لوله‌های فولادی سیاه و فرایند تولید آن‌ها

یکی از کاربردی ترین انواع لوله های فولادی در صنایع مختلف به خصوص صنعت نفت و گاز استفاده از لوله های فولادی سیاه می باشد. با توجه به همین اهمیت نیز بر آن شدیم تا در این نوشتار از وبلاگ سازه افزار به سراغ شناخت بیشتر شما عزیزان با این نوع از لوله ها رفته و نگاهی جامع تر به این محصولات داشته باشیم، پس مثل همیشه با ما همراه باشید.

لوله فولادی سیاه چیست؟

لوله سیاه که از آن به عنوان لوله سنگین هم نام برده می شود و کاربرد بسیار زیادی در صنایع مختلف هم چون داربست، حفاظ و ساخت انواع شاسی دارد. یکی دیگر از موارد بسیار مهم که از لوله سیاه می توان استفاده کرد، جهت انتقال گازها و مایعات است که به عنوان سیالات می توان از آن بهره گرفت. تمامی این مشخصات نشان می دهد که لوله سیاه چه کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارد به همین دلیل است که از این محصول به عنوان لوله صنعتی نیز نام برده می شود. لازم به ذکر است که لوله فولادی سیاه، ازجمله لوله هایی می باشد که از فولاد ساخته شده اما مجهز به روکش گالوانیزه نمی باشد جالب است بدانید که نام این لوله از روکش فلزی و اکسید آهن که به رنگ تیره روی سطح آن قرار دارد، گرفته شده است.

 

 آشنایی با تاریخچه مختصر لوله فولادی سیاه

شاید برای شما هم جالب باشد اگر بدانید که برای اولین بار یکی از شخصیت های فرانسوی به نام ویلیام ماردوک موفق به دستیابی به فرآیند مدرن جوشکاری لوله شد. درواقع در سال ۱۸۱۵ بود که او یک لامپ را که با سوختن زغال سنگ روشن می شد اختراع نمود. طی این فرایند ماردوک با استفاده از بشکه هایی از مشک های دور ریخته شده، یک لوله مداوم تشکیل داد که گاز زغال سنگ را به لامپ ها منتقل می کرد. چنین ابداعی ردپای اولین لوله های مداوم را به میان کشید. اما در سال ۱۸۲۴ جیمز راسل روش ساخت لوله های فلزی را که سریع و ارزان بود، ثبت کرد. او به انتهای قطعات تخت آهنی به هم وصل شد تا یک لوله بسازد و سپس اتصالات را با حرارت جوش داد. در سال ۱۸۲۵، فرآیند جوش لب به لب ساخته شد که اساس ساخت لوله های مدرن است. از طرفی روش وایت هاوس در سال ۱۹۱۱ توسط جان مون بهبود یافت. درواقع تکنیک وی به تولیدکنندگان امکان ایجاد جریان مداوم از لوله را می دهد. او ماشین آلاتی ساخت که از تکنیک خود استفاده کرد و بسیاری از کارخانه های تولیدی آن را تصویب کردند. پس ازآن بود که نیاز به لوله های فلزی بدون درز ایجاد شد. لوله بدون درز ابتدا با حفر سوراخ در وسط یک سیلندر شکل گرفت. بااین حال، حفر سوراخ با دقت لازم برای اطمینان از یکنواختی در ضخامت دیواره دشوار بود. با پیشرفت ساخت لوله های بدون درز این عملیات با ریختن شمش در اطراف هسته آجری ضد حریق بهبود یافت. چراکه طی این فرایند پس از خنک شدن، آجر برداشته می شود و یک سوراخ در وسط آن باقی می ماند؛ بنابراین اولین لوله های فولادی سیاه از نوع بدون درز پا به عرصه ساخت وساز گذاشتند.

آشنایی با انواع لوله فولادی سیاه

به طورکلی در بازار انواع لوله های فلزی می توان شاهد دودسته لوله فولادی سیاه بدون درز و انواع با درز بود. با توجه به همین دسته بندی نیز در این بخش از این نوشتار به سراغ توضیحاتی در باب انواع لوله فولادی سیاه می رویم.

