نظرًا لمحدودية ظروف الكتل المعدنية وقدرة آلة التثقيب على التمديد، فإن حجم ودقة الأنبوب الخشن بعد التثقيب لا يلبيان متطلبات المستخدم. ويحتاج الأنبوب الخشن إلى معالجة إضافية. هناك العديد من الطرق للمعالجة الساخنة وتمديد الأنابيب الفولاذية غير الملحومة. بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه، تُستخدم الطرق التالية بشكل شائع حاليًا.
5.4.1 آلة لف الأنابيب الأوتوماتيكية
اخترع السويسري ستيفن آلة درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية عام ١٩٠٣، وأُنشئت أول مجموعة من وحداتها عام ١٩٠٦. قبل ثمانينيات القرن الماضي، كانت هذه الآلة إحدى الطرق الرئيسية لدرفلة الأنابيب الفولاذية غير الملحومة على الساخن. ونظرًا لمحدودية طول الأنبوب المدرفل ودقة سمك الجدار، فقد استُبدلت تدريجيًا بوحدات درفلة الأنابيب المستمرة؛ وحاليًا، تُعدّ وحدة ٤٠٠ في باوتو أفضل وحدة درفلة أنابيب أوتوماتيكية في بلدي. وباستثناء 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، ومكتب الاستقبال، ومكتب الاستقبال الخلفي. الآلة الرئيسية عبارة عن مطحنة درفلة طولية غير عكسية ثنائية الأسطوانة، تتميز بزوج من بكرات إرجاع عالية السرعة تدور عكسيًا مثبتة خلف بكرات العمل. وفي الوقت نفسه، لتلبية احتياجات أنابيب الصلب المرتجعة، يتم توفير آلية رفع سريعة لأسطوانة العمل العلوية وأسطوانة الإرجاع السفلية. تتميز أسطوانة العمل بنوع ثقب دائري. يتم لف الأنبوب الخشن المرسل من آلة الثقب وآلة الشد في نوع ثقب حلقي يتكون من نوع ثقب دائري ورأس (رأس مخروطي أو رأس كروي). عادةً ما يتم لفها مرتين. بعد كل تمريرة لف، يتم رفع أسطوانة العمل العلوية وأسطوانة الإرجاع السفلية إلى ارتفاع معين، ويتم إعادة الأنبوب الخشن إلى المرحلة الأمامية بواسطة أسطوانة الإرجاع، ثم يتم استعادة الأنبوب المدلفن إلى وضع العمل الأصلي، ويتم تدوير الأنبوب الفولاذي بزاوية 90 درجة، ثم يتم لف الممر الثاني في نفس نوع الثقب. يتم ضبط مقدار التشوه في كل تمريرة من خلال الفرق في قطر الرأس بين الممرين. بعد إعادة الأنبوب الفولاذي المدلفن إلى المرحلة الأمامية، يتم نقله أفقيًا إلى آلة التسوية للتسوية. تمر عملية التشوه أيضًا بثلاث مراحل: التسوية، وتقليل القطر، وتقليل الجدار.
تتميز مطاحن درفلة الأنابيب الأوتوماتيكية بإمكانية تعديل مواصفات الإنتاج بمرونة. أما بالنسبة لأنواع الفولاذ، فتتنوع نطاقات استخدامها، حيث يمكن إنتاج الفولاذ منخفض ومتوسط الكربون، والفولاذ منخفض السبائك، والفولاذ المقاوم للصدأ، وغيرها؛ وهي مناسبة للإنتاج على دفعات صغيرة ومتعدد الأنواع. من عيوبها ضعف قدرتها على التشوه، حيث لا يتجاوز الامتداد الكلي للتمريرتين 2.5 بوصة؛ وسمك الجدار غير متساوٍ، وغالبًا ما تظهر خدوش داخلية، والتي يجب إزالتها باستخدام آلة تسوية؛ وقصر طول الأنبوب الخشن، مما يؤثر على تحسين معدل العائد. كما أنها منخفضة الكفاءة الإنتاجية (بطيئة الدوران، لكنها خفيفة الوزن).
