آشنایی با لوله‌های فولادی سیاه و فرایند تولید آن‌ها

آشنایی با لوله‌های فولادی سیاه و فرایند تولید آن‌ها

یکی از کاربردی‌ترین انواع لوله‌های فولادی در صنایع مختلف به‌خصوص صنعت نفت و گاز استفاده از لوله‌های فولادی سیاه می‌باشد. 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 لوله‌ها رفته و نگاهی جامع‌تر به این محصولات داشته باشیم، پس مثل همیشه با ما همراه باشید.

لوله فولادی سیاه چیست؟

لوله سیاه که از آن به‌عنوان لوله سنگین هم نام برده می‌شود 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 می‌توان استفاده کرد، جهت انتقال گازها و مایعات است که به‌عنوان سیالات می‌توان از آن بهره گرفت. تمامی این مشخصات نشان می‌دهد که لوله سیاه چه کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارد به همین دلیل است که از این محصول به‌عنوان لوله صنعتی نیز نام برده می‌شود. لازم به ذکر است که لوله فولادی سیاه، ازجمله لوله‌هایی می‌باشد که از فولاد ساخته‌شده اما مجهز به روکش گالوانیزه نمی‌باشد جالب است بدانید که نام این لوله از روکش فلزی و اکسید آهن که به رنگ تیره روی سطح آن قرار دارد، گرفته‌شده است.

 آشنایی با تاریخچه مختصر لوله فولادی سیاه

شاید برای شما هم جالب باشد اگر بدانید که برای اولین بار یکی از شخصیت‌های 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 زغال‌سنگ روشن می‌شد اختراع نمود. طی این فرایند ماردوک با استفاده از بشکه‌هایی از مشک‌های دور ریخته شده، یک لوله مداوم تشکیل داد که گاز زغال‌سنگ را به لامپ‌ها منتقل می‌کرد. چنین ابداعی ردپای اولین لوله‌های مداوم را به میان کشید. اما در سال ۱۸۲۴ جیمز راسل روش ساخت لوله‌های 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 لب‌به‌لب ساخته شد كه اساس ساخت لوله‌های 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 می‌دهد. او ماشین‌آلاتی ساخت که از تکنیک خود استفاده کرد و بسیاری از کارخانه‌های تولیدی آن را تصویب کردند. پس‌ازآن بود که نیاز به لوله‌های فلزی بدون درز ایجاد شد. لوله بدون درز ابتدا با حفر سوراخ در وسط یک سیلندر شکل گرفت. بااین‌حال، حفر سوراخ با دقت لازم برای اطمینان از یکنواختی در ضخامت دیواره دشوار بود. با پیشرفت ساخت لوله‌های 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 می‌شود و یک سوراخ در وسط آن باقی می‌ماند؛ بنابراین اولین لوله‌های فولادی سیاه از نوع بدون درز پا به عرصه ساخت‌وساز گذاشتند.

آشنایی با انواع لوله فولادی سیاه

به‌طورکلی در بازار انواع لوله‌های فلزی می‌توان شاهد دودسته لوله فولادی سیاه بدون درز و انواع با درز بود. با توجه به همین دسته‌بندی نیز در این بخش از این نوشتار به سراغ توضیحاتی در باب انواع لوله فولادی سیاه می‌رویم.

۱. لوله سیاه بدون درز فولادی

لوله‌های مانیسمان که با نام‌های بدون درز نیز شناخته می‌شوند؛ به آن دسته از لوله‌های سیاه فولادی گفته می‌شود که در فرآیند تولید آن‌ها از انواع روش‌های جوش فلزات استفاده نمی‌شود. همچنین از طرف دیگر از دیدگاه ماده اولیه محصولات نیز متفاوت می‌باشد، به‌طوری‌که در لوله‌های درزدار فرایند تولید از برش ورق و شکل‌دهی و جوش و سرانجام غلتک استفاده می‌شود ولی در تولید لوله‌های مانیسمان از مقاطع فولادی به شکل شمش و از طریق حرارت، کشش، غلتک و عبور از زره و همچنین نیروهای گریز از مرکز استفاده می‌شود. به‌طورکلی لوله‌هایی که به این روش تولید می‌شوند در صنایع مختلف به لحاظ متریال و مواد اولیه سازنده آن باکیفیت‌تر و بهتر بوده، همچنین یکنواختی بیشتری را نیز به همراه دارد.

