ملاحظة المحرر: هذه المقالة هي الثانية من سلسلة مكونة من جزأين تتناول سوق وتصنيع خطوط نقل السوائل صغيرة القطر لتطبيقات الضغط العالي. يناقش القسم الأول توافر المنتجات التقليدية محليًا لهذه التطبيقات، وهي نادرة. ويناقش الجزء الثاني منتجين غير تقليديين في هذا السوق.
يشترك نوعا الأنابيب الهيدروليكية الملحومة، اللذان حددتهما جمعية مهندسي السيارات - SAE-J525 وSAE-J356A - في مصدر واحد، وكذلك مواصفاتهما المكتوبة. تُقطع شرائح الفولاذ المسطحة حسب العرض وتُشكل على شكل أنابيب عن طريق التشكيل. بعد تلميع حواف الشريط بأداة ذات زعانف، يُسخّن الأنبوب بلحام عالي التردد بالمقاومة، ويُشكَّل بين بكرات الضغط لتشكيل لحام. بعد اللحام، يُزال نتوء القطر الخارجي باستخدام حامل، عادةً ما يكون مصنوعًا من كربيد التنغستن. يُزال وميض التعريف أو يُضبط إلى أقصى ارتفاع تصميمي باستخدام أداة القفل.
وصف عملية اللحام هذه عام، وهناك العديد من الاختلافات الطفيفة في عملية الإنتاج الفعلي (انظر الشكل 1). ومع ذلك، تشترك هذه العمليات في العديد من الخصائص الميكانيكية.
يمكن تقسيم أعطال الأنابيب وأنماط الأعطال الشائعة إلى أحمال شد وضغط. 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 للضغط بدرجة عالية، ولكن ما لم تُصبَّ بشبكة داخلية من قضبان التسليح، فإنها سهلة الكسر. لهذا السبب، يُختبر الفولاذ في الشد لتحديد قوة الشد القصوى (UTS). جميع أحجام خراطيم الهيدروليك الثلاثة لها نفس المتطلبات: 310 ميجا باسكال (45,000 رطل/بوصة مربعة) UTS.
نظراً لقدرة أنابيب الضغط على تحمل الضغط الهيدروليكي، قد يلزم إجراء حساب واختبار عطل منفصل، يُعرف باسم اختبار الانفجار. يمكن استخدام الحسابات لتحديد ضغط الانفجار النظري الأقصى، مع مراعاة سُمك الجدار، ومعامل التمدد الحراري (UTS)، والقطر الخارجي للمادة. ولأن أنابيب J525 وJ356A يمكن أن يكون لها نفس الحجم، فإن المتغير الوحيد هو معامل التمدد الحراري (UTS). يوفر هذا المنتج قوة شد نموذجية تبلغ 50,000 رطل/بوصة مربعة، مع ضغط انفجار تنبؤي يبلغ 0.500 × 0.049 بوصة. ضغط الأنابيب هو نفسه لكلا المنتجين: 10,908 رطل/بوصة مربعة.
على الرغم من تطابق التوقعات المحسوبة، إلا أن أحد الاختلافات في التطبيق العملي يعود إلى سمك الجدار الفعلي. في J356A، يمكن تعديل حجم النتوء الداخلي إلى أقصى حدّ اعتمادًا على قطر الأنبوب كما هو موضح في المواصفات. بالنسبة لمنتجات J525 المُزالة النتوءات، عادةً ما تُقلل عملية إزالة النتوءات القطر الداخلي عمدًا بحوالي 0.002 بوصة، مما يؤدي إلى ترقق موضعي للجدار في منطقة اللحام. على الرغم من ملء سمك الجدار بالمعالجة الباردة اللاحقة، إلا أن الإجهاد المتبقي واتجاه الحبيبات قد يختلفان عن المعدن الأساسي، وقد يكون سمك الجدار أرقّ قليلاً من الأنبوب المماثل المحدد في J356A.
حسب الاستخدام النهائي للأنبوب، يجب إزالة النتوءات الداخلية أو تسطيحها (أو تسطيحها) لتجنب مسارات التسرب المحتملة، وخاصةً في أشكال النهاية المتسعة أحادية الجدار. بينما يُعتقد عمومًا أن قطر الأنبوب J525 الداخلي سلس، وبالتالي لا يتسرب، إلا أن هذا اعتقاد خاطئ. قد تظهر خطوط قطر الأنبوب الداخلي على أنابيب J525 نتيجة سوء التشغيل البارد، مما يؤدي إلى تسربات عند الوصلة.
