با پیشرفت سریع تکنولوژی در صنایع مختلف، نیاز به ابزار و تجهیزات خاص نیز در حال افزایش است. لوله‌های صنعتی خانواده بزرگی از لوله‌ها هستند که کاربردهای گوناگونی در صنعت ساختمان سازی و سایر صنایع مهم کشورها دارند. به عنوان مثال از لوله پلی اتیلن در جابجایی سیالات شیمیایی و از لوله زهکش و اتصالات pvc در سیستم‌های آبرسانی استفاده می‌شود. لوله‌های صنعتی با متریال مختلف در قطر و ضخامت و با شکل‌های متفاوت سطح مقطع تولید می‌شوند. یکی از روش‌های تولید لوله فولادی روش اسپیرال است.
حال باید ببینیم که لوله اسپیرال چیست و چطور تولید می‌شود؟ در پروسه تولید لوله به روش اسپیرال، لوله فولادی از ورق هایی با ضخامت مختلف که به صورت مارپیچ درآمده‌اند، به وجود می‌آید. در ادامه این مقاله به طور دقیق‌تر بررسی خواهیم کرد که مشخصت فنی و ظاهری لوله اسپیرال چیست و چه کاربردهایی در صنایع مختلف دارد.
لوله اسپیرال چیست؟
همانطور که اشاره کردیم، (لوله‌های اسپیرال Spiral pipes) از خانواده لوله‌های فولادی محسوب می‌شود که با روش اسپیرال ساخته شده‌است. لوله‌های فولادی در این روش با استفاده از روش نورد گرم و به صورت مارپیچی در می‌آیند. ابعاد این لوله‌ها بین 8 تا 120 اینچ است و از لحاظ کیفیت می‌توان گفت که با لوله‌های درز دار رقابت میکنند. فضای داخلی این لوله‌ها را سطح صاف و یکدستی در بر می‌گیرد تا زیان ناشی از اصطکاک را کاهش داده و این لوله‌ها را برای انتقال سیالات آماده کند.
نوع جوش در این لوله‌ها بسیار مهم است؛ زیرا جوشکاری اصولی و با کیفیت به افزایش استحکام لوله در برابر فشار وارد شده به دیوراه آن کمک می‌کند. قبل از تولید لوله‌های اسپیرال در سال 1960، از لوله‌های درز دار در صنایع مرتبط استفاده می‌شد. امروزه هم لوله‌های درزدار مصارف بیشتری دارند؛ اما در سال‌های قبل، مردم بیشتر لوله‌های اسپیرال را در صنایع مختلف به کار برده‌اند.
انواع لوله های اسپیرال
برای دسته بندی لوله‌های اسپیرال روش‌های متفاوتی وجود دارد که یکی از آنها با توجه به ضخامت ورقه فولادی به کار رفته برای تولید انجام می‌شود. ولی دسته بندی رایج این نوع لوله‌ها به کیفیت ساخت آنها مربوط می‌شود. لوله اسپیرال به سه دسته اساسی تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
-
قابل استفاده
این دسته از لوله‌ها کاملا مطابق با استانداردهای لازم تولید می‌شوند و از لحاظ فنی کیفیت مناسبی برای استفاده دارند.
-
قابل ترمیم
این نوع از لوله‌های اسپیرال از نظر دارابودن استانداردهای لازم تایید نمی‌شوند، ولی قابلیت تعمیر دارند و پس از تعمیر می‌توان از آنها استفاده کرد.
-
غیرقابل استفاده
این دسته از لوله‌های اسپیرال نه تنها شرایط استاندارد کیفی مناسبی ندارند، بلکه قابل تعمیر هم نیستند و دیگر نمی‌توان از آنها در صنایع مختلف استفاده کرد.
مشخصات فنی لوله اسپیرال
در قسمت‌های پیشین اشاره کردیم که لوله‌های فولادی اسپیرال از نورد گرم و به شکل مارپیچی در جنس‌های گالوانیزه (لوله‌ی اسپیرال گالوانیزه) و گاهی هم آلومینیومی، ساخته می‌شوند. در صورتی که از ورق فولاد در ساخت لوله‌های اسپیرال استفاده نشود، آنها را از فایبرگلاس یا پلاستیک انعطاف‌پذیر و کامپوزیت تولید میکنند. البته ممکن است مشتری بخواهد لوله‌ی اسپیرال را با جنس‌های متفاوتی تولید کنند. مثلا آنها را از جنس فولاد، برنج، مس، آلومینیوم و فولاد ضد زنگ با روکش وینیل سفارش دهد.
