ملاحظة المحرر: هذه المقالة هي الجزء الثاني من سلسلة مكونة من جزأين حول سوق وتصنيع خطوط نقل السوائل ذات الأقطار الصغيرة لتطبيقات الضغط العالي. يناقش القسم الأول مدى توافر المنتجات التقليدية محليًا لهذه التطبيقات، وهي نادرة. أما الجزء الثاني فيتناول منتجين غير تقليديين في هذا السوق.
يشترك نوعا الأنابيب الهيدروليكية الملحومة المصنفان من قبل جمعية مهندسي السيارات - SAE-J525 وSAE-J356A - في مصدر واحد، وكذلك مواصفاتهما المكتوبة. تُقطع شرائح فولاذية مسطحة إلى العرض المطلوب، ثم تُشكل إلى أنابيب عن طريق التشكيل. بعد صقل حواف الشريحة بأداة ذات زعانف، يُسخن الأنبوب بواسطة لحام مقاومة عالي التردد، ويُطرق بين أسطوانات ضغط لتكوين اللحام. بعد اللحام، تُزال النتوءات الخارجية باستخدام حامل، مصنوع عادةً من كربيد التنجستن. تُزال الزوائد التعريفية أو تُضبط على أقصى ارتفاع تصميمي باستخدام أداة القفل.
إن وصف عملية اللحام هذه عام، وهناك العديد من الاختلافات الطفيفة في عملية الإنتاج الفعلية (انظر الشكل 1). ومع ذلك، فإنها تشترك في العديد من الخصائص الميكانيكية.
يمكن تقسيم أعطال الأنابيب وأنماطها الشائعة إلى أحمال شد وأحمال ضغط. في معظم المواد، يكون إجهاد الشد أقل من إجهاد الضغط. ومع ذلك، فإن معظم المواد أقوى بكثير في الضغط منها في الشد. الخرسانة مثال على ذلك، فهي قابلة للانضغاط بدرجة كبيرة، ولكن ما لم تُصب بشبكة داخلية من قضبان التسليح، فإنها سهلة الكسر. لهذا السبب، يُختبر الفولاذ بالشد لتحديد مقاومته القصوى للشد. جميع أحجام الخراطيم الهيدروليكية الثلاثة لها نفس المتطلبات: مقاومة قصوى للشد تبلغ 310 ميجا باسكال (45000 رطل لكل بوصة مربعة).
نظراً لقدرة أنابيب الضغط على تحمل الضغط الهيدروليكي، قد يلزم إجراء حسابات واختبارات منفصلة لاختبار الانهيار، تُعرف باختبار الانفجار. تُستخدم هذه الحسابات لتحديد ضغط الانفجار النظري الأقصى، مع الأخذ في الاعتبار سُمك الجدار، وقوة الشد القصوى، والقطر الخارجي للمادة. ولأن أنابيب J525 وJ356A قد تكون بنفس الحجم، فإن المتغير الوحيد هو قوة الشد القصوى. توفر هذه الأنابيب قوة شد نموذجية تبلغ 50,000 رطل لكل بوصة مربعة مع ضغط انفجار متوقع يبلغ 0.500 × 0.049 بوصة. قوة الشد القصوى للأنابيب هي نفسها في كلا المنتجين: 10,908 رطل لكل بوصة مربعة.
على الرغم من تطابق التوقعات المحسوبة، إلا أن أحد الاختلافات في التطبيق العملي يعود إلى سُمك الجدار الفعلي. في أنبوب J356A، يمكن ضبط النتوء الداخلي إلى حجم أقصى يعتمد على قطر الأنبوب كما هو موضح في المواصفات. أما بالنسبة لمنتجات J525 المُزالة منها النتوءات، فإن عملية إزالة النتوءات عادةً ما تُقلل القطر الداخلي عمدًا بمقدار 0.002 بوصة تقريبًا، مما يؤدي إلى ترقق موضعي للجدار في منطقة اللحام. وعلى الرغم من تعويض سُمك الجدار بالتشكيل على البارد اللاحق، إلا أن الإجهاد المتبقي واتجاه الحبيبات قد يختلفان عن المعدن الأساسي، وقد يكون سُمك الجدار أقل قليلاً من سُمك الأنبوب المماثل المحدد في J356A.
بحسب الاستخدام النهائي للأنبوب، يجب إزالة النتوءات الداخلية أو تسويتها (أو تسويتها) لمنع أي تسرب محتمل، وخاصةً في الأنابيب ذات النهايات المتوهجة أحادية الجدار. على الرغم من الاعتقاد الشائع بأن أنابيب J525 ذات سطح داخلي أملس وبالتالي لا تسرب، إلا أن هذا اعتقاد خاطئ. قد تظهر خطوط على السطح الداخلي لأنابيب J525 نتيجةً للتشكيل البارد غير السليم، مما يؤدي إلى تسربات عند الوصلات.
