طرق أخرى لتمديد أنابيب الصلب المعالجة على الساخن

نظراً لمحدودية ظروف البليت وقدرة آلة التثقيب على التمديد، فإن حجم ودقة الأنبوب الخام بعد التثقيب لا تلبي متطلبات المستخدم. لذا، يحتاج الأنبوب الخام إلى مزيد من المعالجة. توجد طرق عديدة للمعالجة الحرارية وتمديد أنابيب الصلب غير الملحومة. بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة من الآلات المذكورة أعلاه، تُستخدم الطرق التالية بشكل شائع حالياً.

1. آلة لف الأنابيب الأوتوماتيكية
تتكون آلة لف الأنابيب الأوتوماتيكية من ثلاثة أجزاء: الآلة الرئيسية، والجزء الأمامي، والجزء الخلفي. الآلة الرئيسية عبارة عن مطحنة لف طولية غير قابلة للعكس ذات بكرتين، وتتميز بزوج من بكرات الإرجاع عالية السرعة ذات الدوران العكسي المثبتة خلف بكرات العمل. ولتلبية احتياجات إعادة أنابيب الصلب، تم تزويدها بآلية رفع سريعة لبكرة العمل العلوية وبكرة الإرجاع السفلية. بكرة العمل ذات فتحة دائرية. يتم لف الأنبوب الخام القادم من آلة التثقيب وآلة التمديد في فتحة حلقية تتكون من فتحة دائرية ورأس (رأس مخروطي أو رأس كروي). عادةً ما تتم عملية اللف على مرحلتين. بعد كل مرحلة لف، يتم رفع بكرة العمل العلوية وبكرة الإرجاع السفلية إلى ارتفاع معين، ثم يتم إعادة الأنبوب الخام إلى المرحلة الأمامية بواسطة بكرة الإرجاع، وبعد ذلك يعود الأنبوب الملفوف إلى وضع العمل الأصلي، ويتم تدوير أنبوب الصلب 90 درجة، ثم تتم المرحلة الثانية من اللف بنفس نوع الفتحة. يتم ضبط مقدار التشوه في كل تمريرة بناءً على الفرق في قطر رأس التمريرتين. بعد إعادة أنبوب الصلب المدلفن إلى المرحلة الأمامية، يُنقل أفقيًا إلى آلة التسوية. تمر عملية تشكيله بثلاث مراحل: التسطيح، وتقليل القطر، وتقليل سمك الجدار. تتميز آلة دلفنة الأنابيب الأوتوماتيكية بإمكانية تعديل مواصفات الإنتاج بمرونة. أما بالنسبة لأنواع الصلب، فنطاق استخدامها واسع، حيث يمكن إنتاج أنواع مختلفة من الصلب، مثل الصلب منخفض ومتوسط ​​الكربون، والصلب منخفض السبائك، والفولاذ المقاوم للصدأ، وغيرها. وهي مناسبة للإنتاج بكميات صغيرة ومتعددة الأنواع. من عيوبها ضعف قدرتها على التشكيل، حيث لا يتجاوز إجمالي التمدد في التمريرتين 2.5 سم؛ وعدم انتظام سمك الجدار، وكثرة الخدوش الداخلية التي يجب إزالتها بواسطة آلة التسوية؛ وقصر طول الأنبوب الخام، مما يؤثر على تحسين معدل الإنتاج. كما تتميز بانخفاض كفاءة الإنتاج (بطء وتيرة الدرفلة، ولكنها خفيفة الوزن).

2. مطحنة أنابيب Accu-Roll
هي مطحنة درفلة أفقية ذات أسطوانتين مائلتين ومحور طويل، مزودة بأقراص توجيه فعّالة. يتميز هيكل المطحنة بما يلي: أسطوانتا الدرفلة مخروطيتان. وكما هو الحال في آلة ثقب الأسطوانات المخروطية، توجد زوايا تغذية وزوايا درفلة، مما يؤدي إلى زيادة قطر الأسطوانة تدريجيًا على طول اتجاه الدرفلة، وهو ما يُسهم في تقليل الانزلاق، وتعزيز التمدد الطولي للمعدن، وتقليل التشوه الالتوائي الإضافي. تستخدم المطحنة قرصي توجيه فعّالين كبيري القطر. وتعتمد نمط تشغيل المحور المحدود. كما تعتمد المطحنة على نوع الأسطوانة بدون كتف. وقد ذُكر أن هذا التصميم يتغلب على مشكلة تقليل سمك الجدار بشكل مركزي في جزء الكتف، مما يقلل من عمر الأسطوانة وتأثير تجانس الجدار، وبالتالي يُحسّن دقة سمك جدار الأنبوب الخام.

