وصف طول وخواص الأنابيب الفولاذية ذات الأقطار الكبيرة

طرق المعالجة الرئيسية لـأنابيب فولاذية ذات قطر كبيرتشمل طرق تشكيل الفولاذ ما يلي: التشكيل بالضغط: وهي طريقة معالجة بالضغط تستخدم قوة الصدم الترددية لمطرقة التشكيل أو ضغط المكبس لتحويل الخامة إلى الشكل والحجم المطلوبين. البثق: وهي طريقة معالجة للفولاذ يتم فيها وضع المعدن في صندوق بثق مغلق وتطبيق ضغط من أحد طرفيه لدفعه للبثق من فتحة القالب المحددة للحصول على منتج نهائي بنفس الشكل والحجم. تُستخدم هذه الطريقة في الغالب لإنتاج الفولاذ غير الحديدي. الدرفلة: وهي طريقة معالجة بالضغط يتم فيها تمرير كتلة الفولاذ عبر الفجوة بين زوج من البكرات الدوارة (بأشكال مختلفة)، مما يؤدي إلى تقليل المقطع العرضي للمادة وزيادة الطول نتيجة لضغط البكرات. سحب الفولاذ: وهي طريقة معالجة يتم فيها سحب الخامة المعدنية المدرفلة (نوع، أنبوب، منتج، إلخ) عبر فتحة القالب لتقليل المقطع العرضي وزيادة الطول. تُستخدم معظم هذه الطرق في التشكيل على البارد. تُصنع أنابيب الفولاذ ذات الأقطار الكبيرة بشكل أساسي عن طريق تقليل الشد والدرفلة المستمرة للمعدن الأساسي المجوف بدون استخدام قالب. تُبيّن وثائق وضع المعايير لإنتاج أنابيب الصلب ذات الأقطار الكبيرة وجود انحرافات مسموح بها في تصنيعها وإنتاجها، وهي كالتالي: الانحراف المسموح به في الطول: يجب ألا يتجاوز الانحراف المسموح به في طول قضبان الصلب عند تسليمها وفقًا للطول المحدد +50 مم. درجة الانحناء والنهاية: يجب ألا يؤثر تشوه الانحناء في قضيب الصلب المستقيم على الاستخدام العادي، ويجب ألا تتجاوز درجة الانحناء الكلية 40% من الطول الكلي لقضيب الصلب؛ يجب قطع نهاية قضيب الصلب بشكل مستقيم، ويجب ألا يؤثر التشوه الموضعي على الاستخدام. الطول: عادةً ما يتم تسليم قضبان الصلب وفقًا لطول ثابت، ويجب تحديد طول التسليم المحدد في العقد؛ عند تسليم قضبان الصلب في لفائف، يجب أن تحتوي كل لفة على قضيب صلب واحد، ويُسمح بأن تتكون 5% من اللفائف في كل دفعة من قضيبين. يتم التفاوض على وزن وقطر الصفيحة وتحديدهما من قبل طرفي العرض والطلب.

وصف طول أنابيب الصلب ذات القطر الكبير:
1. الطول العادي (المعروف أيضًا بالطول غير الثابت): يُطلق مصطلح الطول العادي على أي طول يقع ضمن نطاق الطول المحدد في المعيار، دون اشتراطات طول ثابتة. على سبيل المثال، ينص معيار الأنابيب الإنشائية على أن أنابيب الصلب المدرفلة على الساخن (بالبثق أو التمدد) يتراوح طولها بين 3000 مم و12000 مم، بينما يتراوح طول أنابيب الصلب المسحوبة على البارد (المدرفلة) بين 2000 مم و10500 مم.
٢. الطول إلى الطول: يجب أن يكون الطول إلى الطول ضمن نطاق الطول الطبيعي، وهو بُعد طول ثابت مُحدد مطلوب في العقد. ومع ذلك، من المستحيل عمليًا قصّ الطول المطلوب، لذا ينص المعيار على قيمة الانحراف الموجب المسموح بها لهذا الطول.
3. طول المسطرة المزدوجة: يجب أن يكون طول المسطرة المزدوجة ضمن النطاق المعتاد. يجب تحديد طول المسطرة الواحدة ومضاعفات الطول الإجمالي في العقد (على سبيل المثال، 3000 مم × 3، أي مضاعفات 3000 مم، ويكون الطول الإجمالي 9000 مم). عمليًا، يُضاف انحراف موجب مسموح به قدره 20 مم إلى الطول الإجمالي، بالإضافة إلى هامش قص لكل مسطرة. في حال عدم وجود مواصفات لانحراف الطول وهامش القص في المعيار، يجب التفاوض بشأنهما بين المورد والمشتري وتدوينهما في العقد. يُعادل مقياس الطول المزدوج مقياس الطول الثابت، مما يُقلل بشكل كبير من إنتاجية الشركة. لذلك، من المنطقي أن ترفع الشركة السعر، ويكون نطاق الزيادة السعرية مماثلاً لنطاق الزيادة في الطول الثابت.
4. طول النطاق: يقع طول النطاق ضمن النطاق المعتاد. في حال طلب المستخدم طول نطاق ثابت، يجب تحديده في العقد.