همانقدر که جنس لوله اسپیرال تنوع زیادی دارد، طول آن هم دارای سایزبندی متفاوتی است؛ اما متداول‌ترین طول این لوله ۲۰ فوت و در ایران 6 -12 متر است. به طور کلی، از نظر سایزبندی لوله اسپیرال، سایزهای 5 تا 120 اینچ موجود است.
تولید این لوله‌ها، در سایزها و ضخامت‌های مختلفی صورت می‌گیرد و با مواد ضد خوردگی مثل اپوکسی مایع، پلی اتیلن سه لایه، بیتوسیل و… سطح داخلی و خارجی آنها را می‌پوشانند.
روش فرم دهی اسپیرال
روش فرم دهی اسپیرال نسبت به درز مستقیم راحت تر انجام می‌شود؛ به این صورت که ورقه فولادی را در فرم دهی اسپیرال از زیرغلتک‌هایی که درز حلزونی دارند عبور می‌دهند و به شکل یک لوله در می‌آورند. در لوله درزمستقیم، قطر لوله به پهنای ورق بستگی دارد؛ اما در روش اسپیرال، قطر لوله با تغییردادن زاویه اولیه ورق عوض می‌شود. یک نکته مثبت در این مورد وجود دارد؛ آن هم این است که با تغییر زاویه اولیه ورق، بدون تعویض کل قالب‌های خط تولید، می‌توان این لوله ها را در قطرهای مختلف ساخت. جالب است بدانید که فرم دهی اسپیرال هزینه کمتری نسبت به روش درز مستقیم دارد.
فرآیند تولید لوله های اسپیرال
لوله‌های اسپیرال به دو روش قابل ساخت و تولید هستند. این دو روش به نام‌های اسپیرال تک مرحله‌ای و اسپیرال دو مرحله‌ای شناخته شده‌اند. در این بخش قصد داریم تا به پرسش تفاوت لوله اسپیرال تک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای چیست، پاسخ بدهیم.
- اسپیرال یک مرحله‌ای: این روش به سه بخش تقسیم می‌شود. اول نوبت جوش دادن سر ورق‌ها به همدیگر است؛ سپس لبه‌های ورق صاف می‌شوند. دوم نوبت شکل دهی است. برای جلوگیری از ایجاد برآمدگی‌های غیرقابل پرس روی لبه ورق، آن را خم میکنند. موقع جوشکاری، اول لبه داخلی ورق در حالت ساعت ۶ توسط دستگاه جوش زیرپودری جوش می خورد و بعد لبه خارجی در موقعیت ساعت ۱۲ جوشکاری می شود.
با این روش در هر دقیقه در حدود 1 تا 3 متر لوله اسپیرال تولید می‌شود که موجب کند بودن روند ساخت لوله اسپیرال می‌شود.
- اسپیرال دو مرحله‌ای: این روش نیز مانند روش تک مرحله‌ای است، با این تفاوت که فرم دهی ورق به وسیله GMAW انجام می‌شود. یعنی یک مرحله به مراحل بالا افزوده می‌شود:
1. آماده سازی اولیه ورق
2. شکل دهی ورق
3. جوش با GMAW
4. جوشکاری زیرپودری قسمت داخلی و خارجی لوله
در روش اسپیرال دو مرحله‌ای، در هر دقیقه در حدود 12 متر لوله اسپیرال تولید می‌شود که سرعت بالاتری نسبت به روش یک مرحله‌ای دارد.
لوله اسپیرال از تبدیل یک کویل فلزی به یک لوله فولادی همراه با یک درز قفل مارپیچی ۴ لایه به وجود می‌آید. فضای درونی این لوله برای به حداقل رساندن آسیب‌های ناشی از اصطکاک، صاف است و یک درز شیار در کل قسمت های خارجی آن دیده می‌شود. این لوله تقریباً دو و نیم برابر لوله جوشی، نسبت به شکسته شدن از خود مقاومت نشان می‌دهد.
مزایای لوله اسپیرال
لوله اسپیرال به عنوان پرکاربردترین لوله صنعتی دارای خصوصیات بسیار منحصر به فردی بوده و استفاده از آن مزایای مهمی دارد که در ادامه آنها را بررسی می کنیم.