۲. لوله سیاه درزدار فولادی

به‌طورکلی لوله‌های سیاه درزدار در دودسته لوله‌های ای پی ال و سنگین تولید و توزیع می‌شوند. این لوله‌ها زیرمجموعه لوله فولادی هستند و دارای استفاده‌های بسیار زیادی در صنعت و مصارف ساختمانی هستند. از استفاده این لوله‌ها در مصارف ساختمانی می‌توان به استفاده در موتورخانه ساختمان‌ها ولوله‌های شوفاژ ساختمان‌ها اشاره کرد. به‌طورکلی لوله‌های سیاه درزدار در سایزهای مختلفی تولید و توزیع می‌شوند. لازم به ذکر است که لوله‌های سیاه درزدار از نوع لوله‌های سبک دارای وزنی در رنج ۵ تا ۸ کیلو می‌باشند. از طرفی لوله سیاه درزدار سنگین نیز در مصارف ساختمانی بسیار مورداستفاده قرار می‌گیرد و اتصالات این لوله‌ها از نوع جوشی می‌باشد. ضخامت بدنه لوله سیاه درزدار سنگین از ۲/۵ میلی‌متر تا ۴/۸ میلی‌متر متفاوت است. طول هر شاخه لوله سیاه درزدار سنگین ۶ متر می‌باشد و حداقل وزن آن‌ها بین ۷٫۳ تا ۱۵۲ کیلوگرم می‌باشد.

آشنایی با فرایند ساخت لوله‌های فولادی سیاه از نوع درزدار

به‌طورکلی مواد اولیه برای تهیه لوله، و ورق‌های تولیدی از روش نورد گرم و سرد می‌باشد که به‌صورت کویل از شرکت‌های تولیدکننده فولاد خریداری می‌گردد. جالب است بدانید که معمولاً کویل ها بر اساس سفارش و نیاز تولید به قسمت‌های کوچک‌تری که کلاف یا نوار نامیده می‌شود تقسیم می‌گردد. تقسیم کویل به کلاف در قسمت برش توسط دستگاه برش انجام می‌گیرد بعد از برش خوردن کویل و تبدیل شدن به کلاف، این کلاف‌ها به قسمت نورد منتقل می‌گردد.

در همین راستا باید اذعان نمود که روش‌های ساخت و تولید لوله‌های فولادی سیاه به دودسته کلی تقسیم می‌شوند که شامل روش‌های تولید لوله درزدار و انواع بدون درز است.

مرحله اول در تولید لوله‌های درزدار سیاه:

درروش درزدار فرایند انجام این کار بدین شرح می‌باشد که گاهی لوله‌ها از ورق‌هایی ساخته می‌شوند که عرضی مساوی محیط لوله حاصل از جوشکاری دارند. بیشتر تولیدکنندگان، کویل های عریض خریداری می‌کنند و سپس به عرض‌های دلخواه برش می‌دهند. کویل های عریض از طریق واگن به قرقره تحویل‌دهنده ماشین برش منتقل می‌شوند. قرقره می‌چرخد و کویل را به آهستگی باز می‌کند. ورق به زیر تیغه‌های برش کشیده می‌شود تا صافی آن به حد کافی برسد و کشیدن آن از میان غلتک به تیغه‌ها آسان شود. لازم به ذکر است که جنس تیغه‌های برش از نوع فولاد ابزار است که بالا و یا زیر ورق نصب می‌شوند و توسط این تیغه‌ها ورق به عرض مطلوب بریده می‌شود. ورق‌های برش داده‌شده به کلاف تبدیل‌شده و پس از وزن شدن برای عملیات بعدی ارسال می‌گردند.