5.4.2 مطحنة أنابيب Accu-Roll
بدأت مطحنة أنابيب Accu-Roll في يانتاي وتشنغدو وأماكن أخرى في بلدي في أوائل التسعينيات. وقد حظيت بشعبية كبيرة في ذلك الوقت وكان لها الزخم لتحل محل وحدات الدرفلة المائلة والدرفلة المستمرة الأخرى. ومع ذلك، بعد الاختبارات العملية، وُجد أن قصر طول الأنابيب الخام التي دحرجتها حد من إنتاج أنابيب أطول بثلاث مرات من بعض المواصفات، وأن العلامات الحلزونية العميقة على سطح الأنابيب الخام عند دحرجة الأنابيب رقيقة الجدران أثرت على جودة مظهر الأنابيب الفولاذية. حتى الآن، لم ينجُ هذا النوع من المطاحن إلا في بلدي، وخاصةً مؤخرًا حيث قامت بعض الشركات الخاصة ببناء دفعة صغيرة من مطاحن أنابيب Accu-Roll. حتى الآن، لم يكن هناك أي تقرير عن بناء هذا النوع من مطاحن الأنابيب في الخارج. هذا النوع من الآلات غير مناسب لإنتاج الأنابيب الفولاذية غير الملحومة ذات القطر الكبير والمتوسط. إنها مطحنة درفلة مائلة ذات أسطوانتين أفقيتين طويلتين مع لوحة توجيه نشطة.
يتميز هيكل الطاحونة بالخصائص التالية:
الأسطوانتان مخروطيتان. وكما هو الحال في آلة ثقب الأسطوانات المخروطية، تتميز كلٌّ من زاويتي التغذية والتدحرج، مما يزيد قطر الأسطوانة تدريجيًا على طول اتجاه التدحرج، مما يُساعد على تقليل الانزلاق، وتعزيز الامتداد الطولي للمعدن، وتقليل التشوه الالتوائي الإضافي.
يتم استخدام قرصين توجيهيين نشطين بقطر كبير.
تم اعتماد وضع التشغيل المحدود.
تم اعتماد نوع الأسطوانة بدون كتف الأسطوانة. يُقال إن هذا يُتغلب على مشكلة تقليل ASSEL لحجم جدار جزء كتف الأسطوانة، مما يُقلل من عمر الأسطوانة وتأثير تجانس الجدار، وبالتالي يُحسّن دقة سماكة جدار الأنبوب الخشن.
5.4.3 آلة رفع الأنابيب رفع الأنابيب
اقترح هاينريش إيرهارد من ألمانيا طريقة رفع الأنابيب لإنتاج أنابيب فولاذية غير ملحومة في وقت مبكر من عام 1892. تنقسم عملية ثقب وحدة رفع الأنابيب المبكرة إلى طريقة الثقب الهيدروليكية، والتي تستخدم مكبسًا هيدروليكيًا رأسيًا لضغط سبيكة الفولاذ الموضوعة في القالب في أنبوب خشن بقاع كوب، ثم تستخدم رافعة لإخراج الأنبوب الخشن ووضعه ووضع الأنبوب الخشن على شكل كوب على المغزل الطويل. يتم دفع المغزل لجعل الأنبوب الخشن على شكل كوب يمر عبر مجموعة من ثقوب القالب الحلقية ذات الأقطار المتناقصة بالتناوب للحصول على تقليل القطر وتقليل الجدار والامتداد. تتركز قوة التشوه كلها في ذيل قضيب الرفع. بعد الرفع، يجب إزالة القضيب ثم قطع قاع الكوب. الخصائص هي انخفاض الإنتاجية وسمك الجدار غير المتساوي بشكل كبير ونسبة الطول إلى العمق المحدودة للأنبوب الفولاذي. حاليًا، تُستخدم هذه الطريقة فقط لإنتاج أنابيب فولاذية ملحومة بأقطار كبيرة (400-1400 متر). وهناك طريقة أخرى تُسمى طريقة CPE، والتي تستخدم الدرفلة المائلة والتثقيب لإنتاج أنابيب خشنة، حيث تُوفر طريقة انكماش أحد طرفي الأنبوب الخشن أنابيب خشنة لآلة الرفع. ويمكن لهذه الطريقة تحسين الإنتاج وجودة المنتج، واستعادة حيوية إنتاج أنابيب فولاذية ملحومة بأقطار صغيرة من خلال عملية الرفع.
مزايا طريقة الرفع هي:
1) انخفاض الاستثمار، وبساطة المعدات والأدوات، وانخفاض تكاليف الإنتاج.
٢) امتداد وحدة الرفع كبير، ويتراوح بين ١٠ و١٧ بوصة. وبالتالي، قد يكون عدد المعدات والأدوات اللازمة لدرفلة المنتجات المماثلة باستخدام طريقة الرفع أقل.
3) مجموعة واسعة من الأصناف والمواصفات.