- هزینه تولید کمتری نسبت به لوله‌های درز جوش دارد.
- محدودیتی در سایز طول لوله فولادی اسپیرال وجود ندارد.
- به تجهیزات سنگین برای تولید نیازی نیست.
- از استحکام و قدرت بیشتر به خاطر داشتن خواص مکانیکی مواد اولیه برخوردار است.
- دارای قابلیت شکل پذیری عالی است.
- در متریال‌های بسیار متنوعی تولید می‌شود.
- مقاومت بالاتری در برابر شکست و ترک لوله دارد.
- به دلیل داشتن دهانه های طولانی تر، مدت زمان عملیات نصب و تعداد اتصالات و آویزهای مورد نیاز را کاهش می دهد.
- باعث اندازه‌گیری آسان‌تر جریان هوا می‌شود.
- لوله اسپیرال قابل رنگ آمیزی را می توان به گونه‌ای تکمیل کرد که با محیط داخلی ترکیب یا با آن متمایز شود.
- امکان تولید لوله با قطر بالا (۱۲۰ اینچ) را فراهم می‌کند.
معایب لوله‌های اسپیرال
در بخش قبل دیدیم که لوله‌های اسپیرال مزایای فراوانی از جمله هزینه تولید کمتر و استحکام بالاتر دارند؛ همچنین به دلیل اینکه به صورت ورقه‌های مارپیچی از فولاد با ضخامت مختلف تولید شده اند؛ فضای داخلی یکدست و صیقلی دارند که همین موضوع اصطکاک ناشی از جامدات را به حداقل رسانده و این لوله‌ها را برای انتقال سیالات آماده می‌کند تا در این بین دچار آسیب دیدگی نشود.
اما دارا بودن این ویژگی های مثبت به آن معنا نیست که بتوانیم از عیب‌های آنها چشم پوشی کنیم. از جمله معایب این لوله‌ها این است که ممکن است هنگام ساخت سطح مقطع به شکل بیضی درآید یا نسبت به لوله‌های درز جوش چروکیدگی‌های بیشتری پیدا کند.
کاربردها و موارد استفاده لوله اسپیرال
لوله‌های اسپیرال در گذشته فقط در صنعت نفت و گاز کاربرد داشتند؛ ولی در اثر بهبود کیفیت این لوله‌ها، صنایع دیگری نیز شروع به استفاده از آنها کردند که این صنایع عبارتند از:
- صنعت نفت و گاز: می‌توان گفت که کاربرد مهم لوله اسپیرال در این صنعت است؛ زیرا لوله‌های اسپیرال برای انتقال نفت و گاز مناسبند. این لوله‌ها در انتقال آب و گاز به شهرهای مختلف کشور نیز کاربرد دارند.
- سیستم گرمایشی ساختمان‌های بزرگ: مثلا بیمارستان‌ها، ساختمان‌های اداری، انبارها و مراکز عمومی از این لوله‌ها استفاده میکنند.
- استفاده از لوله اسپیرال در سیستم تهیویه مطبوع یا HVAC در ساختمان‌های بزرگ
- از لوله‌های اسپیرال در صنایع دیگری چون صنایع شیمیایی، صنعت برق، آب و فاضلاب، انرژی حرارتی، لایه روبی پل و سازه‌های فلزی، سیستم‌های گرمایشی و مواردی از این قبیل استفاده می‌شود.
- به دلیل قدرت تحمل فشار زیاد لوله‌های اسپیرال، از آنها در جا به جایی، بارگیری و حمل مواد فله از طریق کامیون‌های باری استفاده می‌شود.
روش ساخت لوله اسپیرال
برای توضیح روش ساخت لوله اسپیرال، باید مراحل آن را به طور خلاصه بیان کنیم. در ساخت این نوع لوله از پلیمر پلی اتیلن کمک می‌گیرند و در ادامه به میزان کم در حد کمتر از 3٪، دوده و مستربچ رنگی به مواد افزوده می‌شود. در مرحله بعدی پروسه تولید لوله اسپیرال، مواد لازم وارد فرآیند اکستروژن شده و در دمای بالا در محفظه‌ای به نام اکسترودر ذوب می‌شوند.