الخواص الميكانيكية لأنابيب الصلب ذات الأقطار الكبيرة:
1. مقاومة الشد: تُعرف مقاومة الشد (σb) بأنها الإجهاد (σ) الناتج عن القوة (Fb) التي تتعرض لها العينة عند كسرها أثناء عملية الشد، وتُقاس بوحدة نيوتن/مم² (ميجا باسكال). وهي تمثل أقصى قدرة للمواد المعدنية على مقاومة التلف تحت تأثير الشد.
٢. نقطة الخضوع: بالنسبة للمواد المعدنية التي تُظهر ظاهرة الخضوع، تُسمى نقطة الخضوع بالإجهاد الذي يسمح للعينة بالاستمرار في الاستطالة دون زيادة القوة (أي عند ثباتها) أثناء عملية الشد. في حال انخفاض القوة، يجب التمييز بين نقطتي الخضوع العليا والسفلى. وحدة قياس نقطة الخضوع هي نيوتن/مم² (ميجا باسكال).
3. الاستطالة بعد الكسر: في اختبار الشد، تُعرف نسبة الزيادة في طول العينة بعد كسرها مقارنةً بطولها الأصلي بالاستطالة. تُقاس الاستطالة بوحدة σ، ووحدتها هي النسبة المئوية (%). تشمل معايير عملية اللحام الرئيسية للأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم عالي التردد: كمية الحرارة المُدخلة للحام، وضغط اللحام، وسرعة اللحام، وزاوية الفتح، وموضع وحجم ملف الحث، وموضع المعاوقة، وغيرها. تؤثر هذه المعايير بشكل كبير على تحسين جودة منتجات الأنابيب الملحومة عالية التردد، وكفاءة الإنتاج، والطاقة الإنتاجية للوحدة. ويمكن للمصنعين تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة من خلال اختيار المعايير المناسبة.

1. مدخلات حرارة اللحام: في لحام الأنابيب الملحومة ذات اللحام المستقيم عالي التردد، تحدد قدرة اللحام كمية مدخلات حرارة اللحام. عندما تكون الظروف الخارجية ثابتة وتكون مدخلات الحرارة غير كافية، لا تصل حافة الشريط المسخن إلى درجة حرارة اللحام وتبقى ثابتة. يؤدي هذا النوع من البنية الصلبة إلى تكوين لحام بارد، ولا يمكن حتى دمجه. ينتج عن نقص الاندماج بسبب قلة مدخلات حرارة اللحام. عادةً ما يتجلى هذا النقص في الاندماج في فشل اختبار التسطيح، أو انفجار الأنبوب الفولاذي أثناء الاختبار الهيدروليكي، أو تشقق خط اللحام عند تقويم الأنبوب الفولاذي. هذا عيب خطير. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر مدخلات حرارة اللحام أيضًا بجودة حافة الشريط. على سبيل المثال، عندما تكون هناك نتوءات على حافة الشريط، فإنها ستتسبب في اشتعال قبل وصولها إلى نقطة اللحام في بكرة البثق، مما يؤدي إلى فقدان قدرة اللحام وانخفاض مدخلات الحرارة، وبالتالي عدم اندماج اللحام أو الحصول على لحام بارد. عندما تكون الحرارة المُدخلة مرتفعة للغاية، تتجاوز حافة الشريط المُسخّن درجة حرارة اللحام، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط أو حتى احتراقه، وقد يتشقق اللحام بعد تعرضه للإجهاد، وأحيانًا يتناثر المعدن المنصهر مُشكّلاً ثقوبًا نتيجةً لانهيار اللحام. وتتجلى هذه العيوب، مثل ثقوب الرمل والثقوب الناتجة عن الحرارة المُدخلة الزائدة، بشكل رئيسي في عدم اجتياز اختبارات التسطيح بزاوية 90 درجة، وعدم اجتياز اختبارات الصدم، وانفجار أو تسرب الأنابيب الفولاذية أثناء الاختبار الهيدروليكي.