ابدأ عملية إزالة النتوءات بقطع (أو كشط) خرز اللحام من جدار القطر الداخلي. تُثبّت أداة التنظيف على عمود تثبيت مدعوم بأسطوانات داخل الأنبوب، خلف محطة اللحام مباشرة. أثناء إزالة أداة التنظيف لخرز اللحام، انزلقت الأسطوانات عن غير قصد على بعض رذاذ اللحام، مما تسبب في اصطدامه بسطح القطر الداخلي للأنبوب (انظر الشكل 2). تُعدّ هذه مشكلة في الأنابيب المُشَكَّلة بشكل خفيف، مثل الأنابيب المُخروطة أو المصقولة.
إزالة اللمعان من الأنبوب ليست بالأمر السهل. عملية القطع تُحوّل اللمعان إلى خيط طويل متشابك من الفولاذ الحاد. مع أن الإزالة ضرورية، إلا أنها غالبًا ما تكون عملية يدوية وغير متقنة. أحيانًا، تُنقل أجزاء من أنابيب الوشاح من مصنع الأنابيب إلى العملاء.
الأرز. ١. تُنتج مادة SAE-J525 بكميات كبيرة، مما يتطلب استثماراتٍ وعمالةً كبيرة. تُصنع المنتجات الأنبوبية المماثلة باستخدام SAE-J356A بالكامل في مطاحن أنابيب التلدين الخطية، مما يجعلها أكثر كفاءة.
بالنسبة للأنابيب الأصغر حجمًا، مثل أنابيب السوائل التي يقل قطرها عن 20 مم، عادةً ما لا تكون إزالة النتوءات الداخلية مهمة بنفس القدر، لأن هذه الأقطار لا تتطلب خطوة تشطيب داخلية إضافية. التحذير الوحيد هو أن المستخدم النهائي يحتاج فقط إلى مراعاة ما إذا كان ارتفاع التحكم الثابت في الوميض سيُسبب مشكلة.
يبدأ تميز التحكم في لهب ID بتجهيز الشرائط بدقة، والقطع، واللحام. في الواقع، يجب أن تكون خصائص المادة الخام لـ J356A أكثر صرامة من J525، لأن J356A تفرض قيودًا أكبر على حجم الحبيبات، وشوائب الأكسيد، وغيرها من معايير صناعة الفولاذ، وذلك بسبب عملية التشكيل البارد.
أخيرًا، غالبًا ما يتطلب اللحام بالقطر الداخلي سائل تبريد. تستخدم معظم الأنظمة نفس سائل التبريد المستخدم في أداة اللف، ولكن هذا قد يُسبب مشاكل. على الرغم من ترشيح سوائل تبريد المطاحن وإزالة الشحوم منها، إلا أنها غالبًا ما تحتوي على كميات كبيرة من الجزيئات المعدنية، والزيوت المختلفة، والشوائب الأخرى. لذلك، تتطلب أنابيب J525 دورة غسيل ساخنة بمحلول كاوي أو أي خطوة تنظيف مماثلة.
تتطلب المكثفات وأنظمة السيارات والأنظمة المشابهة تنظيف الأنابيب، ويمكن إجراء التنظيف المناسب في المصنع. يخرج أنبوب J356A من المصنع بثقب نظيف، ورطوبة مُتحكم بها، وبقايا ضئيلة. وأخيرًا، من الشائع ملء كل أنبوب بغاز خامل لمنع التآكل وإغلاق الأطراف قبل الشحن.
تُسوّى أنابيب J525 بعد اللحام، ثم تُسحب على البارد. بعد المعالجة الباردة، تُسوّى الأنابيب مرة أخرى لتلبية جميع المتطلبات الميكانيكية.
تتطلب خطوات التطبيع، وسحب الأسلاك، والتطبيع الثاني نقل الأنبوب إلى الفرن، ثم إلى محطة السحب، ثم إعادته إلى الفرن. وحسب تفاصيل العملية، تتطلب هذه الخطوات خطوات فرعية أخرى منفصلة، ​​مثل التوجيه (قبل الطلاء)، والنقش، والتقويم. هذه الخطوات مكلفة وتتطلب موارد كبيرة من الوقت والجهد والمال. وترتبط الأنابيب المسحوبة على البارد بنسبة هدر في الإنتاج تصل إلى 20%.
