.jpg "فرم دهی لوله")
مقاطع فلزی و فولادی از جمله لوله ها پرکاربردترین تجهیزات صنعتی هستند که در ابعاد و اندازه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. گاهی اوقات برخی از صنایع برای تسهیل در روند تولید محصولات نیاز دارند تا از لوله های فرم داده شده استفاده کنند. بنابراین خمش و فرم دهی لوله های صنعتی می تواند در افزایش کارایی آن ها بسیار تاثیر گذار باشد. فرم دهی لوله فرایندی است که طی آن لوله های فولادی به شکل های متنوعی در می آیند. در این مطلب قصد داریم در خصوص جزئیات فرایند فرمینگ لوله و روش های انجام آن بیشتر صحبت کنیم.
لوله های فولادی در انواع مختلفی موجود هستند که یکی از پرکاربردترین آن ها لوله صنعتی است. لوله های صنعتی معمولاً از جنس فولاد کربن دار و به شکل ورق سیاه درزدار ساخته می شوند. این محصولات از نظر طول، عرض، قطر، ضخامت، کیفیت ساخت و… انواع گوناگونی دارند. با توجه به همین مشخصات ظاهری و فنی لوله های صنعتی می توان از آن ها به شکل های مختلف در موارد زیر استفاده کرد:
• کاربرد در انتقال سیالات
• جهت ساخت خرپاها و انواع پل فلزی
• کاربرد در کارخانجات صنعتی
• کاربرد در تاسیسات ساختمانی
• کاربرد در سیستم های لوله کشی آب و فاضلاب
• کاربرد در سیستم های لوله کشی نفت و گاز
• جهت ساخت تجهیزات ایمنی راه ها و…
البته لوله های صنعتی برای کاربرد در هر یک از موارد مذکور لازم است به شکل های مختلفی فرم داده شوند. به همین جهت صنعت فرم دهی لوله های صنعتی از جایگاه ویژه ای در میان صنایع تولیدی برخوردار است. فرم دهی لوله، خمکاری لوله، فرمینگ لوله همگی اشاره به فرایندی دارند که طی آن لوله به اشکال مختلف در خواهد آمد.
به عنوان مثال در صنایع خودرو سازی، صنایع هوا و فضا و هوانوردی لوله های خمیده از جمله لوله های سه راهی کاربرد های بسیار وسیع و گسترده ای دارند. قبل از استفاده از لوله، عملیات خم کاری بر روی آن انجام می شود. البته سازندگان برای اینکه عملیات خمش را به طور صحیحی بر روی لوله انجام دهند با چالش های زیادی روبرو خواهند بود. یکی از راهکارهای موثر برای از میان برداشتن چالش های موجود به کارگیری روشی به نام هیدروفرمینگ لوله است. می توان از آن برای خمکاری انواع لوله های فولادی، لوله های Y شکل ، لوله هایی که دارای قطر و شعاع متغیر هستند و… استفاده کرد.
برای برخی از افراد ممکن است این سوال پیش آید که اهمیت فرم دهی لوله ها در چیست؟ اگر بخواهیم به اهمیت عملیات فرم دهی و تغییر شکل لوله ها اشاره کنیم، می توانیم آن را با یک مثال توضیح دهیم. سیستم لوله کشی ساختمان ها را در نظر بگیرید. معمولاً معماری و زیرساخت های هر ساختمان متفاوت از ساختمان دیگر است، به همین صورت سیستم های لوله کشی و تاسیسات ساختمان نیز متفاوت خواهند بود. گاه در مسیر لوله کشی ساختمان لازم است لوله ها در بخش هایی تغییر جهت یا تغییر شکل دهند. در قسمت هایی از ساختمان لازم است از لوله هایی با قطر و ضخامت بیشتر و در بخش هایی از لوله هایی با ضخامت کمتر استفاده کرد. در مواقعی لازم است لوله ها خمیده شده و متناسب با نوع مسیر لوله کشی انعطاف پذیری بالایی از خود نشان دهند.
اینجاست که می توانیم به این موضوع پی ببریم که استفاده از لوله های ساده کارایی چندانی نخواهد داشت. بنابراین سازندگان برای کارایی بیشتر محصولات پیش از استفاده از لوله ها یک سری عملیات فرم دهی و خم کاری بر روی آن ها انجام می دهند. به این شکل لوله ها در زوایای دلخواه تولید می شوند. استفاده از لوله های فرم داده شده در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی نیز از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
در روش هیدروفرمینگ لوله، برای فرم دهی این مقاطع فولادی از سیال پرفشار استفاده می شود. برای شکل دهی به لوله معمولاً به یک قالب هیدروفرمینگ، پرس هیدرولیک و یک سیستم به عنوان سیستم تقویت کننده فشار نیاز است. روش کار این فرآیند نیز به این صورت است که لوله خام اولیه در قسمت پایین قالب قرار گرفته و قالب به طور کاملا محکم بسته می شود. سپس با اعمال سیال پرفشار به لوله می توان آن را به شکل و فرم دلخواه در آورد.
نکته ای که در فرآیند هیدروفرمینگ اهمیت بسیار زیادی دارد، میزان فشار سیال است. فشار سیال بایستی به اندازه ای باشد که لوله قرار گرفته درون قالب کاملاً به شکل حفره قالب درآید. فرایند هیدروفرمینگ لوله تحول عظیمی در صنایع مختلف ایجاد کرده است. از جمله این صنایع می‌توان به صنایع هوافضا، خودروسازی، صنایع ساخت شیرآلات بهداشتی، صنایع تولید لوازم خانگی، صنایع هسته ای، صنایع نظامی و… اشاره کرد.