العيب هو أن دقة سمك الجدار ليست عالية، كما أن عيوب الخدش معرضة للظهور على الأسطح الداخلية والخارجية.
5.4.4 أنبوب فولاذي مبثوق
تشير طريقة البثق إلى وضع كتلة معدنية في حاوية مغلقة مكونة من أسطوانة بثق، وقالب بثق، وقضيب بثق، ثم الضغط بقضيب البثق لإجبار المعدن على التدفق خارج فتحة قالب البثق للحصول على تشكيل بلاستيكي معدني. تُعد هذه الطريقة من طرق تصنيع الأنابيب الفولاذية الملحومة ذات التاريخ العريق. ووفقًا للعلاقة النسبية بين اتجاه قوة قضيب البثق واتجاه تدفق المعدن، يمكن تقسيم طريقة البثق إلى نوعين: البثق الموجب والبثق العكسي. يتوافق اتجاه قوة البثق الموجب مع اتجاه تدفق المعدن، بينما يكون البثق العكسي معاكسًا. تتميز عملية البثق العكسي بقوة بثق صغيرة، ونسبة بثق كبيرة، وسرعة بثق سريعة، ودرجة حرارة بثق أقل، وظروف بثق محسنة، وسهولة تحقيق البثق المتساوي الحرارة/المتساوي الضغط/السرعة الثابتة، وتحسين أداء هيكل المنتج ودقة الأبعاد، وتقليل فائض الضغط المعدني في نهاية البثق، وزيادة معدل استرداد المعدن؛ ومع ذلك، فإن تشغيله غير مريح نسبيًا، ويقتصر حجم المقطع العرضي للمنتج على حجم قضيب البثق.
يعود تاريخ استخدام تقنية بثق المعادن في الصناعة إلى أكثر من 100 عام، إلا أن استخدام تقنية البثق الساخن في إنتاج الفولاذ تطور تدريجيًا بعد اختراع "سيشي" لمواد تشحيم بثق الزجاج في عام 1941. وعلى وجه الخصوص، أدى تطوير التسخين غير المؤكسد، وتقنية البثق عالية السرعة، ومواد القالب، وتقنية تقليل التوتر إلى جعل إنتاج البثق الساخن لأنابيب الفولاذ الملحومة أكثر اقتصادا ومعقولية، مما أدى إلى تحسين الإنتاج والجودة بشكل كبير، وتوسيع نطاق الأصناف بشكل أكبر، وبالتالي جذب انتباه مختلف البلدان.
حاليًا، تتراوح منتجات أنابيب الصلب المُنتَجة بالبثق عمومًا بين 18.4 و340 مم، مع حد أدنى لسمك الجدار يصل إلى 2 مم، وطول حوالي 15 مترًا، ويمكن الحصول على أنابيب فولاذية صغيرة القطر بطول 60 مترًا. تتراوح سعة آلة البثق عمومًا بين 2000 و4000 طن، وتصل إلى 12000 طن كحد أقصى.
بالمقارنة مع طرق الدرفلة الساخنة الأخرى، فإن إنتاج الأنابيب الفولاذية الملحومة المبثوقة له المزايا التالية:
خطوات معالجة أقل، مما قد يوفر الاستثمار بنفس الناتج.
نظرًا لأن المعدن المبثوق يكون في حالة إجهاد ضاغطة ثلاثية الأبعاد، فإنه يمكن أن ينتج مواد يصعب أو يستحيل دحرجتها أو تشكيلها، مثل السبائك القائمة على النيكل.
بسبب كمية كبيرة من تشوه المعدن أثناء البثق (نسبة البثق الكبيرة)، ويتم إكمال التشوه الكامل في وقت قصير جدًا، يتمتع المنتج بهيكل موحد وأداء جيد.
توجد عيوب قليلة على الأسطح الداخلية والخارجية، ودقة الأبعاد الهندسية عالية.
إن تنظيم الإنتاج مرن ومناسب للإنتاج بكميات صغيرة ومتعددة الأصناف.
يمكنها إنتاج الأنابيب والأنابيب المركبة ثنائية المعدن ذات المقاطع المعقدة.
العيوب هي:
1) ارتفاع الطلب على مواد التشحيم والتدفئة، مما يزيد من تكاليف الإنتاج.
2) بالإضافة إلى عمر الأداة المنخفض والاستهلاك الكبير والأسعار المرتفعة.
3) معدل العائد منخفض مما يقلل من القدرة التنافسية للمنتج.
