لوله ها ساخته می شوند با استفاده از یکی از سه روش ساخت هسته بسته به جنس: لوله های فولادی بدون درز با سوراخ کردن یک شمش فلزی جامد تشکیل می شوند. لوله های فولادی جوش داده شده در امتداد یک درز نورد و ذوب میشوند و لولههای پلاستیکی مانند PVC یا HDPE از طریق فرآیند اکستروژن شکل میگیرند که مواد ذوب شده را از طریق قالب رانده میشود. بر اساس داده های منتشر شده توسط موسسه آهن و فولاد آمریکا، تولید لوله های فولادی جهانی بیش از حد تولید شده است 140 میلیون تن در سال 2023، در حالی که موسسه لوله های پلاستیکی گزارش می دهد که تولید لوله های پلاستیکی به طور متوسط رشد کرده است. 4.2 درصد در سال از سال 2019 به عنوان شهرداری ها جایگزین زیرساخت های فلزی قدیمی می شوند (منبع: گزارش سالانه موسسه لوله های پلاستیکی، 2023).
این مقاله نحوه تولید سه دسته اصلی لوله را گام به گام توضیح میدهد، روشهای تولید آنها را با هم مقایسه میکند و به رایجترین سوالات مردم در مورد نحوه ساخت لولهها پاسخ میدهد.
چرا روش تولید لوله مهم است؟
روش ساخت مورد استفاده، استحکام، هزینه و کاربرد مناسب لوله را تعیین می کند، به همین دلیل است که سازندگان فرآیندهای مختلفی را برای خطوط آبرسانی، خطوط لوله نفت و گاز و ساخت سازه انتخاب می کنند. به عنوان مثال، یک لوله بدون درز معمولاً می تواند فشار داخلی بالاتری نسبت به لوله جوش داده شده با همان قطر تحمل کند، زیرا طبق استانداردهای مهندسی منتشر شده توسط مؤسسه نفت آمریکا (مشخصات API 5L، 2022) هیچ درز جوشی وجود ندارد که می تواند به نقطه ضعف تبدیل شود. به همین دلیل است که لولههای بدون درز معمولاً برای حمل و نقل نفت و گاز با فشار بالا مشخص میشوند، در حالی که لولههای جوشی بیشتر در کاربردهای فشار پایینتر مانند قاببندی ساختاری و توزیع آب استفاده میشوند.
لوله های فولادی بدون درز چگونه ساخته می شوند
لوله های فولادی بدون درز با گرم کردن یک شمش فولادی استوانه ای جامد و سوراخ کردن یک سوراخ در مرکز آن برای تشکیل یک لوله توخالی بدون هیچ گونه اتصال جوشی ساخته می شوند. این فرآیند که معمولاً روش سوراخکاری Mannesmann نامیده میشود، از زمان ثبت اختراع در سال 1885 استاندارد صنعت بوده است و امروزه روش اصلی مورد استفاده برای تولید لولههای فشار بالا باقی مانده است.
- گرم کردن بیلت: یک شمش فولادی گرد جامد در یک کوره دوار تا حدودی گرم می شود 1200 تا 1300 درجه سانتیگراد (2192 تا 2372 درجه فارنهایت) ، فولاد را به اندازه کافی چکش خوار می کند تا سوراخ شود.
- سوراخ کردن: شمش گرم شده بین دو غلتک زاویه دار روی یک نقطه سوراخ رد می شود، که سوراخی را از مرکز وارد می کند و پوسته ای توخالی به نام "لوله مادر" ایجاد می کند.
- ازدیاد طول و نورد: سپس پوسته توخالی کشیده و نورد می شود تا ضخامت دیواره آن کاهش یابد و طول آن افزایش یابد و از سنبه برای حفظ قطر داخلی ثابت استفاده شود.
- سایز بندی: لوله از یک آسیاب اندازه عبور می کند که قطر بیرونی را برای برآورده کردن شرایط دقیق مشخصات تنظیم می کند.
- خنک کننده و برش: لوله تمام شده بر روی یک بستر خنک کننده با هوا خنک می شود، سپس به طول های تجاری استاندارد، معمولاً 6 تا 12 متر (20 تا 40 فوت) بریده می شود.
لوله های فولادی جوش داده شده چگونه ساخته می شوند
لوله های فولادی جوش داده شده با نورد صفحه یا کلاف فولادی مسطح به شکل استوانه ای و ذوب لبه ها به یکدیگر در امتداد یک درز ساخته می شوند که باعث می شود تولید سریعتر و ارزان تر از روش بدون درز باشد.
- باز کردن و صاف کردن: یک سیم پیچ از نوار فولادی تخت از طریق غلتک هایی تغذیه می شود که قبل از شکل دادن آن را صاف و صاف می کند.
- تشکیل: فولاد تخت از میان یک سری غلتک های شکل دهنده عبور می کند که به تدریج آن را به شکل لوله استوانه ای در می آورند.
