أنابيب الصلبعبارة عن أنابيب طويلة مجوفة تستخدم لمجموعة متنوعة من الأغراض. يتم إنتاجها بطريقتين متميزتين ينتج عنهما إما أنبوب ملحوم أو غير ملحوم. في كلتا الطريقتين، يتم صب الفولاذ الخام أولاً في شكل بداية أكثر قابلية للتشغيل. ثم يتم تحويله إلى أنبوب عن طريق مد الفولاذ إلى أنبوب غير ملحوم أو دفع الحواف معًا وإغلاقها باللحام. تم إدخال الطرق الأولى لإنتاج الأنابيب الفولاذية في أوائل القرن التاسع عشر، وتطورت بشكل مطرد إلى العمليات الحديثة التي نستخدمها اليوم. يتم إنتاج ملايين الأطنان من الأنابيب الفولاذية كل عام. إن تعدد استخداماته يجعله المنتج الأكثر استخدامًا الذي تنتجه صناعة الصلب.
تاريخ
لقد استخدم الناس الأنابيب منذ آلاف السنين. ولعل الاستخدام الأول كان من قبل المزارعين القدماء الذين حولوا المياه من الجداول والأنهار إلى حقولهم. تشير الأدلة الأثرية إلى أن الصينيين استخدموا أنابيب القصب لنقل المياه إلى المواقع المرغوبة منذ عام 2000 قبل الميلاد، وقد تم اكتشاف أنابيب طينية كانت تستخدم من قبل الحضارات القديمة الأخرى. خلال القرن الأول الميلادي، تم بناء أول أنابيب الرصاص في أوروبا. وفي البلدان الاستوائية، تم استخدام أنابيب الخيزران لنقل المياه. استخدم الأمريكيون المستعمرون الخشب لغرض مماثل. في عام 1652، تم إنشاء أول محطة مياه في بوسطن باستخدام جذوع الأشجار المجوفة.
يتم تشكيل الأنابيب الملحومة عن طريق لف شرائح فولاذية من خلال سلسلة من الأسطوانات المحززة التي تشكل المادة في شكل دائري. بعد ذلك، يمر الأنبوب غير الملحوم عبر أقطاب اللحام. تقوم هذه الأجهزة بإغلاق طرفي الأنبوب معًا.
في وقت مبكر من عام 1840، كان بإمكان عمال الحديد بالفعل إنتاج أنابيب غير ملحومة. في إحدى الطرق، تم حفر ثقب في قطعة معدنية مستديرة من المعدن الصلب. تم بعد ذلك تسخين قطعة الخام وسحبها من خلال سلسلة من القوالب التي تم تمديدها لتشكل أنبوبًا. وكانت هذه الطريقة غير فعالة لأنه كان من الصعب حفر الثقب في المركز. أدى ذلك إلى وجود أنبوب غير متساوٍ حيث يكون أحد الجانبين أكثر سمكًا من الجانب الآخر. وفي عام 1888، تم منح براءة اختراع لطريقة محسنة. في هذه العملية، تم صب المنقار الصلب حول قلب من الطوب المقاوم للحريق. عندما تم تبريده، تمت إزالة الطوب وترك فجوة في المنتصف. منذ ذلك الحين حلت تقنيات الأسطوانة الجديدة محل هذه الأساليب.
تصميم
هناك نوعان من الأنابيب الفولاذية، أحدهما غير ملحوم والآخر به خط ملحوم واحد على طوله. كلاهما لهما استخدامات مختلفة. عادةً ما تكون الأنابيب غير الملحومة خفيفة الوزن ولها جدران أرق. يتم استخدامها للدراجات ونقل السوائل. الأنابيب الملحومة أثقل وأكثر صلابة. تتمتع بتناسق أفضل وعادةً ما تكون أكثر استقامة. يتم استخدامها لأشياء مثل نقل الغاز والقناة الكهربائية والسباكة. عادة، يتم استخدامها في الحالات التي لا يتم فيها وضع الأنبوب تحت درجة عالية من الضغط.
مواد خام
المادة الخام الأساسية في إنتاج الأنابيب هي الفولاذ. يتكون الفولاذ من الحديد في المقام الأول. تشمل المعادن الأخرى التي قد تكون موجودة في السبيكة الألومنيوم والمنغنيز والتيتانيوم والتنغستن والفاناديوم والزركونيوم. يتم استخدام بعض مواد التشطيب أحيانًا أثناء الإنتاج. على سبيل المثال، قد يكون الطلاء.
يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة باستخدام عملية يتم فيها تسخين وتشكيل قطعة صلبة في شكل أسطواني ثم لفها حتى يتم تمديدها وتجويفها. نظرًا لأن المركز المجوف ذو شكل غير منتظم، يتم دفع نقطة ثقب على شكل رصاصة عبر منتصف قطعة الخام أثناء دحرجتها. يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة باستخدام عملية يتم فيها تسخين وتشكيل قطعة معدنية صلبة في شكل أسطواني ثم لفها حتى يتم تمديدها وتجويفها. نظرًا لأن المركز المجوف ذو شكل غير منتظم، يتم دفع نقطة ثقب على شكل رصاصة عبر منتصف قطعة الخام أثناء دحرجتها. تستخدم إذا كان الأنبوب مطليًا. عادة، يتم تطبيق كمية خفيفة من الزيت على الأنابيب الفولاذية في نهاية خط الإنتاج. وهذا يساعد على حماية الأنابيب. على الرغم من أنه ليس في الواقع جزءًا من المنتج النهائي، إلا أنه يتم استخدام حمض الكبريتيك في خطوة تصنيع واحدة لتنظيف الأنابيب.
عملية التصنيع
يتم تصنيع الأنابيب الفولاذية من خلال عمليتين مختلفتين. تتضمن طريقة الإنتاج الشاملة لكلتا العمليتين ثلاث خطوات. أولا، يتم تحويل الفولاذ الخام إلى شكل أكثر عملية. بعد ذلك، يتم تشكيل الأنبوب على خط إنتاج مستمر أو شبه مستمر. وأخيرًا، يتم قطع الأنبوب وتعديله ليتوافق مع احتياجات العميل.
يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة باستخدام عملية يتم فيها تسخين وتشكيل قطعة صلبة في شكل أسطواني ثم لفها حتى يتم تمديدها وتجويفها. نظرًا لأن المركز المجوف ذو شكل غير منتظم، يتم دفع نقطة ثقب على شكل رصاصة عبر منتصف قطعة الخام أثناء دحرجتها.
إنتاج سبيكة
1. يتم تصنيع الفولاذ المنصهر عن طريق صهر خام الحديد وفحم الكوك (مادة غنية بالكربون تنتج عند تسخين الفحم في غياب الهواء) في الفرن، ثم إزالة معظم الكربون عن طريق نفخ الأكسجين في السائل. ثم يُسكب الفولاذ المنصهر في قوالب حديدية كبيرة ذات جدران سميكة، حيث يبرد إلى سبائك.
2. من أجل تشكيل منتجات مسطحة مثل الألواح والألواح، أو المنتجات الطويلة مثل القضبان والقضبان، يتم تشكيل السبائك بين بكرات كبيرة تحت ضغط هائل. إنتاج الأزهار والألواح
3. لإنتاج إزهار، يتم تمرير السبيكة من خلال زوج من بكرات الفولاذ المحززة التي يتم تكديسها. تسمى هذه الأنواع من البكرات "المطاحن ذات الارتفاعين". في بعض الحالات، يتم استخدام ثلاث بكرات. يتم تركيب البكرات بحيث تتطابق أخاديدها وتتحرك في اتجاهين متعاكسين. يؤدي هذا الإجراء إلى ضغط الفولاذ وتمديده إلى قطع أرق وأطول. عندما يتم عكس البكرات بواسطة المشغل البشري، يتم سحب الفولاذ مرة أخرى من خلال جعله أرق وأطول. تتكرر هذه العملية حتى يصل الفولاذ إلى الشكل المطلوب. خلال هذه العملية، تقوم آلات تسمى المناولات بقلب الفولاذ بحيث تتم معالجة كل جانب بالتساوي.
4. يمكن أيضًا دحرجة السبائك إلى ألواح في عملية مشابهة لعملية صنع الزهر. يتم تمرير الفولاذ من خلال زوج من البكرات المكدسة التي تعمل على تمديده. ومع ذلك، هناك أيضًا بكرات مثبتة على الجانب للتحكم في عرض الألواح. عندما يكتسب الفولاذ الشكل المطلوب، يتم قطع الأطراف غير المستوية ويتم تقطيع الألواح أو الزهرات إلى قطع أقصر.مزيد من المعالجة
5. عادةً ما تتم معالجة الأزهار بشكل أكبر قبل تحويلها إلى أنابيب. يتم تحويل الأزهار إلى قطع معدنية عن طريق وضعها من خلال المزيد من الأجهزة المتداول مما يجعلها أطول وأضيق. يتم قطع القضبان بواسطة أجهزة تعرف باسم المقصات الطائرة. هذان زوجان من المقصات المتزامنة التي تتسابق مع قطعة العمل المتحركة وتقطعها. وهذا يسمح بإجراء عمليات قطع فعالة دون إيقاف عملية التصنيع. يتم تكديس هذه القضبان وستصبح في النهاية أنابيب غير ملحومة.
6. يتم أيضًا إعادة صياغة الألواح. ولجعلها قابلة للطرق، يتم تسخينها أولاً إلى درجة حرارة 2200 درجة فهرنهايت (1204 درجة مئوية). يؤدي هذا إلى تكوين طبقة أكسيد على سطح البلاطة. يتم كسر هذا الطلاء بكسارة الترسبات ورذاذ الماء عالي الضغط. يتم بعد ذلك إرسال الألواح عبر سلسلة من البكرات على مطحنة ساخنة وتحويلها إلى شرائح رفيعة وضيقة من الفولاذ تسمى سكيلب. يمكن أن يصل طول هذه الطاحونة إلى نصف ميل. عندما تمر الألواح عبر البكرات، فإنها تصبح أرق وأطول. في غضون ثلاث دقائق تقريبًا، يمكن تحويل لوح واحد من قطعة فولاذية بسمك 6 بوصات (15.2 سم) إلى شريط فولاذي رفيع يمكن أن يصل طوله إلى ربع ميل.