مرحله دوم در تولید:

قبل از شروع فرایند لازم به ذکر است که آماده‌سازی صحیح لبه‌ها قبل از جوشکاری در فرآیند جوشکاری مقاومتی لوله‌ها بسیار مهم است. همچنین مشخصات کیفی شامل سطح ظاهری، شکل فیزیکی، دقت ابعادی، استحکام و مقاومت فیزیکی لبه‌های تمام‌کاری شده برای تولید لوله درزدار بسیار مهم می‌باشد. به سراغ ادامه تشریح فرایند می‌رویم، کلاف آماده‌شده در قسمت برش جهت تبدیل به محصول در خط نورد به کلاف گیر انتقال داده می‌شود. کلاف گیر به‌اصطلاح کلاف را باز می‌کند. سپس انتهای کلاف را به ابتدای خط راهنمایی نموده و ابتدای کلاف فعلی را توسط جوشکاری به انتهای کلاف قبلی متصل می‌کند تا خط نورد پیوسته باشد. بعدازاینکه ابتدای ورق‌باز شده به انتهای کلاف قبلی جوش خورد، ورق به‌وسیله تعدادی غلتک هدایت‌کننده، به داخل انباره هدایت می‌گردد. انباره محل ذخیره کلاف برای خط نورد می‌باشد. در ابتدای انباره، یک موتور قرار دارد که ورق را به داخل انباره هدایت می‌کند و خود انباره نیز دارای یک موتور می‌باشد که وظیفه جمع‌کردن ورق را دارد. سپس ورق ذخیره‌شده در انباره با سرعت ثابتی به داخل خط تولید لوله تغذیه می‌گردد. 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 می‌کنند.

مرحله سوم:

 پس‌ازاینکه ورق توسط قالب‌های شکل‌دهی به شکل لوله درآمد، به محل جوش می‌رسد. گرمای لازم برای جوشکاری یا به‌وسیله فرکانس پایین ناشی از الکترودهای دیسکی تأمین می‌شود و یا توسط فرکانس رادیویی ناشی از تماس یا القای کویل ها فراهم می‌شود. البته فرکانس‌های پایین‌تر یا بالاتر نیز ممکن است استفاده شود. سپس لوله جوشکاری شده از زیر ابزار برش عبور می‌کند تا اینکه سرباره ایجادشده در سطح بیرونی جوش به دلیل فشار در طول جوشکاری از لوله جدا شود.

مرحله چهارم:

پس‌ازاینکه لبه‌های ورق به همدیگر جوش داده‌شده و به شکل لوله درآمد در حوضچه‌های آب‌صابون 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 می‌کنند. بعد از مرحله اندازه کردن لوله که به‌طور پیوسته می‌باشد لوله باید بریده شود. برش به‌وسیله دیسک برنده و یا اره‌های سرد که با لوله در حال برش حرکت می‌کنند انجام می‌گیرد. برش توسط سامانه‌ای منظم انجام می‌شود.

مرحله پایانی ساخت:

پس از برش لوله‌ها به بخش تکمیل منتقل می‌شوند که در این قسمت پلیسه‌گیری انتهای لوله ناشی از برش اره به‌وسیله الماس‌های مخصوص انجام ولوله برای انجام آزمون هایدرواستاتیک و دیگر آزمون‌های لازم آماده می‌گردد و پس ‌از انجام آزمون‌ها و بازرسی‌های لازم لوله‌ها برای مارک زنی فرستاده می‌شود و نهایتاً برای حمل‌ونقل بسته‌بندی می‌گردد.

در باب اهمیت استفاده از لوله سیاه در خطوط گاز کشی

جالب است بدانید که در بسیاری از مناطق کشور، از لوله فولادی سیاه به‌عنوان لوله گازی برای استفاده در خطوط گاز طبیعی استفاده می‌شود. درواقع این لوله‌ها به‌عنوان یک لوله طولانی و مداوم همواره مورداستفاده قرار می‌گیرند و با هیچ‌گونه مشکلی مواجه نمی‌باشند. به‌طورکلی طبق تحقیقاتی که انجام‌شده است این نوع لوله ازجمله بهترین گزینه‌ها در خطوط لوله‌کشی گاز می‌باشد، چراکه سبک و بدون خوردگی می‌باشد، به‌راحتی سیم‌پیچ شده و همچنین به‌راحتی توسط فیوژن گرما یا اتصالات مکانیکی قابل‌نصب است.