5.4.5 مطحنة أنابيب الدورة (مطحنة أنابيب بيلجر) درفلة الأنابيب
تم وضع مطحنة الأنابيب الدائرية في الإنتاج الصناعي في عام 1990. وهي مطحنة ذات إطار واحد وبكرتين. يوجد ثقب متغير المقطع على الأسطوانة. تدور البكرتان في اتجاهين متعاكسين، ويتم تغذية الأنبوب الخشن في الاتجاه المعاكس للأسطوانة. تدور الأسطوانة دائرة واحدة وتدفع الأنبوب الخشن للخارج بحيث يتم تقليل قطر الأنبوب الخشن وتقليله في الجدار وتشطيبه في الحفرة لإكمال دحرجة جزء من الأنبوب الخشن. ثم يتم تغذية الأنبوب الخشن مرة أخرى للدرفلة. يحتاج الأنبوب الخشن إلى الدوران ذهابًا وإيابًا في الحفرة عدة مرات لإكمال عملية الدرفلة بأكملها، لذلك يطلق عليه مطحنة درفلة الأنابيب الدورية، والمعروفة أيضًا باسم مطحنة درفلة أنابيب بيلجر. تتم معالجة الأنبوب بشكل دوري بواسطة ثقب أسطوانة متغير المقطع، ويتم الجمع بين عمليات التغذية والدوران لمادة الأنبوب لجعل جدار الأنبوب يخضع لتشوهات تراكمية متعددة للحصول على تقليل واستطالة أكبر للجدار.
خصائص هذه الطريقة الإنتاجية هي:
1) إنه أكثر ملاءمة لإنتاج الأنابيب ذات الجدران السميكة، ويمكن أن يصل سمك جدارها إلى 60-120 مم؛
٢) تتنوع أنواع الفولاذ المُعالج بشكل كبير. ولأن طريقة تشكيله تجمع بين التشكيل بالطرق والدرفلة، فإنه يُنتج أنابيب ذات معادن منخفضة اللدونة ويصعب تشكيلها، كما أن خصائصه الميكانيكية ممتازة.
3) طول الأنبوب الفولاذي المدلفن كبير، يصل إلى 35 مترًا.
4) إنتاجية مطحنة الدرفلة منخفضة، وعادة ما تكون 60-80٪، وبالتالي فإن الناتج منخفض؛ لذلك، تحتاج آلة الثقب إلى أن تكون مجهزة بمطحنتين درفلة أنبوبية دورية لتحقيق التوازن.
5) لا يمكن معالجة الذيل، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في القطع وانخفاض معدل العائد.
6) جودة السطح رديئة وسمك الجدار غير المتساوي بشكل خطير.
7) استهلاك كبير للأدوات، عمومًا 9-35 كجم/طن.
5.4.6 التمدد الساخن لأنابيب الصلب
يبلغ الحد الأقصى للقطر الخارجي لأنابيب الصلب الجاهزة المُنتجة بوحدات 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 للأكوام الكبيرة. عند الحاجة إلى أنبوب فولاذي ذي قطر أكبر، يُمكن استخدام طريقة التمدد الساخن لأنابيب الصلب، بالإضافة إلى طريقتي الرفع والبثق. تُنتج هذه الطريقة حاليًا أنابيب رقيقة الجدران بقطر خارجي أقصى يبلغ 1500 مم لأنابيب الصلب غير الملحومة.
هناك ثلاث طرق للتمدد الساخن لأنابيب الصلب: الدرفلة المائلة، والسحب، والدفع. بدأت هذه الطرق الثلاث في ثلاثينيات القرن الماضي. تتطلب الدرفلة المائلة والسحب تسخين أنبوب الصلب بالكامل قبل معالجة التشوه، بينما لا تتطلب طريقة الدفع تسخين أنبوب الصلب بالكامل.
آلة توسيع الدرفلة المائلة:
سير عملية التمدد بالدرفلة المائلة هو: تُنقل مادة الأنبوب المسخنة إلى آلة التمدد بالدرفلة المائلة للتمدد. تتكون هذه الآلة من بكرتين متماثلتين في الشكل. يكون محورا البكرتين بزاوية 30 درجة مع خط الدرفلة، وتُدار البكرتان بواسطة محركات منفصلة للدوران في نفس الاتجاه. يشارك السدادة في التشوه في منطقة التمدد، ويتحرك الأنبوب الفولاذي حركة حلزونية في منطقة التشوه. يُدحرج جدار الأنبوب بواسطة البكرتين والسدادة لزيادة قطر التمدد وتقليل سمك الجدار. يتحمل قضيب الدفع القوة المحورية للسدادة، والذي يمكن وضعه على جانب المدخل أو تثبيته على جانب المخرج.
