کشش گرم یا سرد، سایزهای کوچکتری حاصل می گردد. سپس عملیات ماشین کاری، باعث ایجاد لوله بدون درز نهایی می گردد.
تفاوت فرآیند مانسمان و فرآیند استفل در سوراخکاری دوار
در فرآیند مانسمان، قطعه کار اولیه که یک شمش استوانهای است، بین دو غلطک محدب مخروطی که هر دو در یک جهت در حال گردش میباشند قرار میگیرد. غلطکها معمولاً با زاویه ۶ درجه نسبت به محور قطعه کار (استوانه دوار) به موازات هم قرار میگیرند.
فاصله دو غلطک اندکی کمتر از قطر خارجی شمش استوانهای است. بار اعمال شده از طرف دو غلطک فشاری بوده و ۶ درجه انحراف و چرخش در خلاف جهت قطعه کار سبب میشود تا کل شمش استوانهای به صورت یکنواخت تحت فشار قرار بگیرد. نیروهای فشاری سبب گرم شدن استوانه و رسیدن قطر آن به اندازه مطلوب میشوند.
فرایند استیفل بسیار شبیه به فرایند قبلی است با این تفاوت که غلطکهای محدب با دیسکهای مخروطی بزرگ جایگزین شدهاست. با این کار میتوان لولههای بدون درزی با ابعاد بزرگتر از روش قبلی تولید کرد.