3. آلة دفع الأنابيب
اقترح هاينريش إرهارد الألماني طريقة دفع الأنابيب لإنتاج أنابيب فولاذية غير ملحومة في وقت مبكر من عام 1892. تنقسم عملية التثقيب في وحدة الدفع الأولية إلى طريقة التثقيب الهيدروليكي، التي تستخدم مكبسًا هيدروليكيًا رأسيًا لضغط سبيكة الفولاذ الموضوعة في القالب لتشكيل أنبوب خشن ذي قاع مقعر، ثم تستخدم رافعة لإخراج الأنبوب الخشن ووضعه على قضيب الدفع الطويل. يُدفع قضيب الدفع ليمر الأنبوب الخشن ذو القاع المقعر عبر مجموعة من ثقوب القالب الحلقية ذات الأقطار المتناقصة بالتتابع، مما يؤدي إلى تقليل القطر وسماكة الجدار وزيادة الطول. تتركز قوة التشوه بالكامل في نهاية قضيب الدفع. بعد عملية الدفع، يجب إزالة القضيب، ثم يُقطع القاع المقعر. من خصائص هذه الطريقة انخفاض الإنتاجية، وعدم انتظام سماكة الجدار بشكل كبير، ومحدودية نسبة الطول إلى القطر للأنبوب الفولاذي. حاليًا، تُستخدم هذه الطريقة فقط لإنتاج أنابيب فولاذية غير ملحومة ذات أقطار كبيرة (400-1400 متر). هناك طريقة أخرى تُسمى طريقة CPE، وهي إنتاج أنابيب خشنة باستخدام الدرفلة المائلة والتثقيب، وتوفير هذه الأنابيب لآلة الدفع عن طريق تقليص أحد طرفيها. تُحسّن هذه الطريقة الإنتاج وجودة المنتج، وتُعيد الحيوية إلى إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة ذات الأقطار الصغيرة باستخدام عملية الدفع.
تتمثل مزايا طريقة الرفع في:
1) استثمار منخفض، ومعدات وأدوات بسيطة، وتكلفة إنتاج منخفضة.
2) إن امتداد وحدة الرفع كبير، ويمكن أن يصل إلى 10 إلى 17. لذلك، يمكن أن يكون عدد المعدات والأدوات المطلوبة لطريقة الرفع لدرفلة المنتجات المماثلة أقل.
3) تتنوع الأنواع والمواصفات بشكل كبير. أما عيوبها فتتمثل في أن دقة سمك الجدار ليست عالية، وأن الأسطح الداخلية والخارجية عرضة للخدوش.

