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.

5.4.1 آلة لف الأنابيب الأوتوماتيكية
اخترع السويسري ستيفن آلة درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية عام 1903، وتم إنشاء أول مجموعة منها عام 1906. قبل ثمانينيات القرن العشرين، كانت هذه الآلة إحدى الطرق الرئيسية لدرفلة أنابيب الصلب غير الملحومة على الساخن. ونظرًا لمحدودية طول الأنابيب المدرفلة ودقة سمك الجدار، فقد تم استبدالها تدريجيًا بوحدات درفلة الأنابيب المستمرة. حاليًا، تُعد وحدة درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية رقم 400 في باوتو أفضل وحدة من نوعها في البلاد. باستثناء بعض وحدات درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية في الاتحاد السوفيتي السابق وأوروبا الشرقية التي لا تزال قيد الاستخدام، فقد تم تفكيك معظم الوحدات الأخرى. تتكون آلة درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية من ثلاثة أجزاء: الآلة الرئيسية، والمنصة الأمامية، والمنصة الخلفية. الآلة الرئيسية عبارة عن مطحنة درفلة 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. تتميز أسطوانة التشغيل بفتحة دائرية. يتم دحرجة 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 الدرفلة على مرحلتين. بعد كل مرحلة، تُرفع أسطوانة التشغيل العلوية وأسطوانة الإرجاع السفلية إلى ارتفاع معين، ثم تُعاد الأنبوبة الخام إلى المرحلة الأمامية بواسطة أسطوانة الإرجاع، وبعد ذلك تُعاد الأنبوبة المدرفلة إلى وضعها الأصلي، وتُدار بزاوية 90 درجة، ثم تُدحرج للمرة الثانية في نفس نوع الفتحة. يتم ضبط مقدار التشوه في كل مرحلة بناءً على الفرق في قطر رأس المرحلتين. بعد عودة الأنبوبة المدرفلة إلى المرحلة الأمامية، تُنقل أفقيًا إلى آلة التسوية لتسويتها. تمر عملية تشكيلها بثلاث مراحل: التسطيح، وتقليل القطر، وتقليل سمك الجدار.

تتميز مصانع درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية بإمكانية تعديل مواصفات الإنتاج بمرونة. أما بالنسبة لأنواع الفولاذ، فهي واسعة النطاق، حيث يمكن إنتاج الفولاذ منخفض ومتوسط ​​الكربون، والفولاذ منخفض السبائك، والفولاذ المقاوم للصدأ، وغيرها. وهي مناسبة للإنتاج بكميات صغيرة ومتعددة الأنواع. من عيوبها ضعف قدرتها على التشكيل، حيث لا يتجاوز التمدد الكلي في تمريرتين 2.5 سم؛ وعدم انتظام سمك الجدار، وكثرة الخدوش الداخلية التي تتطلب معالجة بآلة تسوية؛ وقصر طول الأنبوب الخام، مما يؤثر على تحسين معدل الإنتاج. كما تتميز بانخفاض كفاءة الإنتاج (بطء وتيرة الدرفلة، مع خفة الوزن).

5.4.2 مطحنة أنابيب Accu-Roll
بدأ استخدام مطحنة أنابيب Accu-Roll في يانتاي وتشنغدو ومناطق أخرى في الصين في أوائل التسعينيات. لاقت رواجًا كبيرًا آنذاك، وكادت أن تحل محل وحدات الدرفلة المائلة والدرفلة المستمرة الأخرى. إلا أنه بعد إجراء اختبارات عملية، تبيّن أن قصر طول الأنابيب الخام التي تُدرفلها يحدّ من إنتاج أنابيب بطول ثلاثة أضعاف الطول الأصلي في بعض المواصفات، وأن العلامات الحلزونية العميقة على سطح الأنابيب الخام عند درفلة الأنابيب ذات الجدران الرقيقة تؤثر على جودة مظهر الأنابيب الفولاذية. وحتى الآن، اقتصر استخدامها على الصين، لا سيما في الآونة الأخيرة، حيث قامت بعض الشركات الخاصة بإنشاء مجموعة من مطاحن أنابيب Accu-Roll الصغيرة. ولم يُسجّل حتى الآن أي تقرير عن إنشاء هذا النوع من المطاحن في الخارج. هذا النوع من الآلات غير مناسب لإنتاج الأنابيب الفولاذية غير الملحومة ذات الأقطار الكبيرة والمتوسطة. وهي مطحنة درفلة مائلة أفقية ذات أسطوانتين ومحور طويل، مزودة بلوحة توجيه نشطة.