يتم تطبيع أنبوب J356A في مصنع الدرفلة بعد اللحام. لا يلامس الأنبوب الأرض، وينتقل من خطوات التشكيل الأولية إلى الأنبوب النهائي في سلسلة متواصلة من الخطوات في مصنع الدرفلة. تتميز الأنابيب الملحومة مثل J356A بهدر إنتاجي بنسبة 10%. ومع ثبات جميع العوامل الأخرى، يعني هذا أن تصنيع مصابيح J356A أقل تكلفة من تصنيع مصابيح J525.
على الرغم من أن خصائص هذين المنتجين متشابهة، إلا أنهما ليسا متماثلين من وجهة نظر معدنية.
تتطلب أنابيب J525 المسحوبة على البارد معالجتين تمهيديتين للتطبيع: بعد اللحام، وبعد السحب. تؤدي درجات حرارة التطبيع (900 درجة مئوية أو 1650 درجة فهرنهايت) إلى تكوين أكاسيد سطحية، تُزال عادةً بحمض معدني (عادةً حمض الكبريتيك أو الهيدروكلوريك) بعد التلدين. للتخليل تأثير بيئي كبير من حيث الانبعاثات الجوية وتدفقات النفايات الغنية بالمعادن.
بالإضافة إلى ذلك، يؤدي تطبيع درجة الحرارة في جو الاختزال لفرن الموقد الأسطواني إلى استهلاك الكربون على سطح الفولاذ. تُخلّف هذه العملية، المعروفة باسم إزالة الكربون، طبقة سطحية أضعف بكثير من المادة الأصلية (انظر الشكل 3). وهذا مهم بشكل خاص للأنابيب رقيقة الجدار. فحتى مع سمك جدار يبلغ 0.030 بوصة، فإن طبقة إزالة الكربون الصغيرة التي تبلغ 0.003 بوصة ستُقلل من الجدار الفعال بنسبة 10%. وقد تتعطل هذه الأنابيب الضعيفة بسبب الإجهاد أو الاهتزاز.
الشكل ٢. أداة تنظيف الأنبوب الداخلي (غير موضحة) مدعومة بأسطوانات تتحرك على طول الأنبوب الداخلي. يُقلل التصميم الجيد للأسطوانات من كمية رذاذ اللحام الذي يتدحرج إلى جدار الأنبوب. أدوات نيلسن
تُعالَج أنابيب J356 على دفعات، وتتطلب التلدين في فرن الموقد الأسطواني، ولكن هذا ليس حكرًا على ذلك. يُشَكَّل الطراز J356A بالكامل في مطحنة درفلة باستخدام الحث المدمج، وهي عملية تسخين أسرع بكثير من فرن الموقد الأسطواني. هذا يُقصِّر وقت التلدين، مما يُضيِّق فترة إزالة الكربنة من دقائق (أو حتى ساعات) إلى ثوانٍ. هذا يُوفِّر لـ J356A تلدينًا متجانسًا دون أكسيد أو إزالة كربنة.
يجب أن تكون الأنابيب المستخدمة في خطوط الهيدروليك مرنة بما يكفي لثنيها وتوسيعها وتشكيلها. الانحناءات ضرورية لنقل السائل الهيدروليكي من النقطة أ إلى النقطة ب، مرورًا بمختلف الانحناءات والانعطافات على طول الطريق، والانحناء هو الأساس لتوفير طريقة توصيل طرفية.
في حالة الدجاجة أم البيضة، صُممت المداخن لتوصيلات موقد أحادية الجدار (وبالتالي ذات قطر داخلي أملس)، أو ربما حدث العكس. في هذه الحالة، يُثبّت السطح الداخلي للأنبوب بإحكام على مقبس موصل الدبوس. لضمان اتصال محكم بين المعدنين، يجب أن يكون سطح الأنبوب أملسًا قدر الإمكان. ظهر هذا الملحق في عشرينيات القرن الماضي لفرقة سلاح الجو الأمريكي الناشئة. وأصبح لاحقًا الامتداد القياسي بزاوية 37 درجة المستخدم على نطاق واسع اليوم.