7. بعد التمدد، يتم تخليل الفولاذ. تتضمن هذه العملية تمريرها عبر سلسلة من الخزانات التي تحتوي على حمض الكبريتيك لتنظيف المعدن. للانتهاء، يتم شطفها بالماء البارد والساخن، وتجفيفها ثم لفها على مكبات كبيرة وتعبئتها لنقلها إلى منشأة تصنيع الأنابيب.
8. يتم استخدام كل من السكلب والقضبان في صناعة الأنابيب. يرصد Skelp في الأنابيب الملحومة. يتم وضعه أولاً على آلة الفك. عندما يتم فك بكرة الفولاذ، يتم تسخينها. ثم يتم تمرير الفولاذ من خلال سلسلة من البكرات المحززة. أثناء مرورها، تتسبب البكرات في التفاف حواف السكلب معًا. هذا يشكل أنبوبًا غير ملحوم.
9. يمر الفولاذ بعد ذلك عبر أقطاب اللحام. تقوم هذه الأجهزة بإغلاق طرفي الأنبوب معًا. يتم بعد ذلك تمرير التماس الملحوم من خلال أسطوانة الضغط العالي مما يساعد على إنشاء لحام محكم. يتم بعد ذلك قطع الأنبوب إلى الطول المطلوب وتكديسه لمزيد من المعالجة. الأنابيب الفولاذية الملحومة هي عملية مستمرة، واعتمادًا على حجم الأنبوب، يمكن تصنيعها بسرعة تصل إلى 1100 قدم (335.3 مترًا) في الدقيقة.
10. عند الحاجة إلى الأنابيب غير الملحومة، يتم استخدام القضبان المربعة للإنتاج. يتم تسخينها وتشكيلها لتشكل شكلًا أسطوانيًا، يسمى أيضًا دائريًا. يتم بعد ذلك وضع الجولة في الفرن حيث يتم تسخينها باللون الأبيض الساخن. يتم بعد ذلك دحرجة الجولة الساخنة بضغط كبير. يؤدي هذا التدحرج عالي الضغط إلى تمدد قطعة العمل وتشكل ثقب في المنتصف. نظرًا لأن هذا الثقب غير منتظم الشكل، يتم دفع نقطة ثقب على شكل رصاصة عبر منتصف قطعة الخام أثناء دحرجتها. بعد مرحلة الثقب، قد يظل الأنبوب ذو سمك وشكل غير منتظمين. لتصحيح هذا يتم تمريره من خلال سلسلة أخرى من مصانع الدرفلة. المعالجة النهائية
11. بعد تصنيع أي نوع من الأنابيب، يمكن وضعها من خلال آلة التقويم. ويمكن أيضًا أن تكون مزودة بمفاصل بحيث يمكن توصيل قطعتين أو أكثر من الأنابيب. النوع الأكثر شيوعًا من الوصلات للأنابيب ذات الأقطار الأصغر هو الخيوط، وهي عبارة عن أخاديد ضيقة يتم قطعها في نهاية الأنبوب. يتم إرسال الأنابيب أيضًا من خلال آلة قياس. يتم رسم هذه المعلومات بالإضافة إلى بيانات مراقبة الجودة الأخرى تلقائيًا على الأنبوب. يتم بعد ذلك رش الأنبوب بطبقة خفيفة من الزيت الواقي. تتم معالجة معظم الأنابيب عادةً لمنعها من الصدأ. ويتم ذلك عن طريق جلفنته أو إعطائه طبقة من الزنك. اعتمادًا على استخدام الأنبوب، يمكن استخدام دهانات أو طلاءات أخرى.
ضبط الجودة
يتم اتخاذ مجموعة متنوعة من التدابير لضمان أن الأنابيب الفولاذية النهائية تلبي المواصفات. على سبيل المثال، يتم استخدام أجهزة قياس الأشعة السينية لتنظيم سمك الفولاذ. تعمل المقاييس باستخدام اثنين من الأشعة السينية. يتم توجيه شعاع واحد إلى فولاذ ذو سمك معروف. والآخر موجه نحو الفولاذ المار على خط الإنتاج. إذا كان هناك أي اختلاف بين الشعاعين، فسيؤدي المقياس تلقائيًا إلى تغيير حجم الأسطوانات للتعويض.
يتم أيضًا فحص الأنابيب بحثًا عن العيوب في نهاية العملية. إحدى طرق اختبار الأنابيب هي استخدام آلة خاصة. تقوم هذه الآلة بملء الأنبوب بالماء ومن ثم زيادة الضغط لمعرفة ما إذا كان سيصمد أم لا. يتم إرجاع الأنابيب المعيبة للخردة.