میزان دما در این مرحله حائز اهمیت است و تاثیر زیادی در کیفیت لوله دارد. قدم بعدی، زمان ریختن مواد ذوب شده داخل قالب‌های لوله است. پس از آن، فرآیند شیاردار کردن سطح خارجی لوله با استفاده از قالب‌های دایره‌ای شکل آغاز می‌شود. در مرحله‌ی آخر، لوله با روش خنک سازی وسیله‌ی آب به دمای پایین می‌رسد. این مراحل تولید کمک میکنند که لوله اسپیرال در نهایت استحکام و مقاومت بیشتری نسبت به لوله پلی اتیلن داشته باشد.
جوشکاری لوله فولادی اسپیرال
برای جوشکاری لوله اسپیرال، از روش قوسی زیرپودری استفاده میکنند. جوشکاری زیر پودری یا SAW، یکی از فرایندهای جوشکاری قوسی محسوب می‌شود که در آن، نوک الکترود داخل پودری از مواد معدنی ویژه قرار می‌گیرد و یک یا چند قوس در زیر این پودر در ادامه مسیر جوشکاری تشکیل می‌شود. جوشکاری زیرپودری می‌تواند به ۳ روش نیمه اتوماتیک، اتوماتیک و ماشینی انجام شود.
در زمان تولید لوله اسپیرال هر دو سمت ورق، یعنی قسمت داخلی و قسمت خارجی لوله به روش جوش قوسی مارپیچ به یکدیگرجوش داده می‌شوند. هنگام جوشکاری ورق به دلیل جوش زیر پودری اتوماتیک، قوس جوش آن زیر پوشش پنهان می شود. در این حالت اکسیژن هوا وارد قوس نشده و از اکسیده شدن جوش لوله جلوگیری می‌شود.
معرفی لوله درزجوش اسپیرال
در بخش تولید و ساخت لوله اسپیرال توضیح دادیم که ورق را چطو به کمک دستگاه‌های مخصوصی به صورت دایره شکل در می‌آورند. در حقیقت نوار ورق، ماده اولیه در تولید لوله‌های درزجوش اسپیرال محسوب می‌شود. در ساخت لوله‌های درزجوش اسپیرال از متریال با کیفیت و ارزان تر استفاده می‌شود. در ضمن، پروسه تولید لوله‌های درز جوش اسپیرال به صورت پیوسته انجام می‌شود که اینکار هزینه تولید را به طرز عجیبی کاهش می‌دهد.
همچنین برای تولید لوله‌های درزجوش اسپیرال برخلاف لوله‌های درز جوش مستقیم، به تجهیزات خیلی سنگین مثل دستگاه‌های پرس عظیم و نیز دستگاه‌های غول پیکر که کار انبساط سرد را انجام می‌دهند احتیاجی نیست. از ویژگی های خوب لوله های درزجوش اسپیرال این است که از نظر قطر و ضخامت محدودیت خاصی ندارند و می‌توانند در سایزهای مختلف تولید شوند. همچنین مقاومت لوله های اسپیرال در برابر شکست نیز بالاتر است. ساده‌تر بگوییم که امکان شکست ترد و رشد ترک در لوله‌های اسپیرال بسیار پایین است و ما کمتر با دردسر ترکیدگی لوله‌ها مواجه هستیم.
آیا لوله های اسپیرال مقاومت بالایی دارند؟
تا این قسمت از مقاله با نحوه تولید و ساخت لوله‌های اسپیرال به طور کامل آشنا شدیم و دیدیم که این نوع لوله‌ها شیارهای جوش خورده‌ای روی سطح مارپیچ شکل خود دارند. این ویژگی باعث می‌شود که مقاومت لوله‌های اسپیرال بالاتر رفته و در برابر شکست یا ترکیدن لوله ایمن باشند.
جمع بندی: لوله‌های اسپیرال را بهتر بشناسیم!
در این مقاله، با لوله‌ی اسپیرال ،انواع و نحوه تولید آن آشنا شدیم و همان طور که گفتیم، این لوله‌ی فولادی با دارا بودن خواص مکانیکی و ویژگی‌های بسیار زیاد، در صنایع گونگون کاربردهای مختلفی داشته و یکی از پُرمصرف‌ترین لوله‌های صنعتی محسوب می شود. در صنعت لوله سازی، تکنیک های زیادی برای تولید انواع مختلف لوله با مصارف مخصوص وجود دارد وابعاد و سایز این لوله‌ها با توجه به نوع کاربردی که دارند متفاوت است. فراموش نکنید که لوله‌های اسپیرال نسبت به سایر لوله‌های صنعتی، قیمت مقرون به‌صرفه‌تری داشته و بسیار مقاوم عمل میکنند.