۱. لوله سیاه بدون درز فولادی

لوله های مانیسمان که بانام های بدون درز نیز شناخته می شوند؛ به آن دسته از لوله های سیاه فولادی گفته می شود که در فرآیند تولید آن ها از انواع روش های جوش فلزات استفاده نمی شود. همچنین از طرف دیگر از دیدگاه ماده اولیه محصولات نیز متفاوت می باشد، به طوری که در لوله های درزدار فرایند تولید از برش ورق و شکل دهی و جوش و سرانجام غلتک استفاده می شود ولی در تولید لوله های مانیسمان از مقاطع فولادی به شکل شمش و از طریق حرارت، کشش، غلتک و عبور از زره و همچنین نیروهای گریز از مرکز استفاده می شود. به طورکلی لوله هایی که به این روش تولید می شوند در صنایع مختلف به لحاظ متریال و مواد اولیه سازنده آن باکیفیت تر و بهتر بوده، همچنین یکنواختی بیشتری را نیز به همراه دارد.

۲. لوله سیاه درزدار فولادی

به طورکلی لوله های سیاه درزدار در دودسته لوله های ای پی ال و سنگین تولید و توزیع می شوند. این لوله ها زیرمجموعه لوله فولادی هستند و دارای استفاده های بسیار زیادی در صنعت و مصارف ساختمانی هستند. از استفاده این لوله ها در مصارف ساختمانی می توان به استفاده در موتورخانه ساختمان ها و لوله های شوفاژ ساختمان ها اشاره کرد. به طورکلی لوله های سیاه درزدار در سایزهای مختلفی تولید و توزیع می شوند. لازم به ذکر است که لوله های سیاه درزدار از نوع لوله های سبک دارای وزنی در رنج ۵ تا ۸ کیلو می باشند. از طرفی لوله سیاه درزدار سنگین نیز در مصارف ساختمانی بسیار مورداستفاده قرار می گیرد و اتصالات این لوله ها از نوع جوشی می باشد. ضخامت بدنه لوله سیاه درزدار سنگین از ۲/۵ میلی متر تا ۴/۸ میلی متر متفاوت است. طول هر شاخه لوله سیاه درزدار سنگین ۶ متر می باشد و حداقل وزن آن ها بین ۷٫۳ تا ۱۵۲ کیلوگرم می باشد.

 

آشنایی با فرایند ساخت لوله های فولادی سیاه از نوع درزدار

به طورکلی مواد اولیه برای تهیه لوله، و ورق های تولیدی از روش نورد گرم و سرد می باشد که به صورت کویل از شرکت های تولیدکننده فولاد خریداری می گردد. جالب است بدانید که معمولاً کویل ها بر اساس سفارش و نیاز تولید به قسمت های کوچک تری که کلاف یا نوار نامیده می شود تقسیم می گردد. تقسیم کویل به کلاف در قسمت برش توسط دستگاه برش انجام می گیرد بعد از برش خوردن کویل و تبدیل شدن به کلاف، این کلاف ها به قسمت نورد منتقل می گردد.

در همین راستا باید اذعان نمود که روش های ساخت و تولید لوله های فولادی سیاه به دودسته کلی تقسیم می شوند که شامل روش های تولید لوله درزدار و انواع بدون درز است.

مرحله اول در تولید لوله های درزدار سیاه:

درروش درزدار فرایند انجام این کار بدین شرح می باشد که گاهی لوله ها از ورق هایی ساخته می شوند که عرضی مساوی محیط لوله حاصل از جوشکاری دارند. بیشتر تولیدکنندگان، کویل های عریض خریداری می کنند و سپس به عرض های دلخواه برش می دهند. کویل های عریض از طریق واگن به قرقره تحویل دهنده ماشین برش منتقل می شوند. قرقره می چرخد و کویل را به آهستگی باز می کند. ورق به زیر تیغه های برش کشیده می شود تا صافی آن به حد کافی برسد و کشیدن آن از میان غلتک به تیغه ها آسان شود. لازم به ذکر است که جنس تیغه های برش از نوع فولاد ابزار است که بالا و یا زیر ورق نصب می شوند و توسط این تیغه ها ورق به عرض مطلوب بریده می شود. ورق های برش داده شده به کلاف تبدیل شده و پس از وزن شدن برای عملیات بعدی ارسال می گردند.