ابدأ عملية إزالة النتوءات بقطع (أو كشط) خرزة اللحام من الجدار الداخلي للأنبوب. تُثبّت أداة التنظيف على محور مدعوم ببكرات داخل الأنبوب، خلف محطة اللحام مباشرةً. أثناء قيام أداة التنظيف بإزالة خرزة اللحام، مرّت البكرات دون قصد فوق بعض رذاذ اللحام، مما تسبب في اصطدامه بسطح الجدار الداخلي للأنبوب (انظر الشكل 2). تُعدّ هذه مشكلةً بالنسبة للأنابيب ذات التشغيل الخفيف، مثل الأنابيب المخرطة أو المصقولة.
إزالة البريق من الأنبوب ليست بالأمر السهل. فعملية القطع تحوّل البريق إلى خيط طويل متشابك من الفولاذ الحاد. ورغم أن الإزالة ضرورية، إلا أنها غالباً ما تكون عملية يدوية وغير دقيقة. أحياناً تُشحن أجزاء من أنابيب الأوشحة خارج نطاق الشركة المصنعة إلى العملاء.
الأرز. 1. يتم إنتاج مادة SAE-J525 بكميات كبيرة، مما يتطلب استثمارًا كبيرًا وجهدًا بشريًا كبيرًا. أما المنتجات الأنبوبية المماثلة المصنوعة باستخدام SAE-J356A فتُصنّع بالكامل في مصانع أنابيب التلدين المتصلة، مما يجعلها أكثر كفاءة.
بالنسبة للأنابيب الصغيرة، مثل أنابيب نقل السوائل التي يقل قطرها عن 20 مم، فإن إزالة النتوءات من السطح الداخلي ليست ضرورية عادةً، إذ لا تتطلب هذه الأقطار خطوة تشطيب إضافية. والتحذير الوحيد هو أن المستخدم النهائي يحتاج فقط إلى مراعاة ما إذا كان ارتفاع التحكم في الوميض الثابت سيُسبب مشكلة.
تبدأ الجودة العالية في التحكم باللهب في الفولاذ الموجه بالمعالجة الدقيقة للشرائح، والقطع، واللحام. في الواقع، يجب أن تكون خصائص المواد الخام للفولاذ J356A أكثر دقة من خصائص الفولاذ J525، لأن J356A يخضع لقيود أكثر صرامة فيما يتعلق بحجم الحبيبات، وشوائب الأكسيد، وغيرها من معايير صناعة الفولاذ، وذلك بسبب عملية التشكيل على البارد المستخدمة.
أخيرًا، غالبًا ما تتطلب عملية اللحام الداخلي سائل تبريد. تستخدم معظم الأنظمة نفس سائل التبريد المستخدم في أداة التشكيل، ولكن هذا قد يُسبب مشاكل. فعلى الرغم من ترشيح سائل التبريد وإزالة الشحوم منه، إلا أنه غالبًا ما يحتوي على كميات كبيرة من جزيئات المعادن، وأنواع مختلفة من الزيوت، وملوثات أخرى. لذلك، يتطلب أنبوب J525 دورة غسيل بمحلول قلوي ساخن أو خطوة تنظيف مماثلة.
تتطلب المكثفات وأنظمة السيارات وغيرها من الأنظمة المماثلة تنظيف الأنابيب، ويمكن إجراء التنظيف المناسب في المصنع. يخرج أنبوب J356A من المصنع بثقب نظيف، ومحتوى رطوبة مضبوط، وأقل قدر من الرواسب. وأخيرًا، من الممارسات الشائعة ملء كل أنبوب بغاز خامل لمنع التآكل وإغلاق أطرافه قبل الشحن.
تُخضع أنابيب J525 لعملية التطبيع بعد اللحام، ثم تُسحب على البارد. بعد السحب على البارد، تُعاد معالجة الأنبوب بالتطبيع مرة أخرى لتلبية جميع المتطلبات الميكانيكية.
تتطلب مراحل التطبيع، وسحب الأسلاك، والتطبيع الثاني، نقل الأنابيب إلى الفرن، ثم إلى محطة السحب، ثم إعادتها إلى الفرن. وبحسب تفاصيل العملية، قد تتطلب هذه المراحل خطوات فرعية أخرى منفصلة، ​​مثل التشطيب (قبل الطلاء)، والتخريش، والتقويم. وتُعدّ هذه المراحل مكلفة وتتطلب موارد كبيرة من الوقت والجهد والمال. وترتبط الأنابيب المسحوبة على البارد بنسبة هدر تصل إلى 20% في الإنتاج.