يتميز هيكل المطحنة بالخصائص التالية:
البكرتان مخروطيتان. ومثل آلة ثقب البكرات المخروطية، فإن لها زاوية تغذية وزاوية دحرجة، بحيث يزداد قطر البكرة تدريجياً على طول اتجاه الدرفلة، مما يساعد على تقليل الانزلاق، ويعزز التمدد الطولي للمعدن، ويقلل من التشوه الالتوائي الإضافي.
يتم استخدام قرصين توجيه نشطين كبيري القطر.
تم اعتماد وضع التشغيل المحدود للمحور.
تم اعتماد نوع الأسطوانة بدون كتف. وقد ذُكر أن هذا يتغلب على مشكلة تقليل ASSEL لمقدار تقليل سمك الجدار في جزء كتف الأسطوانة، مما يقلل من عمر الأسطوانة وتأثير تجانس الجدار، وبالتالي يحسن دقة سمك جدار الأنبوب الخام.

5.4.3 آلة دفع الأنابيب
اقترح هاينريش إرهارد الألماني طريقة دفع الأنابيب لإنتاج أنابيب فولاذية غير ملحومة في وقت مبكر من عام 1892. تنقسم عملية ثقب الأنابيب في وحدة الدفع المبكرة إلى طريقتين: الثقب الهيدروليكي، حيث تُستخدم مكبس هيدروليكي رأسي لضغط سبيكة الفولاذ الموضوعة في القالب لتشكيل أنبوب خشن ذي قاع مقعر، ثم يُستخدم رافعة لإخراج الأنبوب الخشن ووضعه على مغزل طويل. يُدفع المغزل ليمر الأنبوب الخشن ذو القاع المقعر عبر مجموعة من ثقوب القالب الحلقية ذات الأقطار المتناقصة بالتتابع، مما يؤدي إلى تقليل القطر، وتقليل سمك الجدار، وزيادة السماكة. تتركز قوة التشكيل بالكامل في نهاية قضيب الدفع. بعد عملية الدفع، يُزال القضيب ثم يُقطع القاع المقعر. من خصائص هذه الطريقة انخفاض الإنتاجية، وعدم انتظام سمك الجدار بشكل كبير، ومحدودية نسبة الطول إلى القطر للأنبوب الفولاذي. في الوقت الحالي، تُستخدم هذه الطريقة فقط لإنتاج أنابيب فولاذية غير ملحومة ذات أقطار كبيرة (400-1400 متر). وهناك طريقة أخرى تُعرف بطريقة CPE، والتي تستخدم الدرفلة المائلة والتثقيب لإنتاج الأنابيب الخام، ثم يتم تقليص أحد طرفي الأنبوب الخام لتوفير أنابيب خام لآلة الدفع. تُحسّن هذه الطريقة الإنتاج وجودة المنتج، وتُعيد الحيوية إلى إنتاج الأنابيب الفولاذية غير الملحومة ذات الأقطار الصغيرة باستخدام عملية الدفع.
تتمثل مزايا طريقة الرفع في:
1) استثمار منخفض، ومعدات وأدوات بسيطة، وتكلفة إنتاج منخفضة.
2) يبلغ امتداد وحدة الرفع 10-17 وحدة، مما يقلل من عدد المعدات والأدوات اللازمة لتصنيع منتجات مماثلة باستخدام طريقة الرفع.
3) مجموعة واسعة من الأصناف والمواصفات.
أما العيب فهو أن دقة سمك الجدار ليست عالية، وأن عيوب الخدوش عرضة للظهور على الأسطح الداخلية والخارجية.