مرحله دوم در تولید:

قبل از شروع فرایند لازم به ذکر است که آماده سازی صحیح لبه ها قبل از جوشکاری در فرآیند جوشکاری مقاومتی لوله ها بسیار مهم است. همچنین مشخصات کیفی شامل سطح ظاهری، شکل فیزیکی، دقت ابعادی، استحکام و مقاومت فیزیکی لبه های تمام کاری شده برای تولید لوله درزدار بسیار مهم می باشد. به سراغ ادامه تشریح فرایند می رویم، کلاف آماده شده در قسمت برش جهت تبدیل به محصول در خط نورد به کلاف گیر انتقال داده می شود. کلاف گیر به اصطلاح کلاف را باز می کند. سپس انتهای کلاف را به ابتدای خط راهنمایی نموده و ابتدای کلاف فعلی را توسط جوشکاری به انتهای کلاف قبلی متصل می کند تا خط نورد پیوسته باشد. بعدازاینکه ابتدای ورق باز شده به انتهای کلاف قبلی جوش خورد، ورق به وسیله تعدادی غلتک هدایت کننده، به داخل انباره هدایت می گردد. انباره محل ذخیره کلاف برای خط نورد می باشد. در ابتدای انباره، یک موتور قرار دارد که ورق را به داخل انباره هدایت می کند و خود انباره نیز دارای یک موتور می باشد که وظیفه جمع کردن ورق را دارد. سپس ورق ذخیره شده در انباره با سرعت ثابتی به داخل خط تولید لوله تغذیه می گردد. لازم به ذکر است که خط تولید لوله به روش مقاومت الکتریکی معمولاً از سه نوع غلتک برای شکل دادن ورق فولادی صاف به دایره، استفاده می کنند.

مرحله سوم:

پس ازاینکه ورق توسط قالب های شکل دهی به شکل لوله درآمد، به محل جوش می رسد. گرمای لازم برای جوشکاری یا به وسیله فرکانس پایین ناشی از الکترودهای دیسکی تأمین می شود و یا توسط فرکانس رادیویی ناشی از تماس یا القای کویل ها فراهم می شود. البته فرکانس های پایین تر یا بالاتر نیز ممکن است استفاده شود. سپس لوله جوشکاری شده از زیر ابزار برش عبور می کند تا اینکه سرباره ایجادشده در سطح بیرونی جوش به دلیل فشار در طول جوشکاری از لوله جدا شود.

مرحله چهارم:

پس ازاینکه لبه های ورق به همدیگر جوش داده شده و به شکل لوله درآمد در حوضچه های آب صابون خنک شده و آنگاه برای تنظیم اندازه نهایی لوله یا برای تبدیل به قوطی و یا پروفیل از بین تعدادی غلتک افقی چرخنده و چندین غلتک عمودی آزاد عبور می کنند. بعد از مرحله اندازه کردن لوله که به طور پیوسته می باشد لوله باید بریده شود. برش به وسیله دیسک برنده و یا اره های سرد که با لوله در حال برش حرکت می کنند انجام می گیرد. برش توسط سامانه ای منظم انجام می شود.

مرحله پایانی ساخت:

پس از برش لوله ها به بخش تکمیل منتقل می شوند که در این قسمت پلیسه گیری انتهای لوله ناشی از برش اره به وسیله الماس های مخصوص انجام و لوله برای انجام آزمون هایدرواستاتیک و دیگر آزمون های لازم آماده می گردد و پس ازانجام آزمون ها و بازرسی های لازم لوله ها برای مارک زنی فرستاده می شود و نهایتاً برای حمل ونقل بسته بندی می گردد.

 

در باب اهمیت استفاده از لوله سیاه در خطوط گاز کشی

جالب است بدانید که در بسیاری از مناطق کشور، از لوله فولادی سیاه به عنوان لوله گازی برای استفاده در خطوط گاز طبیعی استفاده می شود. درواقع این لوله ها به عنوان یک لوله طولانی و مداوم همواره مورداستفاده قرار می گیرند و با هیچ گونه مشکلی مواجه نمی باشند. به طورکلی طبق تحقیقاتی که انجام شده است این نوع لوله ازجمله بهترین گزینه ها در خطوط لوله کشی گاز می باشد، چراکه سبک و بدون خوردگی می باشد، به راحتی سیم پیچ شده و همچنین به راحتی توسط فیوژن گرما یا اتصالات مکانیکی قابل نصب است.