- جوش دادن درز: دو لبه فولاد نورد شده به هم فشرده و ذوب می شوند، معمولاً از جوشکاری با مقاومت الکتریکی با فرکانس بالا (ERW) استفاده می شود که جریان الکتریکی را از درز عبور می دهد تا گرما ایجاد کند و لبه ها را بدون فلز پرکننده اضافه کند.
- پیرایش درز: مواد اضافی جوش که به عنوان فلاش شناخته می شود، از داخل و خارج درز بریده می شود تا سطح صافی ایجاد شود.
- اندازه و برش: لوله به قطر نهایی خود اندازه می شود و به طول های استاندارد بریده می شود، سپس از نظر کیفیت جوش بررسی می شود.
لوله های پلاستیکی (PVC و HDPE) چگونه ساخته می شوند
لوله های پلاستیکی مانند PVC و HDPE از طریق فرآیند اکستروژن ساخته می شوند که در آن رزین پلاستیک خام ذوب شده و به طور مداوم از طریق یک قالب دایره ای فشار داده می شود تا شکل لوله توخالی ایجاد شود.
- تهیه رزین: گلوله های رزین پلاستیک، همراه با تثبیت کننده ها و مواد افزودنی، قبل از وارد شدن به قیف اکسترودر در نسبت های دقیق مخلوط می شوند.
- ذوب و اکستروژن: یک پیچ چرخان در داخل یک بشکه گرم شده، رزین را ذوب می کند و آن را از طریق یک قالب دایره ای به جلو می برد و یک لوله توخالی پیوسته را تشکیل می دهد. دمای اکستروژن برای PVC معمولاً از 180 تا 210 درجه سانتیگراد (356 تا 410 درجه فارنهایت) طبق دستورالعمل های ساخت موسسه لوله های پلاستیکی.
- اندازه و خنک کننده: لوله هنوز نرم از یک مخزن اندازهگیری خلاء عبور میکند که آن را به قطر صحیح شکل میدهد و به دنبال آن یک حمام خنککننده آب که پلاستیک را جامد میکند.
- برش و زنگ زدن: لوله خنکشده به طول بریده میشود و یک انتهای آن اغلب گرم شده و منبسط میشود تا یک سوکت زنگولهای شکل برای اتصالات مفصلی آسان ایجاد کند.
لوله های مسی چگونه ساخته می شوند
لولههای مسی با حرارت دادن مس تصفیهشده به حالت مذاب، ریختن آن در یک شمش استوانهای توخالی و سپس کشیدن آن از طریق قالبهای کوچکتر برای رسیدن به ضخامت و قطر نهایی جداره ساخته میشوند.
- بازیگری: مس مذاب با استفاده از چرخ ریخته گری چرخان یا روش ریخته گری عمودی به شکل لوله توخالی به نام بیلت ریخته می شود.
- اکستروژن داغ: بیلت گرم می شود و از طریق یک پرس اکستروژن فشار داده می شود تا قطر آن کاهش یابد و لوله بلندتر و نازکتری ایجاد شود.
- نقاشی سرد: لوله از طریق یک سری قالب در دمای اتاق کشیده می شود تا قطر و ضخامت دیواره را بیشتر کاهش دهد و در عین حال طول را افزایش دهد، این فرآیند چندین بار تکرار می شود تا به مشخصات نهایی برسد.
- آنیلینگ: بین پاس های کشش، مس گرم می شود و به آرامی سرد می شود تا استرس داخلی کاهش یابد و انعطاف پذیری بازیابی شود، زیرا کشیدن مکرر سرد فلز را شکننده می کند.
- برش و کلاف: لوله مسی سفت و سخت به طول های مستقیم استاندارد بریده می شود، در حالی که لوله های مسی انعطاف پذیر به سیم پیچ ها پیچیده می شوند.
مقایسه روش های ساخت لوله
جدول زیر چهار روش اصلی تولید لوله را بر اساس مواد خام، فرآیند اولیه و کاربرد معمولی، بر اساس استانداردهای ساخت منتشر شده توسط مؤسسه نفت آمریکا و مؤسسه لوله های پلاستیکی مقایسه می کند.
| نوع لوله | مواد خام | فرآیند اولیه | برنامه مشترک |
| فولاد بدون درز | شمش فولادی جامد | سوراخ کردن و غلتیدن | نفت و گاز پرفشار |
| فولاد جوش داده شده (ERW) | کویل فولادی تخت | جوشکاری نورد و درز | ساختاری، آب کم فشار |
| پلاستیک PVC / HDPE | گلوله های رزین پلاستیکی | اکستروژن | لوله کشی، زهکشی، آبیاری |
| مس | بیلت مسی تصفیه شده | ریخته گری و طراحی سرد | لوله کشی مسکونی، HVAC |
عنوان: مقایسه مواد خام، فرآیندهای تولید و کاربردهای رایج در چهار نوع لوله اصلی، بر اساس استانداردهای مؤسسه نفت آمریکا و مؤسسه لولههای پلاستیکی.