5.4.4 أنبوب فولاذي مبثوق
تُعرف طريقة البثق بأنها طريقة لوضع قطعة معدنية 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 الطرق المستخدمة في تصنيع الأنابيب الفولاذية غير الملحومة. وبناءً على العلاقة بين اتجاه قوة قضيب البثق واتجاه تدفق المعدن، تُقسم طريقة البثق إلى نوعين: البثق الموجب والبثق العكسي. يتوافق اتجاه قوة البثق الموجب مع اتجاه تدفق المعدن، بينما يكون اتجاه قوة البثق العكسي معاكسًا له. تتميز عملية البثق العكسي بمزايا قوة البثق الصغيرة، ونسبة البثق الكبيرة، وسرعة البثق العالية، وانخفاض درجة حرارة البثق، وتحسين ظروف البثق، وسهولة تحقيق البثق متساوي الحرارة/متساوي الضغط/ثابت السرعة، وتحسين أداء هيكل المنتج ودقة أبعاده، وتقليل فائض ضغط المعدن في نهاية عملية البثق، وزيادة معدل استعادة المعدن؛ ومع ذلك، فإن تشغيلها غير مريح نسبيًا، وحجم المقطع العرضي للمنتج محدود بحجم قضيب البثق.
يعود تاريخ استخدام تقنية بثق المعادن في الصناعة إلى أكثر من 100 عام، إلا أن استخدام تقنية البثق الساخن في إنتاج الصلب قد تطور تدريجياً بعد أن اخترع "سيشي" مادة تشحيم البثق الزجاجي في عام 1941. وعلى وجه الخصوص، فإن تطوير التسخين غير المؤكسد، وتقنية البثق عالية السرعة، ومواد القوالب، وتقنية تقليل الشد، قد 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.
تتراوح أحجام أنابيب الصلب المصنعة بتقنية البثق حاليًا بين: قطر خارجي يتراوح بين 18.4 و340 مم، وسماكة جدار لا تقل عن 2 مم، وطول يصل إلى 15 مترًا تقريبًا، بينما يمكن إنتاج أنابيب فولاذية بطول 60 مترًا للأنابيب ذات الأقطار الصغيرة. وتتراوح طاقة آلة البثق عادةً بين 2000 و4000 طن، وتصل إلى 12000 طن كحد أقصى.
بالمقارنة مع طرق الدرفلة الساخنة الأخرى، يتميز إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة المبثوقة بالمزايا التالية:
خطوات معالجة أقل، مما يمكن أن يوفر الاستثمار مع نفس الناتج.
لأن المعدن المبثوق يكون في حالة إجهاد ضغط ثلاثي الأبعاد، فإنه يمكن أن ينتج مواد يصعب أو يستحيل دحرجتها وتشكيلها، مثل السبائك القائمة على النيكل.
بسبب كمية التشوه المعدني الكبيرة أثناء عملية البثق (نسبة البثق الكبيرة)، وإتمام التشوه الكامل في وقت قصير جدًا، فإن المنتج يتمتع بهيكل موحد وأداء جيد.
توجد عيوب قليلة على الأسطح الداخلية والخارجية، ودقة الأبعاد الهندسية عالية.
يتميز تنظيم الإنتاج بالمرونة وهو مناسب للإنتاج بكميات صغيرة ومتعددة الأصناف.
يمكنها إنتاج الأنابيب والأنابيب المركبة ثنائية المعدن ذات المقاطع المعقدة.
أما العيوب فهي:
1) متطلبات عالية للمواد التشحيم والتدفئة، مما يزيد من تكاليف الإنتاج.
2) بالإضافة إلى قصر عمر الأدوات، واستهلاكها الكبير، وأسعارها المرتفعة.
3) معدل الإنتاج منخفض، مما يقلل من القدرة التنافسية للمنتج.

5.4.5 درفلة الأنابيب باستخدام مطحنة الأنابيب الدورية (مطحنة أنابيب بيلجر)
بدأ الإنتاج الصناعي لطاحونة الأنابيب الدورية عام ١٩٩٠. وهي طاحونة أحادية الإطار ذات أسطوانتين. تحتوي إحدى الأسطوانتين على فتحة ذات مقطع عرضي متغير. تدور الأسطوانتان في اتجاهين متعاكسين، ويتم تغذية الأنبوب الخام في الاتجاه المعاكس لدورة الأسطوانة. تدور الأسطوانة دورة كاملة وتدفع 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 مطحنة الدرفلة منخفضة، بشكل عام 60-80%، لذا فإن الناتج منخفض؛ لذلك، تحتاج آلة التثقيب إلى أن تكون مجهزة بمطحنتين دوريتين للدرفلة الأنبوبية 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.