معمولاً سازندگان در فرایند هیدروفرمینگ لوله موارد زیر را اعمال می‌کنند:
• لوله خام را در قسمت پایین قالب قرار می دهند.
• قسمت بالایی قالب بخشی از مسیر را طی کرده تا از این طریق برای فرایند پیش شکل دهی، برخوردی با لوله داشته باشد.
• در این فرآیند از یک سری مخلوط های خاص به عنوان مخلوط های آب بندی استفاده می شود. این مخلوط ها برای عملیات آب بندی به موقعیت مورد نظر هدایت می شوند.
• لوله فولادی از سیال هیدروفرمینگ پر می شود و فشار سیال تا جایی ادامه پیدا می‌کند که لوله به شکل قالب در آید.
• بخش بالایی قالب تا موقعیت بسته شدن به طور کامل پایین می آید.
• معمولاً فشار درون لوله تا حداکثر فشار کالیبراسیون افزایش پیدا می کند.
• پانچ های مورد نظر برای ایجاد شکاف یا سوراخ بر روی قطعه شروع به کار می کنند.
• فشار اعمال شده بر روی لوله به اندازه فشار اتمسفر کم می شود.
• پانچ ها مجدداً به محل اولیه خود باز می گردند.
• بخش بالایی مجدداً به سمت بالا حرکت می کند.
• لوله ای که تحت عملیات هیدروفرمینگ قرار گرفته از قسمت پایینی قالب خارج می شود.
هیدروفرمینگ لوله چه مزایایی دارد؟
یکی از مهم ترین مزایای هیدروفرمینگ لوله افزایش کاربردهای این محصول است. زمانی که یک لوله خام و ساده تحت عملیاتی خاص به شکل های مختلفی در می آید و ضخامت های متنوعی می گیرد کاربردهای گسترده تری در صنایع پیدا می کند. بنابراین هیدروفرمینگ لوله به نحوی از یک محصول بلا استفاده یا نامناسب یک محصول ارزشمند و کاربردی می سازد. از دیگر مزایای هیدروفرمینگ لوله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• این عملیات منجر به کاهش وزن قطعه مورد نظر می شود.
• کاهش هزینه های مونتاژ
• کاهش چشمگیر هزینه های ساخت تجهیزات صنعتی
• کاهش هزینه های ساخت قالب
• کاهش میزان ضایعات تولید شده
• افزایش کارایی لوله
• افزایش استحکام و مقاومت لوله
• افزایش تنوع لوله های صنعتی
• امکان تولید لوله های صنعتی با اشکال پیچیده اما به صورت کاملاً یکنواخت و یکپارچه
• افزایش پایداری محصول و…
عملیات خمکاری لوله های فولادی به روش های مختلفی انجام می شود. در مرحله آغازین ابتدا لوله های فولادی بلند را به کمک ابزار آلاتی همچون ابزار تراشکاری، ابزار برش کاری، دستگاه لیزر و... به اندازه های دلخواه در می آورند. در مرحله بعد برای تولید لوله های فولادی در زوایای دلخواه، آن ها را به سه روش خمکاری سرد، گرم و القایی خم می کنند. در ادامه به صورت مجزا با طرز کار هر کدام از این روش ها آشنا می شویم.
از مهم ترین ویژگی های خمکاری لوله های فولادی به روش سرد می توان به چند مورد زیر اشاره کرد:
• در فرایند خمکاری به روش سرد لوله های فولادی دچار مشکل چروک خوردگی نمی شوند.
• روش خمکاری سرد سرعت عمل بسیار بالایی دارد.
• این روش مقرون به صرفه است و در مصرف هزینه ها صرفه جویی می کند.
• فرایند خمکاری تمیز انجام می شود و در پایان پروسه خم شدن لوله احتیاجی به تمیز کاری و پوسته زدایی نیست.
در این روش همانطور که از عنوان آن پیداست برای خم کردن لوله های فولادی از روش حرارت دهی استفاده می شود که این فرآیند تا حدودی باعث ایجاد تغییراتی در خواص لوله می شود. همین عامل باعث شده تا عملیات خمکاری به روش گرم چندان رایج نباشد.
این روش در مقایسه با روش خم کاری سرد سرعت عمل پایینی داشته و پروسه زمانبر و هزینه بری دارد. همچنین در فرایند خمکاری لوله احتمال چین خوردگی در بخش داخلی آن وجود دارد. این روش به دلیل نیاز به تولید حرارت کافی برای عملیات خمکاری مصرف انرژی بالایی دارد.
فرایند خمکاری لوله های فولادی به روش القایی از طریق قرار دادن لوله های فولادی درون یک کویل و عبور جریان الکتریکی از داخل سیم پیچ اتفاق می افتد. در روش القایی، لوله ها به شکل موضعی گرم می شوند و برای عملیات خمکاری آن ها احتیاج به اعمال نیروی زیاد نیست. در نهایت بخش گرمادیده لوله با مقداری آب سرد خنک می شود. خمکاری به روش القایی مزایایی دارد که از آن جمله عبارتند از:
• با استفاده از این روش می توان در مصرف هزینه ها صرفه جویی کرد.
• روش القایی آلودگی بسیار کمی دارد.
• نتایج حاصل شده از این روش نسبت به روش خم کاری گرم با کیفیت تر است.
• در مقایسه با دو روش قبلی احتمال بیضی شدن سطح مقطع لوله ها بسیار کمتر است.
• از این روش می توان برای خمکاری لوله های درزدار و بدون درز استفاده کرد.