٢. ضغط اللحام (تقليل القطر): يُعد ضغط اللحام العامل الرئيسي في عملية اللحام. بعد تسخين حافة الشريط إلى درجة حرارة اللحام، تتحد ذرات المعدن لتشكيل لحام تحت تأثير قوة ضغط أسطوانة البثق. يؤثر مقدار ضغط اللحام على قوة ومتانة اللحام. فإذا كان ضغط اللحام منخفضًا جدًا، لا تندمج حافة اللحام بشكل كامل، ولا يمكن تصريف أكاسيد المعدن المتبقية في اللحام لتشكيل شوائب، مما يقلل بشكل كبير من قوة شد اللحام، ويسهل تشققه عند تعرضه للإجهاد. أما إذا كان ضغط اللحام مرتفعًا جدًا، فسيتم بثق معظم المعدن الذي يصل إلى درجة حرارة اللحام، مما لا يقلل فقط من قوة ومتانة اللحام، بل يُنتج أيضًا عيوبًا مثل النتوءات الداخلية والخارجية الزائدة أو اللحام التراكبي. يُقاس ضغط اللحام ويُحدد عادةً من خلال تغير قطر أنبوب الصلب قبل وبعد أسطوانة البثق، بالإضافة إلى حجم وشكل النتوءات. تأثير قوة بثق اللحام على شكل النتوءات. عند زيادة قوة البثق، يكون التناثر كبيرًا، وكمية المعدن المنصهر المتدفقة كبيرة، مما يؤدي إلى ظهور نتوءات كبيرة ومقلوبة على جانبي اللحام. أما عند انخفاض قوة البثق، فيكاد ينعدم التناثر، وتكون النتوءات صغيرة ومتراكمة. وعند استخدام قوة بثق معتدلة، تكون النتوءات المتشكلة عمودية، ويتراوح ارتفاعها عادةً بين 2.5 و3 مم. عند التحكم الأمثل في قوة البثق، يكون انسياب المعدن في خط اللحام متناظرًا من الأعلى إلى الأسفل، ومن اليمين إلى اليسار، وتتراوح الزاوية بين 55 و65 درجة. يُحسّن التحكم الأمثل في قوة البثق شكل انسياب المعدن في خط اللحام.

3. سرعة اللحام: تُعد سرعة اللحام من أهم معايير عملية اللحام، وهي مرتبطة بنظام التسخين، وسرعة تشوه اللحام، وسرعة تبلور ذرات المعدن. في اللحام عالي التردد، تتحسن جودة اللحام مع زيادة سرعة اللحام، لأن تقليل زمن التسخين يُضيّق منطقة التسخين الطرفية ويُقلل من زمن تكوّن أكاسيد المعدن. أما عند خفض سرعة اللحام، فلا تتسع منطقة التسخين فحسب، بل تتسع المنطقة المتأثرة بالحرارة في اللحام أيضًا، ويتغير عرض منطقة الانصهار بتغير الحرارة المُدخلة، كما تكبر النتوءات الداخلية المتكونة. يختلف عرض خط الانصهار باختلاف سرعات اللحام. عند اللحام بسرعة منخفضة، يُسبب انخفاض الحرارة المُدخلة صعوبات في اللحام. كما يتأثر اللحام بجودة حافة اللوح وعوامل خارجية أخرى، مثل مغناطيسية المعاوقة، وزاوية الفتح، مما قد يُؤدي إلى ظهور عيوب. لذلك، أثناء اللحام عالي التردد، يجب اختيار أسرع سرعة لحام للإنتاج وفقًا لمواصفات المنتج في ظل الظروف التي تسمح بها سعة الوحدة ومعدات اللحام.