به‌طور خلاصه می‌توان اذعان نمود که انواع دیگر لوله‌ها به‌طورکلی با ایجاد یک ورق طولانی از فلز ایجاد می‌شوند. این ورق‌ها به طول موردنیاز خم می‌شوند و درز بلند برای لوله جوش داده‌شده ایجاد می‌شود. این لوله‌ها ممکن است شانس بیشتری برای خرابی در امتداد درز جوش داده‌شده و در ترکیب انعطاف‌پذیر کمتر نسبت به لوله سیاه داشته باشند اما در همین راستا نیاز به خاطرنشان است که باوجود مواد جدید موجود در بازار و فن‌آوری‌های جدید برای حمل‌ونقل مواد خطرناک مانند گاز طبیعی، برخی از مناطق مجدداً مقررات را بازنویسی کرده‌اند تا سیستم‌های تحویل جایگزین را امکان‌پذیر کند.

آشنایی با روش‌های جوشکاری لوله‌های فولادی

روش‌های جوشکاری لوله‌ها به چهار دسته تقسیم می‌شوند که به شرح هر یک از آن‌ها در این مقاله از سازه افزار خواهیم پرداخت.

• جوش قوس الکتریکی

این نوع جوش که نخستین روش جوشکاری لوله‌های فولادی به‌ویژه لوله مانیسمان سیاه است و به‌عنوان اساسی‌ترین روش نیز شناخته می‌شود. رویه این نوع جوشکاری بدین شرح می‌باشد که از منبع تغذیه‌ای تشکیل‌شده که یک قوس الکتریکی ایجاد می‌کند تا بتوان فرایند جوشکاری لوله را انجام داد. این جوشکاری نیاز به فرد متخصص و تفنگ جوشکاری با الکترود دارد. هم‌چنین یک مفتول فلزی نیز داریم که از طریق تفنگ تغذیه و ذوب می‌شود. این فلز ذوب‌شده به‌منظور ایجاد جوش روی نقطه موردنظر استفاده می‌شود. جریان مورداستفاده برای این روش می‌تواند 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 جوشکاری‌های لوله‌های فولادی در فضای بسته، لوله‌های مانیسمان و درزدار و برای سازه‌های ضخیم و سنگین ایده آل است.

• جوشکاری لوله فولادی با گاز بی‌اثر

این روش ازجمله رایج‌ترین نوع جوشکاری قوس الکتریکی است. درواقع جوشکاری لوله با استفاده از گاز بی‌اثر نوعی جوش الکتریکی است که برای استیل، فولاد ضدزنگ آلومینیوم بسیار کارا می‌باشد. لازم به ذکر است که عاملی که سبب رایج بودن این روش شده، سرعت‌بالای این نوع جوشکاری است، چراکه طی فرایند آن نیازی به مخلوط کردن گازها نیست.

• جوشکاری لوله فولادی با گاز بی‌اثر تنگستن

جالب است بدانید که این روش شکل تخصصی‌تر از جوشکاری قوس الکتریکی است. به‌طورکلی در این روش به‌جای سیم الکترود از یک الکترود تنگستن برای تولید قوس موردنیاز و ایجاد جوش مناسب استفاده می‌کنند. جوشکاری به این روش غالباً نیازی به تمیز کردن محل جوش ندارند. همچنین این روش جوشکاری لوله برای بسیاری از فلزات ازجمله سازه‌های 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 نمی‌شود. چراکه در این فرایند نیاز به دستگاه‌های روش‌های گفته‌شده در بالا نیست و تنها به مشعلی که با استفاده از تنظیم‌کننده میزان مخلوط شدن دو گاز و شلنگ‌هایی که به محفظه‌های حاوی اکسیژن و استیلن متصل شده، نیاز است. شلنگ‌هایی که محفظه‌ها را به تنظیم‌کننده متصل می‌کنند دارای طراحی خاص و مخصوص به این صنعت هستند و نباید از این نکته چشم‌پوشی کرد. به‌علاوه برای ایجاد جرقه برای روشن کردن مشعل تنها مجاز به استفاده از نوع خاصی از روشن‌کننده‌ها که معروف به فندک اصطکاکی است، هستیم. فرایند جوشکاری اکسی استیلن برای فولاد، آلومینیوم، مس، برنز و سایر فلزات نرم به‌خصوص قطعات کوچک و شکننده و جوشکاری لوله مانیسمان بسیار کاربردی است. این نوع جوشکاری که نیاز به برق ندارد به اعتقاد بسیاری از متخصصین، ساده‌ترین روش جوشکاری است.