تُخضع أنابيب J356A لعملية التطبيع في مصنع الدرفلة بعد اللحام. لا تلامس الأنابيب الأرض، وتنتقل من مراحل التشكيل الأولية إلى المنتج النهائي في سلسلة متواصلة من الخطوات داخل مصنع الدرفلة. تُعاني الأنابيب الملحومة، مثل J356A، من نسبة هدر تصل إلى 10% في عملية الإنتاج. وبافتراض ثبات جميع العوامل الأخرى، فإن هذا يعني أن مصابيح J356A أقل تكلفة في التصنيع من مصابيح J525.
على الرغم من أن خصائص هذين المنتجين متشابهة، إلا أنهما ليسا متطابقين من وجهة نظر علم المعادن.
تتطلب أنابيب J525 المسحوبة على البارد معالجتين أوليّتين بالتطبيع: بعد اللحام وبعد السحب. تؤدي درجات حرارة التطبيع (900 درجة مئوية أو 1650 درجة فهرنهايت) إلى تكوين أكاسيد سطحية، تُزال عادةً باستخدام حمض معدني (عادةً حمض الكبريتيك أو حمض الهيدروكلوريك) بعد التلدين. يُخلّف التخليل أثراً بيئياً كبيراً من حيث انبعاثات الهواء وتدفقات النفايات الغنية بالمعادن.
بالإضافة إلى ذلك، يؤدي توحيد درجة الحرارة في جو الاختزال لفرن الموقد الدوار إلى استهلاك الكربون على سطح الفولاذ. هذه العملية، المعروفة بإزالة الكربون، تُخلّف طبقة سطحية أضعف بكثير من المادة الأصلية (انظر الشكل 3). وهذا الأمر بالغ الأهمية، خاصةً بالنسبة للأنابيب ذات الجدران الرقيقة. فعند سُمك جدار يبلغ 0.030 بوصة، حتى طبقة إزالة الكربون الصغيرة التي لا تتجاوز 0.003 بوصة ستُقلل من سُمك الجدار الفعال بنسبة 10%. وقد تتعرض هذه الأنابيب الضعيفة للتلف نتيجة الإجهاد أو الاهتزاز.
الشكل 2. أداة تنظيف داخلية (غير موضحة) مدعومة ببكرات تتحرك على طول السطح الداخلي للأنبوب. يقلل التصميم الجيد للبكرات من كمية رذاذ اللحام المتناثر على جدار الأنبوب. أدوات نيلسن
تُصنّع أنابيب J356 على دفعات وتتطلب عملية تلدين في فرن ذي قاعدة أسطوانية، ولكن هذا ليس كل شيء. أما النوع J356A، فيُصنّع بالكامل في مطحنة درفلة باستخدام الحثّ المدمج، وهي عملية تسخين أسرع بكثير من فرن القاعدة الأسطوانية. هذا يُقلّل وقت التلدين، وبالتالي يُضيّق نطاق فرصة إزالة الكربون من دقائق (أو حتى ساعات) إلى ثوانٍ. وهذا يُوفّر لأنابيب J356A تلدينًا متجانسًا دون أكسدة أو إزالة للكربون.
يجب أن تتمتع الأنابيب المستخدمة في خطوط الهيدروليك بمرونة كافية لثنيها وتمديدها وتشكيلها. وتُعدّ الانحناءات ضرورية لنقل سائل الهيدروليك من النقطة أ إلى النقطة ب، مروراً بالعديد من الانحناءات والالتواءات على طول المسار، ويُعدّ التوسيع النهائي للأنابيب أساسياً لتوفير طريقة توصيل نهائية.
في معضلة البيضة والدجاجة، صُممت المداخن لتوصيلات الموقد أحادية الجدار (وبالتالي يكون قطرها الداخلي أملسًا)، أو ربما حدث العكس. في هذه الحالة، يتلاءم السطح الداخلي للأنبوب بإحكام مع تجويف موصل الدبوس. ولضمان اتصال معدني محكم، يجب أن يكون سطح الأنبوب أملسًا قدر الإمكان. ظهر هذا الملحق في عشرينيات القرن الماضي لقسم الطيران التابع لسلاح الجو الأمريكي الناشئ. وأصبح هذا الملحق لاحقًا وصلة التوهج القياسية بزاوية 37 درجة المستخدمة على نطاق واسع اليوم.