يمكن لتقنية التمدد بالدرفلة المائلة إنتاج أنابيب فولاذية بسماكة جدار تتراوح بين 6 و30 مم، وقطر خارجي أقصى يبلغ 710 مم. عيبها هو وجود علامات حلزونية متبقية على السطحين الداخلي والخارجي للأنبوب الفولاذي، مما يقلل من جودة السطح. لذلك، يجب تركيب آلة تسوية وآلة تحجيم. يتطلب هذا النوع من آلات التمدد معدات ضخمة، وتكاليف استثمارية عالية، وقيودًا على أنواع معينة، ولا يمكنه إنتاج أنابيب سميكة الجدران.
آلة توسيع الرسم:
تمدد السحب هو طريقة إنتاج ذات قدرة إنتاجية منخفضة، ولكنه لا يزال مستخدمًا بفضل بساطة معداته ومعالجته وسهولة تشغيله الآلي. يمكن استخدام آلة تمدد السحب للتمدد بالسحب البارد والساخن. عندما تكون كمية التمدد صغيرة، وتحتاج الخواص الفيزيائية والميكانيكية ودقة أبعاد الأنبوب الفولاذي إلى تحسين، يمكن استخدام تمدد السحب البارد. تتضمن عملية تمدد السحب الساخن لأنابيب الفولاذ تسخين مادة الأنبوب، وتمدد أطرافه، والتمدد والسحب، والتقويم، وقطع الرؤوس والذيول، والفحص. يتراوح معدل التمدد في كل عملية تسخين بين 60% و70%، ويمكن إنتاج أنابيب فولاذية بقطر أقصى يبلغ 750 مم.
المبدأ الرئيسي لعمل التمدد الساخن هو: من خلال مجموعة (عادةً 1-4) من المقابس ذات الأقطار المتزايدة تدريجيًا، يتم إدخالها وتمريرها عبر الطول الكامل للفتحة الداخلية للأنبوب الفولاذي، بحيث يتم توسيع قطر الأنبوب الفولاذي، يتم تخفيف سمك الجدار، ويتم تقصير الطول قليلاً.
الأدوات الرئيسية لآلة سحب وتوسيع الأنابيب هي سدادات التمدد، وقضبان القذف. تتميز هذه الآلة ببساطتها في التشغيل وسهولة إتقانها، وتوفر مجموعة واسعة من أنواع ومواصفات المنتجات، كما يمكنها إنتاج أنابيب فولاذية مستطيلة وغيرها من الأنابيب ذات الأشكال الخاصة. أما عيوبها، فتتمثل في طول دورة الإنتاج، وانخفاض الإنتاجية، وارتفاع استهلاك الأدوات والمعادن.
موسّع الدفع: يعتمد مبدأ عمل موسّع الدفع على وضع أنبوب الفولاذ الخام في ملف الحث متوسط التردد. بعد التسخين بالحث متوسط التردد، يتحرك مكبس الأسطوانة الهيدروليكية أو رأس الدفع للرافعة لدفع ذيل الأنبوب الفولاذي، بحيث يمرّ الفولاذ عبر قضيب القلب المخروطي المحوري من رأس الأنبوب بالتتابع لتحقيق هدف التمدد. عند دفع ذيل الأنبوب الفولاذي إلى قضيب القلب، يُضاف أنبوب فولاذي جديد للمعالجة خلفه، ثم يعود رأس الدفع لمواصلة دفع ذيل الأنبوب الفولاذي الجديد. يدفع رأس الأنبوب الفولاذي الجديد ذيل الأنبوب الفولاذي السابق عبر قضيب القلب، مُكملاً بذلك عملية التمدد. بما أن الأنبوب الفولاذي في القسم المشوّه فقط هو الذي يُسخّن، فإن أنبوب الفولاذ المشوّه سهل الانحناء، ويكون سمك جداره وطوله محدودين. من مزايا موسّع الدفع ارتفاع معدل استرداد المعدن، وبساطة المعدات، وانخفاض استهلاك الطاقة. العيوب هي أن اتساق أداء الأنابيب الفولاذية في اتجاه الطول ضعيف قليلاً وكفاءة الإنتاج منخفضة.
وقت النشر: ٣١ أكتوبر ٢٠٢٤