5.4.6 التمدد الحراري لأنابيب الصلب
يبلغ الحد الأقصى للقطر الخارجي لأنابيب الصلب النهائية المنتجة بواسطة وحدات تصنيع أنابيب الصلب غير الملحومة المدرفلة على الساخن أقل من 530 مم لوحدات الدرفلة الأوتوماتيكية، وأقل من 460 مم لوحدات الدرفلة المستمرة، وأقل من 660 مم للأنابيب الكبيرة. عند الحاجة إلى أنابيب فولاذية ذات قطر أكبر، يمكن استخدام طريقة التمديد الساخن للأنابيب الفولاذية، بالإضافة إلى طريقتي الدفع والبثق. وتستطيع هذه الطريقة حاليًا إنتاج أنابيب رقيقة الجدران بقطر خارجي أقصى يبلغ 1500 مم لأنابيب الصلب غير الملحومة.
توجد ثلاث طرق للتمدد الحراري لأنابيب الصلب: الدرفلة المائلة، والسحب، والدفع. وقد بدأت هذه الطرق الثلاث في ثلاثينيات القرن العشرين. تتطلب الدرفلة المائلة والسحب تسخين أنبوب الصلب بالكامل قبل إجراء عملية التشكيل، بينما لا تتطلب طريقة الدفع تسخين أنبوب الصلب بالكامل.

آلة التمدد بالدرفلة المائلة:
تتلخص عملية التمدد بالدرفلة المائلة فيما يلي: يُنقل أنبوب مُسخّن إلى آلة التمدد بالدرفلة المائلة. 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 للأنبوب الفولاذي داخل هذه المنطقة. يتم درفلة جدار الأنبوب بواسطة الأسطوانتين 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 بسماكة جدار تتراوح بين 6 و30 مم وقطر خارجي أقصى يبلغ 710 مم. إلا أن عيبها يكمن في وجود علامات حلزونية متبقية على السطحين الداخلي والخارجي للأنبوب، مما يُقلل من جودة السطح. لذا، يتطلب الأمر تركيب آلة تسوية وآلة قياس. كما أن هذا النوع من آلات التمدد يتطلب معدات ضخمة، وتكاليف استثمارية عالية، وقيودًا معينة على أنواع الأنابيب المُنتجة، ولا يُمكنه إنتاج أنابيب ذات جدران سميكة.

آلة توسيع الرسم:
تُعدّ عملية السحب والتمديد طريقة إنتاج ذات طاقة 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 تكون كمية التمديد كبيرة، وعندما تكون هناك حاجة لتحسين الخصائص الفيزيائية والميكانيكية ودقة أبعاد الأنابيب الفولاذية، يُمكن استخدام السحب على البارد. أما عملية السحب على الساخن للأنابيب الفولاذية فتتضمن تسخين مادة الأنبوب، وتوسيع أطرافه، ثم التمديد والسحب، ثم التقويم، ثم قطع الأطراف، وأخيرًا الفحص. تبلغ نسبة التمديد في كل عملية تسخين 60-70%، ويمكن إنتاج أنابيب فولاذية بقطر أقصى يصل إلى 750 مم.
إن مبدأ العمل الرئيسي لعملية التمدد الساخن هو: من خلال مجموعة (عادةً من 1 إلى 4) من السدادات ذات الأقطار المتزايدة تدريجياً، يتم إدخالها وتمريرها عبر الطول الكامل للثقب الداخلي لأنبوب الصلب، بحيث يتم توسيع قطر أنبوب الصلب، وتقليل سمك الجدار، وتقصير الطول قليلاً.
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 الدفع: يعتمد مبدأ عمل موسع الدفع على وضع أنبوب فولاذي خام داخل ملف حث متوسط ​​التردد. بعد التسخين بالحث متوسط ​​التردد، يتحرك مكبس الأسطوانة الهيدروليكية أو رأس الدفع للرافعة لدفع طرف الأنبوب الفولاذي، بحيث يمر الفولاذ عبر قضيب القلب المخروطي المثبت محوريًا من رأس الأنبوب بالتتابع لتحقيق التمدد. عند دفع طرف الأنبوب الفولاذي داخل قضيب القلب، يُضاف أنبوب فولاذي جديد للمعالجة خلفه، ثم يعود رأس الدفع لمواصلة دفع طرف الأنبوب الجديد. يدفع رأس الأنبوب الجديد طرف الأنبوب السابق عبر قضيب القلب، وبذلك يكتمل تمدد الأنبوب الفولاذي. نظرًا لأن التسخين يقتصر على الجزء المشوه من الأنبوب الفولاذي، فإن الأنبوب المشوه يكون عرضة للانحناء، كما أن سمك جدار الأنبوب المتمدد وطوله محدودان. من مزايا موسع الدفع ارتفاع معدل استخلاص المعدن، وبساطة المعدات، وانخفاض استهلاك الطاقة. أما العيوب فتتمثل في أن اتساق أداء الأنابيب الفولاذية في اتجاه الطول ضعيف إلى حد ما، وأن كفاءة الإنتاج منخفضة.