به طور خلاصه می توان اذعان نمود که انواع دیگر لوله ها به طورکلی با ایجاد یک ورق طولانی از فلز ایجاد می شوند. این ورق ها به طول موردنیاز خم می شوند و درز بلند برای لوله جوش داده شده ایجاد می شود. این لوله ها ممکن است شانس بیشتری برای خرابی در امتداد درز جوش داده شده و در ترکیب انعطاف پذیر کمتر نسبت به لوله سیاه داشته باشند اما در همین راستا نیاز به خاطرنشان است که باوجود مواد جدید موجود در بازار و فن آوری های جدید برای حمل ونقل مواد خطرناک مانند گاز طبیعی، برخی از مناطق مجدداً مقررات را بازنویسی کرده اند تا سیستم های تحویل جایگزین را امکان پذیر کند.

آشنایی با روش های جوشکاری لوله های فولادی

روش های جوشکاری لوله ها به چهار دسته تقسیم می شوند که به شرح هر یک از آن ها در این مقاله از سازه افزار خواهیم پرداخت.

• جوش قوس الکتریکی

این نوع جوش که نخستین روش جوشکاری لوله های فولادی به ویژه لوله مانیسمان سیاه است و به عنوان اساسی ترین روش نیز شناخته می شود. رویه این نوع جوشکاری بدین شرح می باشد که از منبع تغذیه ای تشکیل شده که یک قوس الکتریکی ایجاد می کند تا بتوان فرایند جوشکاری لوله را انجام داد. این جوشکاری نیاز به فرد متخصص و تفنگ جوشکاری با الکترود دارد. هم چنین یک مفتول فلزی نیز داریم که از طریق تفنگ تغذیه و ذوب می شود. این فلز ذوب شده به منظور ایجاد جوش روی نقطه موردنظر استفاده می شود. جریان مورداستفاده برای این روش می تواند جریان مستقیم DC یا متناوب AC باشد. نکته ضروری دیگر تنوع الکترودها است که باید متناسب با نوع فلز موردنظر برای جوشکاری لوله انتخاب شود. لازم به ذکر است که این روش برای تمامی جوشکاری های لوله های فولادی در فضای بسته، لوله های مانیسمان و درزدار و برای سازه های ضخیم و سنگین ایده آل است.

• جوشکاری لوله فولادی با گاز بی اثر

این روش ازجمله رایج ترین نوع جوشکاری قوس الکتریکی است. درواقع جوشکاری لوله با استفاده از گاز بی اثر نوعی جوش الکتریکی است که برای استیل، فولاد ضدزنگ آلومینیوم بسیار کارا می باشد. لازم به ذکر است که عاملی که سبب رایج بودن این روش شده، سرعت بالای این نوع جوشکاری است، چراکه طی فرایند آن نیازی به مخلوط کردن گازها نیست.

• جوشکاری لوله فولادی با گاز بی اثر تنگستن

جالب است بدانید که این روش شکل تخصصی تر از جوشکاری قوس الکتریکی است. به طورکلی در این روش به جای سیم الکترود از یک الکترود تنگستن برای تولید قوس موردنیاز و ایجاد جوش مناسب استفاده می کنند. جوشکاری به این روش غالباً نیازی به تمیز کردن محل جوش ندارند. همچنین این روش جوشکاری لوله برای بسیاری از فلزات ازجمله سازه های آلیاژی بسیار مناسب است.

• جوشکاری لوله فولادی با شعله اکسی استیلن

جالب است بدانید که این روش تنها روشی است که شامل ایجاد قوس الکتریکی برای انجام جوش نمی شود. چراکه در این فرایند نیاز به دستگاه های روش های گفته شده در بالا نیست و تنها به مشعلی که با استفاده از تنظیم کننده میزان مخلوط شدن دو گاز و شلنگ هایی که به محفظه های حاوی اکسیژن و استیلن متصل شده، نیاز است. شلنگ هایی که محفظه ها را به تنظیم کننده متصل می کنند دارای طراحی خاص و مخصوص به این صنعت هستند و نباید از این نکته چشم پوشی کرد. به علاوه برای ایجاد جرقه برای روشن کردن مشعل تنها مجاز به استفاده از نوع خاصی از روشن کننده ها که معروف به فندک اصطکاکی است، هستیم. فرایند جوشکاری اکسی استیلن برای فولاد، آلومینیوم، مس، برنز و سایر فلزات نرم به خصوص قطعات کوچک و شکننده و جوشکاری لوله مانیسمان بسیار کاربردی است. این نوع جوشکاری که نیاز به برق ندارد به اعتقاد بسیاری از متخصصین، ساده ترین روش جوشکاری است.