آشنایی با کاربردهای متنوع لوله‌های فولادی سیاه

لوله‌های فولادی سیاه به دلیل استحکام بسیار زیادی که دارند در پروژه‌های صنعتی و ساختمانی مورداستفاده قرار می‌گیرند و بدون شک نیازی به گالوانیزه شدن این لوله‌ها نیست. چراکه یکی از مهم‌ترین فاکتورها و ویژگی‌های مربوط به این لوله پوشش رنگ اکسید آهن‌بر روی آن است که همین عامل باعث جلوگیری از زنگ زدن این محصول می‌گردد. همچنین همان‌طور که گفته شد لوله‌های سیاه در صنعت بسیار کارآمد هستند از کاربرد لوله سیاه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• به‌طورکلی لوله‌های فولادی سیاه برای لوله‌کشی روغن و بنزین در صنایع نفت و گاز مورداستفاده قرار می‌گیرند.

• یکی از موارد کاربرد مربوط با این نوع لوله‌ها در ساخت داربست است چراکه به دلیل تحمل فشار بالایی که دارد در این بخش مورد استقبال زیادی قرارگرفته‌اند. لازم به ذکر است که البته جهت ساخت داربست از لوله‌های فولادی استفاده می‌شود که گالوانیزه نیز شده‌اند. هم‌چنین مبحث مقاومت در این لوله از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است زیرا اگر مبحث استحکام لوله جدی گرفته نشود می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری را وارد کند به همین دلیل حتی‌الامکان لازم است که از لوله سیاه فولادی با قطر ۳/۴۸ میلی‌متر استفاده شود که در استاندارد DIN هم به این عدد تکیه شده است.

• از دیگر کاربردهای لوله سیاه می‌توان به استفاده ازآن‌جهت تولید پروفیل‌های قوطی، ساختن مصنوعات و سازه فلزی اشاره کرد. برای زمینه‌های متنوع صنایع مانند گاز، ساختن مخازن تحت‌فشار بالا در تأسیسات پالایشگاه، نیروگاه‌ها از لوله‌های بی‌درز استفاده می‌شود که درنتیجه فرم دهی و جوش دادن ورق‌های فولادی باضخامت‌ها و جنس‌های مختلف تولید می‌شوند.

• یکی دیگر از کاربردهای بسیار مهم در ارتباط با این نوع لوله را می‌توان 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 می‌رسد مناسب‌ترین روش برای این کار استفاده از لوله سیاه می‌باشد.

• هم‌چنین گاهی به دلیل قدرت و استحکامی که دارد جهت انتقال آب و گاز به دورترین مناطق روستایی از این لوله استفاده می‌گردد. هم‌چنین در صنعت برق نیز جهت محافظت از سیم‌کشی برق نیز از این لوله استفاده می‌شود.

• لوله‌های فولادی سیاه به دلیل مقاومت شدیدی که در برابر حرارت دارد برای سیستم‌های آتش‌سوزی استفاده می‌شود.

بنابراین با توجه به آنچه بیان شد در یک نگاه خلاصه محور می‌توان کاربردهای این نوع از لوله‌ها را در بخش‌های زیر خلاصه کرد:

• استفاده در چاه‌های آب و سیستم فاضلاب

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

• ساخت‌وساز، پروفیل و سازه‌های فلزی

• انتقال گاز به مناطق روستایی و مناطق شهری

• انتقال بخار و هوا با فشار بالا

• معدن

• کشتی‌سازی

کلام پایانی

همان‌طور 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 لوله‌ها فولادی سیاه بود که امیدواریم کارا و مفید بوده باشد. در پایان نیز لازم به یادآوری است که شما می‌توانید در سایت سازه افزار جامع‌ترین سایت نیازمندی‌های صنعت ساخت‌وساز کشور به خرید آنچه نیاز دارید ازجمله لوله‌های فولادی سیاه بپردازید.