لوله‌های بدون درز از مواد فلزی با ویژگی‌های برجسته‌ای همچون استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و تحمل دماهای بالا برخوردارند. این محصولات به طور گسترده در حوزه‌های مختلف مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. لوله‌های مانیسمان به دو دسته تقسیم می‌شوند:
لوله‌های فولادی بدون درز نورد گرم و لوله‌های فولادی بدون درز نورد سرد، تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم بر اساس فرآیندهای ساخت متفاوت آنها است. در ادامه، تفاوت‌های این دو نوع لوله فولادی به تفصیل بررسی خواهد شد.
لوله‌های مانیسمان نورد گرم
به طور کلی لوله‌های مانیسمان نورد گرم یکی از بزرگ‌ترین دسته‌های این نوع لوله‌ها به شمار می‌آید. نورد سرد و نورد گرم به هم مرتبط هستند؛ نورد سرد در دمای اتاق و نورد گرم در دمای تبلور مجدد انجام میشود. معمولاً قطر لوله‌های فلزی مانیسمان نورد گرم بیشتر از ۳۸ میلیمتر است. لوله مانیسمان با قطر کمتر را می‌توان به روش نورد سرد یا کشش سرد تولید نمود.
برای درک تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم ابتدا باید به فرایند ساخت هریک از این لوله ها پرداخت که در ادامه توضیح داده شده است.
فرآیند تولید لوله فلزی مانیسمان به روش نورد گرم در سه مرحله اصلی انجام میشود:
- سوراخ کردن شمش
- کشش لوله (اکستنشن)
- پرداخت نهایی لوله مانیسمان
در مرحله اول، بیلت به کوره‌ای با دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سلسیوس منتقل میشود که با سوخت هیدروژن یا استیلن گرم میشود. برای پوشاندن لوله از هوا، کنترل دمای کوره پس از آزاد شدن پانچر از اهمیت بالایی برخوردار است. پس از سوراخ شدن بیلت، لوله تحت فرآیند نورد یا اکستروژن قرار می‌گیرد.
پس از اتمام این فرآیند، لوله فلزی مانیسمان به سایز مورد نظر می‌رسد. در این مرحله، مته‌ای مخروطی شکل که با سرعت بالا می‌چرخد، به داخل بیلت وارد میشود و قطر داخلی و خارجی لوله مانیسمان تعیین می‌گردد. به عبارت دیگر، قطر خارجی مته، نشان‌دهنده قطر داخلی لوله فلزی مانیسمان است. پس از سایز شدن، لوله به برج خنک‌کننده منتقل میشود و پس از سرد شدن، فرآیند صاف کردن لوله آغاز میشود. این مرحله با استفاده از لوله نقاله انجام می‌گیرد و در ادامه، تست هیدرواستاتیک بر روی لوله انجام میشود تا هرگونه عیب داخلی مانند ترک یا حباب شناسایی شود.
لوله فلزی مانیسمان نورد گرم به طور کلی با استفاده از ماشین‌آلات نورد اتوماتیک تولید میشود. در ابتدا، سطح شمش فولاد به دقت تمیز و بازرسی میشود و سپس به طول مورد نیاز برش داده میشود. پس از آن، سطح مقطع شمش بر روی دستگاه سوراخ‌کن قرار می‌گیرد. سپس شمش به کوره منتقل شده و حرارت می‌بیند، در این مرحله دستگاه پانچر درون شمش فولاد را سوراخ و خالی می‌کند. در حین این فرآیند، شمش فولاد به شکل میله‌ای به جلو حرکت کرده و می‌چرخد، که باعث میشود به تدریج کاملاً خالی شود.
پس از این مرحله، لوله به دستگاه نورد اتوماتیک منتقل میشود تا فرآیند نورد ادامه یابد. سپس لوله وارد دستگاه ریل (reel) میشود و ضخامت دیواره آن تعیین می‌گردد. در نهایت، لوله با استفاده از دستگاه سایز کننده به ابعاد مورد نظر تبدیل میشود. «نورد پیوسته» یکی از روش‌های پیشرفته‌تر تولید لوله نورد گرم است که خروجی مناسبی دارد.