4. بثق الأنابيب الفولاذية
تُعرف طريقة البثق بوضع قطعة المعدن الخام في وعاء مغلق يتكون من أسطوانة بثق، وقالب بثق، وقضيب بثق، ثم يُضغط على المعدن بواسطة قضيب البثق لدفعه للتدفق خارج فتحة قالب البثق، ما يُنتج تشكيلًا لدائنًا للمعدن. تُعد هذه الطريقة من أقدم طرق تصنيع أنابيب الصلب غير الملحومة. وبناءً على العلاقة بين اتجاه قوة قضيب البثق واتجاه تدفق المعدن، تُقسم طريقة البثق إلى بثق موجب وبثق عكسي. يتوافق اتجاه قوة البثق الموجب مع اتجاه تدفق المعدن، بينما يكون اتجاه قوة البثق العكسي معاكسًا له. يتميز البثق العكسي بمزايا عديدة، منها قوة بثق منخفضة، ونسبة بثق عالية، وسرعة بثق عالية، وانخفاض درجة حرارة البثق، وتحسين ظروف البثق، وسهولة تحقيق البثق متساوي الحرارة/الضغط/السرعة، وتحسين أداء بنية المنتج ودقة أبعاده، وتقليل فائض ضغط المعدن في نهاية عملية البثق، وتحسين معدل استخلاص المعدن. إلا أن تشغيلها غير مريح نسبيًا، كما أن حجم المقطع العرضي للمنتج محدود بحجم قضيب البثق. يعود تاريخ استخدام تقنية بثق المعادن في الصناعة إلى أكثر من مئة عام، لكن استخدام تقنية البثق الساخن في إنتاج الصلب تطور تدريجيًا بعد اختراع "سيشي" لمادة تشحيم البثق الزجاجية عام 1941. وعلى وجه الخصوص، ساهم تطوير التسخين غير المؤكسد، وتقنية البثق عالية السرعة، ومواد القوالب، وتقنية تقليل الشد في جعل إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة بالبثق الساخن أكثر اقتصادية ومنطقية، مما أدى إلى تحسين الإنتاج والجودة بشكل كبير، وتوسيع نطاق الأصناف، وبالتالي جذب انتباه العديد من الدول. حاليًا، يتراوح نطاق منتجات أنابيب الصلب المصنعة بالبثق عمومًا بين: القطر الخارجي: 18.4-340 مم، والحد الأدنى لسمك الجدار: 2 مم، والطول: حوالي 15 مترًا، ويمكن أن يصل طول الأنابيب ذات الأقطار الصغيرة إلى 60 مترًا. تبلغ سعة جهاز البثق عمومًا 2000 إلى 4000 طن، والحد الأقصى هو 12000 طن.
بالمقارنة مع طرق الدرفلة الساخنة الأخرى، يتميز إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة المبثوقة بالمزايا التالية:
1) خطوات معالجة أقل، مما يمكن أن يوفر الاستثمار مع نفس الناتج.
2) بما أن المعدن المبثوق يكون في حالة إجهاد ضغط ثلاثي المحاور، فإنه يمكن أن ينتج مواد يصعب أو يستحيل دحرجتها وتشكيلها، مثل السبائك القائمة على النيكل.
3) نظرًا للكمية الكبيرة من تشوه المعدن أثناء عملية البثق (نسبة بثق كبيرة)، وإتمام التشوه الكامل في وقت قصير جدًا، فإن بنية المنتج موحدة والأداء جيد.
4) هناك عيوب قليلة على الأسطح الداخلية والخارجية، ودقة الأبعاد الهندسية عالية.
5) يتميز تنظيم الإنتاج بالمرونة والملاءمة للإنتاج بكميات صغيرة ومتعددة الأنواع.
6) يمكنها إنتاج الأنابيب والأنابيب المركبة ثنائية المعدن ذات المقاطع المعقدة.
أما عيوبها فهي:
1) متطلبات عالية للمواد التشحيم والتدفئة، مما يزيد من تكاليف الإنتاج.
2) وعمر الأداة قصير، واستهلاكها كبير، وسعرها باهظ.
3) معدل الإنتاج منخفض، مما يقلل من القدرة التنافسية للمنتج.

5. مطحنة الأنابيب الدورية (مطحنة أنابيب بيلجر) لدرفلة الأنابيب
بدأ الإنتاج الصناعي لطاحونة الأنابيب الدورية عام ١٩٩٠. وهي طاحونة أحادية الإطار ذات أسطوانتين. تحتوي الأسطوانة على فتحة ذات مقطع عرضي متغير. تدور الأسطوانتان في اتجاهين متعاكسين، ويتم تغذية الأنبوب الخام في الاتجاه المعاكس لدورة الأسطوانة. تدور الأسطوانة دورة كاملة، دافعةً الأنبوب الخام للخارج، مما يؤدي إلى تقليل قطره وسماكة جداره، ثم يتم تشكيله داخل الفتحة لإتمام عملية الدرفلة. بعد ذلك، يُعاد تغذية الأنبوب الخام للدرفلة. يتطلب إتمام عملية الدرفلة تدوير الأنبوب الخام ذهابًا وإيابًا داخل الفتحة عدة مرات، ولذلك تُسمى طاحونة درفلة الأنابيب الدورية، أو طاحونة بيلجر. تتم معالجة الأنبوب دوريًا بواسطة فتحة الأسطوانة ذات المقطع العرضي المتغير، وتتكامل عمليتا التغذية والدوران لمادة الأنبوب لإخضاع جدار الأنبوب لتشوهات تراكمية متعددة، مما يؤدي إلى تقليل سماكة الجدار وزيادة استطالته.