آشنایی با کاربردهای متنوع لوله های فولادی سیاه

لوله های فولادی سیاه به دلیل استحکام بسیار زیادی که دارند در پروژه های صنعتی و ساختمانی مورداستفاده قرار می گیرند و بدون شک نیازی به گالوانیزه شدن این لوله ها نیست. چراکه یکی از مهم ترین فاکتورها و ویژگی های مربوط به این لوله پوشش رنگ اکسید آهن بر روی آن است که همین عامل باعث جلوگیری از زنگ زدن این محصول می گردد. همچنین همان طور که گفته شد لوله های سیاه در صنعت بسیار کارآمد هستند از کاربرد لوله سیاه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• به طورکلی لوله های فولادی سیاه برای لوله کشی روغن و بنزین در صنایع نفت و گاز مورداستفاده قرار می گیرند.

• یکی از موارد کاربرد مربوط با این نوع لوله ها در ساخت داربست است چراکه به دلیل تحمل فشار بالایی که دارد در این بخش مورد استقبال زیادی قرارگرفته اند. لازم به ذکر است که البته جهت ساخت داربست از لوله های فولادی استفاده می شود که گالوانیزه نیز شده اند. هم چنین مبحث مقاومت در این لوله از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است زیرا اگر مبحث استحکام لوله جدی گرفته نشود می تواند خسارات جبران ناپذیری را وارد کند به همین دلیل حتی الامکان لازم است که از لوله سیاه فولادی با قطر ۳/۴۸ میلی متر استفاده شود که در استاندارد DIN هم به این عدد تکیه شده است.

• از دیگر کاربردهای لوله سیاه می توان به استفاده ازآن جهت تولید پروفیل های قوطی، ساختن مصنوعات و سازه فلزی اشاره کرد. برای زمینه های متنوع صنایع مانند گاز، ساختن مخازن تحت فشار بالا در تأسیسات پالایشگاه، نیروگاه ها از لوله های بی درز استفاده می شود که درنتیجه فرم دهی و جوش دادن ورق های فولادی باضخامت ها و جنس های مختلف تولید می شوند.

• یکی دیگر از کاربردهای بسیار مهم در ارتباط با این نوع لوله را می توان به صنعت نفت اشاره کرد. درواقع به جهت انتقال نفت به مناطق بسیار دورافتاده که مبحث مقاومت و استحکام لوله گزینه بسیار مهمی به نظر می رسد مناسب ترین روش برای این کار استفاده از لوله سیاه می باشد.

• هم چنین گاهی به دلیل قدرت و استحکامی که دارد جهت انتقال آب و گاز به دورترین مناطق روستایی از این لوله استفاده می گردد. هم چنین در صنعت برق نیز جهت محافظت از سیم کشی برق نیز از این لوله استفاده می شود.

• لوله های فولادی سیاه به دلیل مقاومت شدیدی که در برابر حرارت دارد برای سیستم های آتش سوزی استفاده می شود.

بنابراین با توجه به آنچه بیان شد در یک نگاه خلاصه محور می توان کاربردهای این نوع از لوله ها را در بخش های زیر خلاصه کرد:

• استفاده در چاه های آب و سیستم فاضلاب

• توزیع گاز در داخل و خارج از منازل، انتقال مایعات و انتقال محتوای مخازن

• ساخت وساز، پروفیل و سازه های فلزی

• انتقال گاز به مناطق روستایی و مناطق شهری

• انتقال بخار و هوا با فشار بالا

• معدن

• کشتی سازی

کلام پایانی

همان طور که در این نوشتار از وبلاگ سازه افزار همچون دیگر مقالات همراه بودید، هدف از این متن نیز برطرف سازی نیازهای اطلاعاتی شما در باب آشنایی با لوله ها فولادی سیاه بود که امیدواریم کارا و مفید بوده باشد. در پایان نیز لازم به یادآوری است که شما می توانید در سایت سازه افزار جامع ترین سایت نیازمندی های صنعت ساخت وساز کشور به خرید آنچه نیاز دارید ازجمله لوله های فولادی سیاه بپردازید.