سوالات متداول
لوله اسپیرال چیست؟
لوله اسپیرال از خانواده لوله‌های فولادی محسوب می‌شود که با روش اسپیرال ساخته شده‌است. لوله‌های فولادی در این روش با استفاده از روش نورد گرم و به صورت مارپیچی در می‌آیند.
تاریخچه استفاده از لوله اسپیرال مربوط به چه زمانی است؟
ساخت لوله اسپیرال در اواخر قرن ۱۹ صورت گرفت. به طور کلی می‌توان گفت استفاده از این لوله توسط مهندسی آلمانی بنام «مانسمان» انجام شد.
انواع لوله های اسپیرال کدامند؟
لوله‌های اسپیرال برای استفاده به سه دسته اساسی تقسیم می‌شوند که عبارتند از لوله‌های قابل استفاده یا واجد شرایط، لوله‌های قابل ترمیم یا ترمیم شده و لوله‌های غیر قابل استفاده که به طور کلی نمی‌توان از آنها در صنایع استفاده کرد.
لوله‌های اسپیرال چه جوانب مثبت و منفی دارند؟
از جمله نکات مثبت این لوله‌ها می‌توان به هزینه تولید پایین‌تر نسبت به سایر لوله‌ها و استحکام فوق العاده زیاد آنها اشاره کرد. لوله اسپیرال برای ساخته شدن نیاز به تجهیزات سنگین ندارد اما ممکن است در هنگام تولید نسبت به لوله‌های درز جوش چروکیدگی‌های بیشتری پیدا کند. البته همه این موارد به کیفیت تولید کننده نیز بستگی دارد.
لوله اسپیرال و درز مستقیم چه تفاوتی باهم دارند؟
این دو لوله در روش تولید و نوع کاربرد با یکدیگر متفاوت هستند. به این صورت که در ساخت لوله درز مستقیم، لازم است تنها یکبار ورق را به فرم استوانه‌ای شکل خم کرد و پس از جوش دادن لبه‌ها، فرآیند کامل می‌شود. ولی در لوله اسپیرال لازم است پروسه خم شدن ورقه فولادی به صورت پیوسته و مارپیچی انجام شود. در ضمن لوله اسپیرال متنوع‌تر است و در زمینه انتقال جامداتی مانند سیمان، مواد خوراکی و … نیز کاربرد دارد.
چه عواملی بر قیمت لوله اسپیرال تاثیر می‌گذارند؟
در زمان قیمت گذاری لوله‌های اسپیرال به دو نکته توجه ویژه‌ای صورت می‌گیرد. کیفیت ورق‌های فولادی به کار رفته برای تولید لوله‌های اسپیرال و نوع جوش لوله‌ها. طبیعتا نحوه جوش خوردن و کیفیت آن در مقاومت لوله‌های اسپیرال موثر بوده و هرچه حرفه‌ای تر انجام شود، باعث بالا رفتن قیمت لوله می‌شود. نوع ورق فولادی نیز نقش تعیین کننده‌ای برای قیمت ایفا می‌کند. به این صورت که اگر از ورق‌های فولادی خارجی و وارداتی برای ساخت این نوع لوله‌ها استفاده شده باشد، قیمت محصول نهایی افزایش بیشتر خواهد شد.
فرآیند ساخت و تولید لوله اسپیرال چگونه انجام می‌شود؟
لوله‌های اسپیرال به دو روش قابل ساخت و تولید هستند. روش تک مرحله‌ای و روش دو مرحله‌ای. به صورت خلاصه می‌توان گفت که:
1. آماده سازی اولیه ورق
2. شکل دهی ورق
3. جوش با GMAW ( تنها در روش دو مرحله‌ای انجام می‌شود)
4. جوشکاری زیرپودری قسمت داخلی و خارجی لوله
مشخصات فنی لوله اسپیرال به چه صورت است؟
- قطر 500 الی 3000 میلی‌متر
- ضخامت 9 الی 25 میلی‌متر
- طول 6 الی 12 متر
- ساز 5 الی 120 اینچ