هدف اصلی فرآیند سوراخ کردن بیلت فولادی، در واقع دستیابی به یک تیوب توخالی است. قبل از انجام عملیات پرداخت بر روی لوله مانیسمان، نمی‌توان به ویژگی‌ها و کیفیت سطح مطلوب دست یافت، زیرا فلز برای بهبود نیاز به تغییر شکل بیشتری دارد. هدف اصلی دستگاه کشش، کاهش سطح مقطع است تا امکان گسترش محور لوله بیشتر فراهم شود. این فرآیند موجب میشود که ابعاد لوله دقیق‌تر شده، کیفیت سطح آن بهبود یابد و در نتیجه عملکرد و کارایی لوله افزایش یابد.
پس از ورود لوله نورد شده به دستگاه کشش، لازم است که لوله به دستگاه قالب‌سازی منتقل شود تا ویژگی‌های مورد نظر به دست آید. فولاد نورد شده به طور گسترده‌ای در تولید لوله‌های فلزی مانیسمان به کار می‌رود. نورد لوله مانیسمان به دو روش رایج انجام میشود: نورد بدنه توخالی و نورد با استفاده از مندرل (حلقه‌ای). دستگاه‌های سایز کننده و کاهش دهنده وظیفه کاهش قطر و اندازه لوله را بر عهده دارند و همچنین می‌توانند ضخامت دیواره لوله مانیسمان را افزایش یا کاهش دهند.
کاهش تغییرات ناشی از فرآیند سوراخ کردن شمش فولاد هدف اصلی دستگاه نورد است. این فرآیند نورد به بهبود عملکرد و کیفیت سطح لوله کمک می‌کند.
مزایای نورد گرم
نورد گرم قادر است به ریزساختارهای شمش فولاد آسیب برساند و دانه‌های کریستالی فولاد را تصفیه کند. این فرآیند باعث میشود که معایب ریزساختاری برطرف شده و ساختار فولاد فشرده‌تر گردد، که در نتیجه ویژگی‌های مکانیکی آن بهبود می‌یابد. این بهبود در فرآیند نورد مشهود است، به گونه‌ای که فولاد دیگر به طور کامل ایزوتروپیک نیست و در صورت بروز مشکلاتی مانند ترک، حباب یا پوکی ناشی از فشار یا دمای بالا، می‌توان به راحتی این مسائل را حل کرد.
معایب نورد گرم
- پس از این فرآیند، اجزاء غیرفلزی موجود در بافت داخلی فولاد (که عمدتاً شامل سولفیدها، اُکسیدها و سیلیکات‌ها هستند) به صورت یک لایه فشرده درمی‌آیند و فولاد به شکل لایه لایه در می‌آید. این لایه لایه شدن در مرحله کشش به وضوح بیشتر نمایان میشود.
- ایجاد باقیمانده فشار ناشی از سرد شدن نامتعادل. باقیمانده فشار به فشاری اطلاق میشود که در غیاب نیروی خارجی همچنان باقی می‌ماند. لوله‌های نورد گرم با مقاطع مختلف معمولاً تحت تأثیر چنین فشاری قرار دارند و به طور کلی، هرچه سطح مقطع بزرگ‌تر باشد، این باقیمانده فشار نیز بیشتر خواهد بود.
- در محصولات نورد گرم، کنترل ضخامت لوله و عرض لبه آن به خوبی انجام نمی‌شود. اگر با پدیده انبساط و انقباض دمایی آشنا باشید، متوجه خواهید شد که حتی اگر لوله فلزی مانیسمان نورد گرم در ابتدای تولید دارای طول و ضخامت مناسبی باشد، فرآیند خنک شدن می‌تواند منجر به تغییراتی در اندازه‌های محصول نهایی شود، به طوری که معمولاً عرض لبه‌ها افزایش یافته و ضخامت لوله نیز بیشتر میشود.
بیشتر بخوانید: فرایند و روش تولید لوله مانیسمان
لوله‌های مانیسمان نورد سرد
دومین فرایندی که در مبحث تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم به آن مبپردازیم نورد سرد است. دمای فولاد در فرآیند تولید لوله، عامل اصلی تفاوت لوله مانیسمان نورد گرم و نورد سرد به شمار می‌آید. در حالی که هر دو نوع محصول مراحل شکل‌دهی مشابهی را طی می‌کنند، فولاد مورد استفاده در تولید نورد گرم در دماهایی بالاتر از دمای تبلور مجدد، معمولاً بالای 900 درجه سانتی‌گراد، قرار می‌گیرد. برعکس، در تولید لوله‌های نورد سرد، شمش‌ها و بیلت‌های فولادی در دماهای بسیار پایین‌تری از آسیاب‌ها عبور می‌کنند که معمولاً در دمای اتاق است.