خصائص طريقة الإنتاج هذه هي:
1) إنه أكثر ملاءمة لإنتاج الأنابيب ذات الجدران السميكة، ويمكن أن يصل سمك جداره إلى 60-120 مم؛
2) يتميز نطاق أنواع الفولاذ المُعالَج باتساعه النسبي. وبما أن طريقة تشكيله تجمع بين الحدادة والدرفلة، فإنه يُمكن من إنتاج أنابيب من معادن منخفضة اللدونة ويصعب تشكيلها، وتتميز هذه الأنابيب الفولاذية بخصائص ميكانيكية ممتازة.
3) طول أنبوب الصلب الملفوف كبير، يصل إلى 35 مترًا.
4) إنتاجية المطحنة منخفضة، بشكل عام 60-80%، لذا فإن الناتج منخفض؛ لذلك، تحتاج آلة التثقيب إلى أن تكون مجهزة بمطحنتين دوريتين لدرفلة الأنابيب لتحقيق التوازن.
5) لا يمكن معالجة الذيل، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في القطع وانخفاض معدل الإنتاج.
6) جودة سطح رديئة وسماكة جدار غير متساوية بشكل خطير.
7) استهلاك الأدوات الكبيرة، بشكل عام 9-35 كجم/طن.

6. التمدد الحراري لأنبوب الصلب
يبلغ الحد الأقصى للقطر الخارجي لأنبوب الصلب النهائي المُنتَج بواسطة وحدة أنابيب الصلب غير الملحومة المدرفلة على الساخن أقل من 530 مم لوحدة الدرفلة الأوتوماتيكية، وأقل من 460 مم لوحدة الدرفلة المستمرة، وأقل من 660 مم لوحدة بيلجر الكبيرة. عند الحاجة إلى أنبوب صلب بقطر أكبر، يُمكن استخدام طريقة التمديد الساخن للأنابيب الفولاذية، بالإضافة إلى طريقتي الدفع والبثق. تُتيح هذه الطريقة حاليًا إنتاج أنابيب رقيقة الجدران بقطر خارجي أقصى يبلغ 1500 مم للأنابيب الفولاذية غير الملحومة. توجد ثلاث طرق للتمديد الساخن لأنابيب الصلب: الدرفلة المائلة، والسحب، والدفع. بدأت هذه الطرق الثلاث في ثلاثينيات القرن العشرين. تتطلب الدرفلة المائلة والسحب تسخين أنبوب الصلب بالكامل قبل إجراء عملية التشكيل، بينما لا يتطلب الدفع تسخين الأنبوب بأكمله.
آلة التمدد بالدرفلة المائلة
عملية التمدد بالدرفلة المائلة هي كالتالي: تُنقل مادة الأنبوب المُسخّنة إلى آلة التمدد بالدرفلة المائلة لتمديدها. تتكون هذه الآلة من أسطوانتين متماثلتين في الشكل، بزاوية 30 درجة بالنسبة لخط الدرفلة، وتُدار كل أسطوانة بمحرك خاص بها لتدور في نفس الاتجاه. يشارك السدادة في عملية التشكيل في منطقة التمدد، مما يُحدث حركة حلزونية في الأنبوب الفولاذي داخل هذه المنطقة. يتم درفلة جدار الأنبوب بواسطة الأسطوانات والسدادة، مما يؤدي إلى زيادة قطر التمدد وتقليل سُمك الجدار. يتحمل قضيب الدفع القوة المحورية للسدادة، ويمكن تركيبه على جانب المدخل أو المخرج. تُنتج عملية التمدد بالدرفلة المائلة أنابيب فولاذية بسُمك جدار يتراوح بين 6 و30 مم، وبقطر خارجي أقصى يبلغ 710 مم. من عيوب هذه العملية وجود آثار حلزونية متبقية على السطحين الداخلي والخارجي للأنبوب، مما يُقلل من جودة السطح. لهذا السبب، يجب تركيب آلة تسوية وآلة قياس. يتميز هذا النوع من آلات التوسيع بمعدات ضخمة، وتكاليف استثمارية عالية، وقيود معينة على أنواع الأنابيب، ولا يمكنه إنتاج أنابيب ذات جدران سميكة.