لوله های بدون درز در مقابل لوله های جوش داده شده: کدام عملکرد بهتری دارد؟
لوله های بدون درز عموماً تحت فشار بالا و دمای شدید عملکرد بهتری دارند، در حالی که لوله های جوش داده شده برای استفاده عمومی و فشار کمتر مقرون به صرفه تر هستند. مقایسه زیر تفاوت های عملی را که خریداران و مهندسان در نظر می گیرند نشان می دهد.
| عامل | لوله بدون درز | لوله جوش داده شده |
| تحمل فشار | بالاتر، بدون درز ضعیف | پایین تر از بدون درز |
| هزینه تولید | بالاتر | پایین تر |
| سازگاری ابعادی | می تواند در طول کمی متفاوت باشد | بسیار سازگار |
| محدوده قطر معمولی | محدود به اندازه بیلت | محدوده وسیع تری در دسترس است |
عنوان: مقایسه عملکرد و هزینه بین لوله های فولادی بدون درز و جوش داده شده، بر اساس دستورالعمل های مشخصات API 5L (2022).
کنترل کیفیت در تولید لوله
کنترل کیفیت در تولید لوله بر روشهای آزمایش غیرمخرب متکی است که قبل از خروج لولهها از کارخانه، ترکها، تغییرات ضخامت دیواره و عیوب جوش را بررسی میکند. روش های زیر در سراسر صنعت استاندارد هستند:
- تست اولتراسونیک: امواج صوتی با فرکانس بالا از دیواره لوله عبور می کنند تا ترک ها یا حفره های داخلی که از بیرون قابل مشاهده نیستند را تشخیص دهند.
- تست هیدرواستاتیک: لوله با آب پر می شود و فشار بیش از فشار کاری نامی خود را تحت فشار قرار می دهد تا اطمینان حاصل شود که در اثر استرس نشتی یا خرابی ندارد.
- تست جریان گردابی: یک میدان الکترومغناطیسی برای تشخیص عیوب سطح و نزدیک به سطح استفاده می شود که معمولاً برای بازرسی درزهای جوش داده شده استفاده می شود.
- بازرسی ابعادی: قطر بیرونی، ضخامت دیواره و طول بر اساس مشخصات تحمل با استفاده از گیج های لیزری یا مکانیکی اندازه گیری می شود.
سوالات متداول در مورد نحوه ساخت لوله ها
قوی ترین نوع فرآیند تولید لوله چیست؟
لولهکشی بدون درز به طور کلی قویترین فرآیند تولید در نظر گرفته میشود، زیرا درز جوش ندارد، که رایجترین نقطه ضعف ساختاری را برطرف میکند. به همین دلیل است که لوله های بدون درز انتخاب استاندارد برای حمل و نقل نفت، گاز و بخار با فشار بالا هستند.
چرا لوله های پلاستیکی به جای ریخته گری از طریق اکستروژن ساخته می شوند؟
لولههای پلاستیکی از طریق اکستروژن ساخته میشوند، زیرا این فرآیند امکان تولید مداوم و بدون وقفه در طولهای طولانی با قطر ثابت را فراهم میآورد که بسیار کارآمدتر از ریختهگری بخشهای جداگانه است. اکستروژن همچنین به سازندگان اجازه می دهد تا ضخامت دیواره را در تمام طول لوله به طور دقیق کنترل کنند.
ساخت لوله فولادی چقدر طول می کشد؟
یک لوله فولادی جوش داده شده منفرد را می توان در عرض چند دقیقه در یک خط تولید پیوسته تشکیل داد، جوش داد و برش داد، در حالی که تولید لوله بدون درز به دلیل چندین مرحله گرمایش، سوراخ کردن و نورد درگیر زمان بیشتری می برد. سرعت کامل تولید بستگی به قطر لوله، ضخامت دیواره و تجهیزات خاص آسیاب مورد استفاده دارد.
آیا لوله ها در حین ساخت بازیافت می شوند؟
تولید لوله های فولادی و مسی معمولاً ضایعات بازیافتی را در بیلت خام ترکیب می کند و موسسه آهن و فولاد آمریکا گزارش می دهد که صنعت فولاد ایالات متحده به طور متوسط از بیش از بیش از آن استفاده می کند. 70 درصد محتوای بازیافتی در تمام تولیدات فولادی تولیدکنندگان لوله های پلاستیکی نیز به طور فزاینده ای از رزین بازیافتی پساصنعتی به عنوان بخشی از ترکیب مواد خام خود استفاده می کنند.
نتیجه گیری
درک کردن چگونه لوله ها ساخته می شوند به چهار مسیر اصلی تولید منتهی می شود: لوله های فولادی بدون درز که از طریق سوراخ کردن و نورد تشکیل می شوند، لوله های فولادی جوش داده شده شکل گرفته و در امتداد یک درز ذوب شده اند، لوله های پلاستیکی اکسترود شده از رزین ذوب شده، و لوله های مسی ریخته گری شده و سرد تا اندازه نهایی کشیده می شوند. هر روش بر اساس فشار، دوام و هزینه مورد نیاز کاربرد نهایی لوله انتخاب میشود و روشهای آزمایش دقیق مانند بازرسی اولتراسونیک و هیدرواستاتیک تضمین میکند که هر لوله قبل از رسیدن به میدان، استانداردهای ایمنی را رعایت میکند.