این تفاوت دما بر عوامل مختلفی از جمله کیفیت سطح، مقاومت پیچشی، تنش‌های پسماند و غیره در هر دو نوع لوله تأثیر می‌گذارد و باعث تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم میشود.
تولید لوله‌های نورد سرد ابتدا نیازمند عبور از فرآیند نورد گرم است. در این راستا، تولید لوله‌های نورد سرد به نسبت نورد گرم به سوخت، نیروی کار و عملیات بیشتری نیاز دارد. بنابراین، قبل از اینکه لوله‌های فولادی بتوانند به نورد سرد برسند، باید از فرآیند نورد گرم عبور کنند. این مرحله الزامی است زیرا در طول این فرآیند، بلوک‌های فولادی به لوله‌های توخالی تبدیل می‌شوند. فولاد باید دمای تبلور مجدد را پشت سر بگذارد تا فرآیند تولید صافی تسهیل شود. تنها زمانی که آلیاژ به این دما برسد، امکان شکل‌دهی صحیح وجود دارد.
ترشی
یکی دیگر از مواردی که باعث تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم میشود این است که قبل از نورد سرد، لوله‌های فولادی که از طریق نورد گرم تولید شده‌اند، باید از مرحله ترشی عبور کنند. قرار گرفتن در معرض دماهای بالا در طول تولید، منجر به تشکیل فلس روی سطح لوله میشود. این پوشش عمدتاً از انواع اکسیدها تشکیل شده و می‌توان آن را با استفاده از روغن یا آب شست. این فرآیند به حذف رسوبات ترشی کمک می‌کند. پس از اینکه فلس‌ها به طور مؤثر تمیز شدند، لوله‌ها برای فرآیند نورد سرد آماده می‌گردند. در این مرحله، از روش نورد پروفیلی استفاده میشود که در آن لوله فولادی از میان چندین رول در دمای اتاق عبور می‌کند.
تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم به شرح زیر است:
لوله‌های نورد سرد قابلیت خم شدن با دست را دارند و می‌توانند تا حداکثر ظرفیت خود خم شوند، در حالی که لوله‌های نورد گرم به‌راحتی با دست خم نمی‌شوند. دقت تولید لوله‌های نورد سرد بیشتر از لوله‌های نورد گرم است که این تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم منجر به افزایش قیمت آنها نیز میشود.
تأثیر فشار باقیمانده در این دو نوع لوله به‌طور قابل توجهی باعث تفاوت در لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم است؛ به همین دلیل توزیع این فشار در ناحیه اتصال لوله‌ها نیز متفاوت خواهد بود. در لوله‌های سرد با جداره نازک، توزیع فشار باقیمانده به‌صورت منحنی است، در حالی که در لوله‌های گرم، توزیع فشار به‌صورت یکنواخت می‌باشد.
لوله‌های فولادی بدون درز نورد سرد معمولاً دارای قطر کمتری هستند، در حالی که لوله‌های نورد گرم معمولاً قطر بیشتری دارند. سفتی پیچشی لوله‌های تولید شده به روش نورد گرم نسبت به لوله‌های نورد سرد بیشتر است؛ به عبارت دیگر، لوله‌های نورد گرم دارای مقاومت بالاتری در برابر فشار پیچشی هستند.
فولاد نورد سرد امکان کمانش جزئی مقطع را فراهم می‌کند، به‌طوری که می‌توان به‌طور کامل از ظرفیت باربری میله پس از کمانش استفاده کرد. در مقابل، فولاد نورد گرم اجازه کمانش موضعی مقطع را نمی‌دهد.
سخن پایانی
با توجه به مطالب مطرح شده، مشخص میشود که لوله مانیسمان به دلیل کاربرد حساسش در صنایع تحت فشار، از اهمیت بالایی برخوردار است. یکنواختی و عدم وجود درز و جوش در این لوله‌ها، موجب افزایش استحکام و مقاومت آنها در برابر تغییرات دما و خوردگی میشود و همچنین طول عمر مفید آنها را افزایش می‌دهد. روش‌های مختلف تولید، با توجه به تجهیزات و انرژی مورد نیاز، باعث ایجاد تفاوت لوله مانیسمان نورد سرد و نورد گرم از نظر قیمت نیز میشود. بنابراین، ضروری است که با در نظر گرفتن کاربرد، میزان فشار، دما و شرایط کاری، مناسب‌ترین نوع، سایز و استاندارد لوله مانیسمان انتخاب شود.