4. زاوية الفتح: تُعرف زاوية الفتح أيضًا بزاوية اللحام V، وهي الزاوية بين حافة الشريط قبل بكرة البثق، كما هو موضح في الشكل 6. تتراوح زاوية الفتح عادةً بين 3 و6 درجات، ويُحدد حجمها بشكل أساسي موضع بكرة التوجيه وسُمك صفيحة التوجيه. يؤثر حجم زاوية V بشكل كبير على استقرار اللحام وجودته. عند تقليل زاوية V، تقل المسافة بين حافة الشريط، مما يُعزز تأثير التقارب للتيار عالي التردد، وبالتالي يُمكن تقليل طاقة اللحام أو زيادة سرعة اللحام وتحسين الإنتاجية. أما إذا كانت زاوية الفتح صغيرة جدًا، فسيؤدي ذلك إلى لحام مبكر، أي أن نقطة اللحام ستُضغط وتُصهر قبل الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، مما يُسهل تكوّن شوائب وعيوب اللحام البارد في اللحام، الأمر الذي يُقلل من جودته. على الرغم من زيادة استهلاك الطاقة مع زيادة زاوية V، إلا أنها تضمن استقرار تسخين حواف الشريط في ظروف معينة، وتقلل من فقدان الحرارة من الحواف، وتقلل من مساحة المنطقة المتأثرة بالحرارة. في الإنتاج الفعلي، ولضمان جودة اللحام، تُضبط زاوية V عادةً بين 4 و5 درجات.

5. حجم وموضع ملف الحث: يُعد ملف الحث أداةً مهمةً في لحام الحث عالي التردد، ويؤثر حجمه وموضعه بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج. تتناسب الطاقة المنقولة من ملف الحث إلى الأنبوب الفولاذي طرديًا مع مربع الفجوة السطحية للأنبوب. إذا كانت الفجوة كبيرة جدًا، ستنخفض كفاءة الإنتاج بشكل كبير. يُختار حجم الفجوة عادةً حوالي 10 مم. يُحدد عرض ملف الحث وفقًا للقطر الخارجي للأنبوب الفولاذي. إذا كان ملف الحث عريضًا جدًا، سينخفض ​​حثه، وبالتالي سينخفض ​​جهد المحث، وستنخفض طاقة الخرج. أما إذا كان ملف الحث ضيقًا جدًا، فستزداد طاقة الخرج، ولكن سيزداد أيضًا فقد الطاقة في الأنبوب والملف نفسه. عمومًا، يُعد عرض ملف الحث الأمثل هو 1-1.5 ضعف القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي (حيث D هو القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي). تكون المسافة بين الطرف الأمامي لملف الحث ومركز أسطوانة البثق مساوية لقطر الأنبوب أو أكبر منه بقليل، أي أن 1-1.2 ضعف القطر هو الأنسب. إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، سيقل تأثير زاوية الفتح، مما يؤدي إلى زيادة مسافة التسخين عند الحواف، وبالتالي لن تصل وصلة اللحام إلى درجة حرارة اللحام المطلوبة، مما يؤثر على عمرها الافتراضي.

٦- وظيفة المقاوم وموضعه: يُستخدم قضيب المغناطيس في المقاوم لتقليل التيار عالي التردد المتدفق إلى الجزء الخلفي من الأنبوب الفولاذي، وفي الوقت نفسه تركيز التيار لتسخين الزاوية V للشريط الفولاذي لضمان عدم فقدان الحرارة نتيجة تسخين جسم الأنبوب. في حال عدم وجود تبريد، سيتجاوز قضيب المغناطيس درجة حرارة كوري (حوالي ٣٠٠ درجة مئوية) ويفقد مغناطيسيته. بدون المقاوم، سينتشر التيار والحرارة المتولدة حول جسم الأنبوب بالكامل، مما يزيد من قوة اللحام ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الجسم. لا يوجد تأثير حراري للمقاوم في الأنبوب الخام. يؤثر موضع المقاوم بشكل كبير على سرعة اللحام وجودته. وقد أثبتت التجربة أن أفضل نتيجة للتسوية تكون عندما يكون موضع الطرف الأمامي للمقاوم محاذيًا تمامًا لمحور بكرة البثق. عندما يتجاوز موضع المعاوقة خط مركز أسطوانة الضغط ويمتد إلى جانب آلة التشكيل، يقل تأثير التسطيح بشكل ملحوظ. أما عندما يكون موضعها أقل من خط المركز وعلى جانب أسطوانة التوجيه، تقل قوة اللحام. يُفضل وضع المعاوقة في الأنبوب الخام أسفل المحث، بحيث يتطابق رأسها مع خط مركز أسطوانة البثق أو يتم ضبطه على بُعد 20-40 مم في اتجاه التشكيل، مما يزيد من المعاوقة الخلفية للأنبوب، ويقلل من فقد التيار الدائري، وبالتالي يقلل من طاقة اللحام.