آلة توسيع الرسم
تُعدّ عملية السحب والتمديد طريقة إنتاج ذات قدرة إنتاجية منخفضة، إلا أنها لا تزال مستخدمة نظرًا لبساطة معداتها وعملياتها وسهولة تشغيلها آليًا. يمكن استخدام آلة السحب والتمديد في كلٍ من السحب على البارد والسحب على الساخن. عندما لا يكون مقدار التمدد كبيرًا، وعندما تكون هناك حاجة لتحسين الخصائص الفيزيائية والميكانيكية ودقة أبعاد الأنابيب الفولاذية، يُمكن استخدام السحب على البارد. تتضمن عملية السحب على الساخن للأنابيب الفولاذية تسخين مادة الأنبوب، وتوسيع أطرافه، ثم التمديد والسحب، والتقويم، وقطع الأطراف، والفحص. تبلغ نسبة التمدد في كل عملية تسخين 60-70%، ويبلغ أقصى قطر للأنابيب الفولاذية التي يُمكن إنتاجها 750 مم. أما مبدأ عمل السحب على الساخن، فيتمثل في إدخال مجموعة (عادةً من 1 إلى 4) من السدادات ذات الأقطار المتزايدة تدريجيًا، وتمريرها عبر كامل طول الفتحة الداخلية للأنبوب الفولاذي، مما يؤدي إلى توسيع قطر الأنبوب، وتقليل سمك جداره، وتقصير طوله قليلًا. الأدوات الرئيسية لآلة سحب وتوسيع الأنابيب هي سدادات التوسيع، وقضبان الطرد. تتميز هذه الآلة ببساطة تجهيزاتها وسهولة تشغيلها وإتقان استخدامها، بالإضافة إلى إنتاج مجموعة واسعة من المنتجات بمواصفات متنوعة، كما يمكنها إنتاج أنابيب فولاذية مستطيلة الشكل وأخرى ذات أشكال خاصة. أما عيوبها فتتمثل في طول دورة الإنتاج، وانخفاض الإنتاجية، وارتفاع استهلاك الأدوات والمعادن.
موسع من نوع الدفع
تعتمد آلية عمل موسّع الدفع على وضع أنبوب فولاذي خام داخل ملف حث متوسط ​​التردد. بعد التسخين بالحث، يتحرك مكبس الأسطوانة الهيدروليكية أو رأس الدفع في الرافعة لدفع طرف الأنبوب الفولاذي، مما يسمح بمروره عبر المندريل المخروطي المثبت محوريًا من رأس الأنبوب، وذلك لتحقيق التمدد. عند دخول طرف الأنبوب إلى المندريل، يُضاف أنبوب فولاذي جديد للمعالجة خلفه. بعد عودة رأس الدفع، يستمر في دفع طرف الأنبوب الجديد. يدفع رأس الأنبوب الجديد طرف الأنبوب السابق عبر المندريل، وبذلك تكتمل عملية التمدد. نظرًا لأن التسخين يقتصر على الجزء المشوه من الأنبوب، فإنه يكون عرضة للانحناء، كما أن سمك جدار الأنبوب المتمدد وطوله محدودان. من مزايا موسّع الدفع: ارتفاع معدل استخلاص المعدن، وبساطة المعدات، وانخفاض استهلاك الطاقة. من عيوب هذه التقنية ضعف ثبات أداء الأنابيب الفولاذية على طولها، وانخفاض كفاءة الإنتاج. ونظرًا لانخفاض تكلفة الاستثمار، فقد تم إنشاء العديد من هذه الوحدات حديثًا في شمال البلاد. وتستطيع عملية التمديد بالدفع العلوي حاليًا إنتاج أنابيب فولاذية بسماكة جدار تتراوح بين 6 و30 ملم، وبقطر خارجي أقصى يبلغ 860 ملم.