منذ بداية جائحة كوفيد-19، انخفض توريد الأنابيب المسحوبة ذات الأقطار الداخلية الملساء انخفاضًا ملحوظًا. وتميل المواد المتاحة إلى أن تستغرق فترات تسليم أطول من السابق. يمكن معالجة هذا التغيير في سلاسل التوريد من خلال إعادة تصميم وصلات الأطراف. على سبيل المثال، يُعد طلب عرض أسعار يتطلب موقدًا أحادي الجدار ويحدد النوع J525 بديلًا مناسبًا للموقد ثنائي الجدار. يمكن استخدام أي نوع من الأنابيب الهيدروليكية مع وصلة الطرف هذه، مما يتيح فرصًا لاستخدام النوع J356A.
إلى جانب وصلات التوهج، تُعدّ موانع التسرب الميكانيكية الحلقية شائعة الاستخدام (انظر الشكل 5)، لا سيما في أنظمة الضغط العالي. لا يقتصر الأمر على كون هذا النوع من الوصلات أقل إحكامًا للتسرب من وصلة التوهج أحادية الجدار نظرًا لاستخدامه موانع تسرب مطاطية، بل إنه أكثر تنوعًا أيضًا، إذ يُمكن تشكيله في نهاية أي نوع شائع من الأنابيب الهيدروليكية. يُتيح هذا لمصنّعي الأنابيب فرصًا أكبر في سلسلة التوريد وأداءً اقتصاديًا أفضل على المدى الطويل.
يزخر التاريخ الصناعي بأمثلة على منتجات تقليدية ترسخت في أوقات يصعب فيها على السوق تغيير مساره. قد يواجه منتج منافس - حتى لو كان أرخص بكثير ويلبي جميع متطلبات المنتج الأصلي - صعوبة في ترسيخ وجوده في السوق إذا ما أثيرت الشكوك. يحدث هذا عادةً عندما يفكر مسؤول المشتريات أو المهندس المُعيّن في بديل غير تقليدي لمنتج قائم. وقلما يجرؤ أحد على المخاطرة بكشف أمره.
في بعض الحالات، قد لا تكون التغييرات ضرورية فحسب، بل حتمية. فقد أدت جائحة كوفيد-19 إلى تغييرات غير متوقعة في توافر أنواع وأحجام معينة من الأنابيب الفولاذية لنقل السوائل. وتشمل المنتجات المتأثرة تلك المستخدمة في صناعات السيارات، والكهرباء، والمعدات الثقيلة، وأي صناعات أخرى لتصنيع الأنابيب التي تستخدم خطوط الضغط العالي، وخاصة خطوط الهيدروليك.
يمكن سدّ هذه الفجوة بتكلفة إجمالية أقل من خلال النظر في نوع معروف ولكنه متخصص من أنابيب الصلب. يتطلب اختيار المنتج المناسب لتطبيق معين إجراء بعض الأبحاث لتحديد توافق السوائل، وضغط التشغيل، والحمل الميكانيكي، ونوع الوصلة.
بالتدقيق في المواصفات، يتضح أن J356A قد يكون مكافئًا لـ J525 الأصلي. ورغم الجائحة، لا يزال متوفرًا بسعر أقل عبر سلسلة توريد موثوقة. وإذا كان حل مشكلات الشكل النهائي أقل استهلاكًا للوقت والجهد من البحث عن J525، فقد يساعد ذلك مصنعي المعدات الأصلية على التغلب على التحديات اللوجستية في ظل جائحة كوفيد-19 وما بعدها.
مجلة الأنابيب والأنابيب صدرت عام 1990 في مجلة The Tube & Pipe Journal. مجلة الأنابيب والمواسير، 1990 مجلة الأنبوب والأنابيب كانت الجريدة الأولى، أحدث الصناعات المعدنية في عام 1990. أصبحت مجلة Tube & Pipe Journal أول مجلة مخصصة لصناعة الأنابيب المعدنية في عام 1990.واليوم، لا تزال هذه المجلة هي المنشور الصناعي الوحيد في أمريكا الشمالية، وقد أصبحت المصدر الأكثر موثوقية للمعلومات بالنسبة للمهنيين في صناعة الأنابيب.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من مجلة "ذا فابريكيتور"، سهولة الوصول إلى موارد صناعية قيّمة.
أصبح الإصدار الرقمي من مجلة الأنابيب والأنابيب متاحًا بالكامل الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيّمة.
احصل على وصول رقمي كامل إلى مجلة STAMPING Journal، التي تعرض أحدث التقنيات وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع إمكانية الوصول الرقمي الكامل إلى The Fabricator en Español، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد صناعية قيّمة.