منذ بداية جائحة كوفيد-19، انخفض توريد الأنابيب المسحوبة ذات الأقطار الداخلية الملساء بشكل ملحوظ. وتميل المواد المتاحة إلى أن تكون فترات تسليمها أطول من ذي قبل. ويمكن معالجة هذا التغيير في سلاسل التوريد بإعادة تصميم الوصلات الطرفية. على سبيل المثال، يُعد طلب عرض أسعار يتطلب موقدًا أحادي الجدار ويحدد J525 خيارًا مناسبًا لاستبدال موقد مزدوج الجدار. ويمكن استخدام أي نوع من الأنابيب الهيدروليكية مع هذه الوصلة الطرفية. وهذا يتيح فرصًا لاستخدام J356A.
بالإضافة إلى وصلات الوصلات الدائرية، تُعد الأختام الميكانيكية الحلقية (O-ring) شائعة الاستخدام (انظر الشكل 5)، خاصةً في أنظمة الضغط العالي. لا يقتصر الأمر على كون هذا النوع من الوصلات أقل إحكامًا ضد التسرب من الوصلات أحادية الجدار، نظرًا لاستخدامه أختامًا مطاطية، بل إنه أكثر تنوعًا أيضًا، إذ يُمكن تشكيله في نهاية أي نوع شائع من الأنابيب الهيدروليكية. وهذا يوفر لمصنعي الأنابيب فرصًا أكبر لسلسلة التوريد، وأداءً اقتصاديًا أفضل على المدى الطويل.
يزخر التاريخ الصناعي بأمثلة على ترسيخ المنتجات التقليدية في وقتٍ يصعب فيه على السوق تغيير مساره. قد يصعب على منتج منافس - حتى لو كان أرخص بكثير ويلبي جميع متطلبات المنتج الأصلي - ترسيخ مكانته في السوق إذا ما أثيرت الشكوك. يحدث هذا عادةً عندما يفكر وكيل الشراء أو المهندس المُكلّف في استبدال منتج موجود بآخر غير تقليدي. قليلون هم من يُخاطرون باكتشاف أمرهم.
في بعض الحالات، قد لا تكون التغييرات ضرورية فحسب، بل ضرورية. فقد أدت جائحة كوفيد-19 إلى تغييرات غير متوقعة في توافر أنواع وأحجام معينة من أنابيب السوائل الفولاذية. وتشمل المنتجات المتأثرة تلك المستخدمة في صناعات السيارات والكهرباء والمعدات الثقيلة وأي صناعات أخرى لتصنيع الأنابيب التي تستخدم خطوط الضغط العالي، وخاصةً الخطوط الهيدروليكية.
يمكن سد هذه الفجوة بتكلفة إجمالية أقل من خلال استخدام نوع متداول ولكنه متخصص من أنابيب الصلب. يتطلب اختيار المنتج المناسب للتطبيق إجراء بعض الأبحاث لتحديد توافق السوائل، وضغط التشغيل، والحمل الميكانيكي، ونوع التوصيل.
يُظهر التدقيق في المواصفات أن J356A يُمكن أن يُعادل J525 الحقيقي. ورغم الجائحة، لا يزال متوفرًا بسعر أقل من خلال سلسلة توريد موثوقة. إذا كان حل مشاكل الشكل النهائي أقل جهدًا من إيجاد J525، فقد يُساعد ذلك مُصنعي المعدات الأصلية على مواجهة التحديات اللوجستية في عصر كوفيد-19 وما بعده.
مجلة الأنابيب والأنابيب صدرت عام 1990 في مجلة The Tube & Pipe Journal. مجلة الأنابيب والأنابيب (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، تظل هذه المجلة هي المطبوعة الصناعية الوحيدة في أمريكا الشمالية وأصبحت المصدر الأكثر ثقة للمعلومات لمحترفي صناعة الأنابيب.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من The FABRICATOR، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبحت النسخة الرقمية من مجلة The Tube & Pipe Journal متاحة الآن بشكل كامل، مما يوفر سهولة الوصول إلى الموارد الصناعية القيمة.
احصل على وصول رقمي كامل إلى مجلة STAMPING Journal، التي تضم 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 الصناعة القيمة.