لوله ها تجهیزاتی هستند که برای انتقال سیالات، ساخت مخازن تحت فشار، صنایع نظامی و کاربردهای وسیع دیگری مورد استفاده قرار می گیرند. در زبان لاتین لوله ها را عموما با دو لغت پایپ و تیوب معرفی می کنند. از نظر ظاهری هر دو لغت به معنی لوله هستند ولی از نظر کاربرد و محل استفاده متفاوت هستند. پایپ به لوله هایی اطلاق می شود که وظیفه انتقال سیال از نقطه ای به نقطه دیگر و در فواصل نسبتا دور را بر عهده دارند. اما تیوب به لوله هایی اطلاق می شود که وظیفه گردش سیال در داخل یک سیستم یا ماشین را بر عهده دارند. لوله ها از جنبه های گوناگونی از جمله جنس، کاربرد و فرآیند ساخت دسته بندی می شوند. از نظر جنس به دو دسته کلی لوله های فلزی و غیر فلزی تقسیم می شوند. از جمله لوله های فلزی پر کاربرد می توان به لوله های فولادی، چدنی، مسی، آلومینیومی، لوله مانیسمان و سربی و از جمله لوله های غیر فلزی پرکاربرد می توان به لوله های پلیمری، شیشه ای، بتنی و سفالی اشاره کرد. جدول زیر کاربرد انواع لوله ها را به تفکیک جنس نمایش می دهد. فرآیند ساخت لوله ها با توجه به جنس آن ها متفاوت است. به عنوان مثال لوله های پلیمری معمولا به روش اکستروژن پلیمری و تزریق پلاستیک، لوله های سفالی بتنی به روش قالب گیری، لوله های شیشه ای به روش قالب گیری شیشه مذاب و لوله های فلزی غالبا به روش اکستروژن تولید می شوند. در ادامه به معرفی لوله مانیسمان، نحوه تعیین قیمت لوله مانیسمان و نحوه تولید و کاربرد این محصول خواهیم پرداخت.
لوله های درزدار
لوله های درزدار لوله هایی هستند که از جوش دادن لبه گرد شده یک ورق پس از عبور از غلتک های متعدد ساخته می شوند و به دو دسته درزدار مستقیم و درزدار مارپیچ تقسیم بندی می شود. لوله های با درز مستقیم معمولا به علت سختی ساخت و استحکام پایین تر، در کاربرد کم تر و محدوده قطرهای کوچک تر مورد استفاده قرار می گیرد. در مقابل لوله های با درز مارپیچ به دلیل مزیت های زیر کاربرد وسیع تری دارند. از مزیت های این لوله ها نسبت به لوله های درزدار مستقیم می توان به موارد زیر اشاره کرد.
لوله های بدون درز
لوله های بدون درز لوله هایی هستند بدون هیچ گونه ناپیوستگی سطحی و داخلی که به صورت یک پارچه تولید می شوند. این لوله ها به دلیل استحکام بالاتر نسبت به لوله های درزدار و تحمل فشار بالاتر، هم مرکزی مقطع لوله و دقت بالای تولید، معمولا در انتقال مواد با دما و فشار بالا، انتقال مواد خورنده و سمی که نشت آن خطرناک است، مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله کاربردهای این لوله ها در صنعت می توان به لوله های تحت فشار انتقال نفت و گاز، مخازن بویلرها، کمپرسورها و به عنوان اجزای مکانیکی گردنده مانند پوسته برینگ ها و اکسل خودرو، لوله تفنگ و تانک در صنایع نظامی اشاره کرد. شکل زیر نمونه ای از لوله های بدون درز را نمایش می دهد.
لوله بدون درز
در گذشته اولین و بهترین روش برای تولید لوله های بدون درز، روش اکستروژن به شمار می رفته است که ابتدا برای تولید لوله های سربی و پس از مدتی برای لوله های فولادی به کار گرفته شده است. امروزه علاوه بر روش اکستروژن، روش های دیگری از جمله ریخته گری، نورد اکستروژن، کشش عمیق، کشش لوله، فلوفرمینگ، اسپینینگ و نورد لوله برای تولید لوله بدون درز استفاده می شود. در سال های اخیر روش نورد لوله، بیشترین کاربرد را در ساخت لوله های بدون درز پیدا کرده است. دلیل این موضوع تولید لوله های با کیفیت بهتر و با طول و ضخامت بیشتر توسط این روش است. روش نورد لوله به سه دسته اصلی نورد سوراخ کاری، نورد پیلگر و نورد اصلاحی تقسیم بندی می شود.
فرآیند نورد لوله
پیشینه تاریخی تولید لوله های بدون درز به روش نورد، به سال 1880 می رسد. در این سال هنگامی که برادران مانسمان در کارخانه خود مشغول تولید سوهان از بیلت استوانه ای بودند متوجه شدند که اگر غلتک های سوهان کاری نسبت به یکدیگر زاویه بگیرند، هسته بیلت ها سست شده و در نهایت منجر به سوراخ شدن مرکز بیلت می شود. آن ها با پیگیری کشف خود توانستند با استفاده از سنبه سوراخ کاری، از این نوع نورد برای سوراخ کردن بیلت های استوانه ای و تولید لوله های بدون درز استفاده کنند. در نهایت در سال 1890 آقای ماکس مانسمان، نورد لوله را به عنوان یک روش مستقل برای تولید لوله بدون درز معرفی کرد.
شکل زیر تولید لوله های بدون درز به روش مانسمان را نمایش می دهد.
تولید لوله بدون درز به روش مانیسمان
فرآیند نورد لوله بر مبنای نوع و نحوه حرکت قطعه و استقرار غلتک ها شامل سه نوع طولی، عرضی و مایل می شود. در نورد طولی، محور غلتک ها با هم موازی اما بر محور قطعه عمود است. در این حالت، غلتک ها خلاف جهت یکدیگر می چرخند و تنها حرکت قطعه حرکت طولی در راستای محورش است. در نورد عرضی محور غلتک ها با هم و با محور قطعه موازی است. در این حالت غلتک ها هم جهت با هم می چرخند و تنها حرکت قطعه حول محورش است. در نورد مایل، محور غلتک ها با هم یک زاویه انحراف می سازند که به زاویه تغذیه معروف است. در این حالت غلتک ها هم جهت با هم می چرخند و قطعه به دلیل زاویه تغذیه غلتک ها، علاوه بر حرکت چرخشی، حرکت طولی نیز دارد. شکل زیر انواع حالت های نورد لوله را نمایش می دهد.
انواع نورد لوله (الف) مایل (ب) عرضی (ج) طولی
تولید لوله های بدون درز به روش پیلگر
روش نورد پیلگر در ساخت لوله های بدون درز، با استفاده از بیلت استوانه های همراه با حفره اولیه انجام می شود. در واقع عملیات نورد، برخلاف روش نورد مانسمان، بر روی یک پوسته استوانه ای انجام می شود. این روش که تحت اثر مانسمان صورت می پذیرد، براساس حجم فرآیند شکل دهی و میزان کاهش قطر، به سه صورت سرد، گرم و داغ انجام می شود. اجزای اصلی در فرآیند پیلگر شامل غلتک های پیلگر، مندرل و پوسته استوانه ای اولیه می شود.
روش نورد مانسمان در ساخت لوله های بدون درز، با استفاده از بیلت استوانه ای یکنواخت و بدون حفره اولیه انجام می شود. در این روش که تحت اثر مانسمان صورت می پذیرد، به علت حجم بالای فرآیند شکل دهی، فرآیند نورد، تحت شرایط دمایی نورد داغ انجام می شود. اجزای اصلی مورد استفاده در این فرآیند شامل دو عدد غلتک مخروطی، دو عدد غلتک راهنما، پلانژر، مندرل و بیلت استوانه ای است. غلتک های مخروطی که وظیفه اصلی را در فرآیند نورد مانسمان بر عهده دارند، به صورت مایل نسبت به هم قرار گرفته اند. زاویه انحراف محور غلتک ها نسبت به محور بیلت که با عنوان زاویه تغذیه بیان می شود، وظیفه تغذیه خودکار بیلت را در فرآیند ایفا می کند. غلتک های راهنما به صورت دو رینگ به شعاع داخلی نزدیک به شعاع لوله تولیدی، وظیفه راهنمایی و عدم خروج از مرکزی بیلت را بر عهده دارند. در روش مانسمان، به علت اعمال فشار شعاعی غلتک ها به بیلت و وجود تنش های کششی ثانویه وارد شده در مرکز آن، حفره هایی محوری در جهت طولی نمونه القا می شوند. شکل زیر نورد سوراخ کاری در روش مانسمان را همراه با تنش های کششی ثانویه ایجاد شده در بیلت نمایش می دهد. در این شکل α زاویه تغذیه غلتک های نورد و β زاویه انحراف این غلتک ها است.
نورد مانیسمان همراه با تنش های کششی ثانویه
با گسترش این حفره ها در جهت طولی بیلت، ترکی محوری در راستای محور بیلت ایجاد می شود. با قرار گیری پلانژر در فاصله مشخصی از بیلت، این ترک در راستای عرضی باز شده و سوراخ مدنظر از طریق گسترش حفره ها و تسلیم شدن ماده به اطراف، در جهت طولی بیلت ایجاد می شود. در این فرآیند پلانژر ثابت بوده و با تغذیه بیلت چرخان به سمت جلو سوراخ تا انتهای آن امتداد می یابد. محل قرارگیری پلانژر بسیار مهم و تعیین کننده است. اگر پلانژر زودتر و قبل از رشد ترک با بیلت برخورد کند باعث فرسایش آن و اگر پلانژر با تاخیر با بیلت برخورد کند، باعث اکسید شدن بیلت در محل ترک می شود و اکسید شدن بیلت موجب کاهش کیفیت سطح داخلی لوله تولیدی خواهد شد.
