همه چیز در مورد لوله مانیسمان

در میان لوله‌های موجود در بازار لوله‌های بدون درز اهمیت و کاربرد بسیاری دارند. این نوع از لوله‌ها روش ساخت ویژه خود را دارند و به دلیل نبود درز در آن‌ها، در صنایع حساس به‌کاربرده می‌شوند.

در صنعت، لوله‌های مختلف اعم از لوله‌های فولادی، لوله‌های ضدزنگ (استنلس استیل)، لوله آلیاژ و لوله بویلر وجود دارد.

همه چیز درمورد لوله مانیسمان

 لوله مانیسمان که به آن لوله بدون درز نیز گفته می‌شود لوله‌ای است که روش تولید و ساخت آن به نحوی است که بدنه‌ای یکدست و بدون درز دارد و هیچ نوع جوش‌کاری بر روی آن صورت نگرفته است.

لوله مانیسمان، نوعی لوله فولادی بدون درز است که در صنایع برای نصب در سیستم‌های لوله‌کشی و تأسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تولید لوله مانیسمان برخلاف سایر انواع لوله فلزی و لوله‌های فولادی درزدار، از روش جوشکاری استفاده نمی‌شود.

تولید این لوله‌ها به شیوه مخصوصی در کارخانه انجام می‌شود. این دسته از لوله‌های فولادی کاربردهای وسیعی در حوزه نفت، گاز و پتروشیمی دارند.

علت نام‌گذاری لوله مانیسمان

تاریخ ابداع و ساخت لوله‌هاى بدون درز به اواخر قرن ۱۹ برمی‌گردد که مانیسمان نام شخص مخترع این روش می‌باشد. این روش اولین بار توسط مهندسی آلمانی بنام مانیسمان به کار رفت و فقط در ایران به این نام خوانده می‌شود.

در ایران لوله بدون درز را به نام سازندۀ آلمانی آن لوله مانیسمان Mannesmann می‌شناسند. این شرکت آلمانی اولین بار این نوع لوله را در ایران تولید کرد و این نام در ایران به عنوان یک اصطلاح بازاری کاربرد دارد. 

مانیسمان یک برند می‌باشد که چون اولین لوله بدون درز و یا همان سیم لس وارد شده در بازار ایران می‌باشد، این اسم بر روی این مدل لوله‌ها مانده است و اصطلاحی بازاری برای آن‌ها شده است.

کاربرد لوله مانیسمان چیست؟

با وجود اینکه کاربرد لوله مانیسمان نسبت به انواع دیگر لوله محدودتر است، اما در صنایع حساس استفاده شده و به کار بردن آن‌ها بسیار مهم و حیاتی است. 

همان‌طور که ذکر شد ویژگی منحصر به فرد لوله مانیسمان عدم وجود درز و جای جوش و یک تکه بودن آن است که سبب افزایش مقاومت در برابر فشار شده و از ضریب اطمینان بالایی برخوردار است.

لوله‌های مانیسمان جهت خطوط فشارقوی، خطوط هیدرولیک و خطوط نفت و گاز و پتروشیمی استفاده می‌شوند. انواع لوله بدون درز با جنس فولاد ضدزنگ (استیل)، در خطوط صنایع غذایی و دارویی استفاده می‌شود. در مواردی که ماده در حال انتقال، ارزش بالایی دارد و یا نشت آن بسیار خطرآفرین باشد، از لوله مانیسمان استفاده می‌شود.

 کاربرد لوله مانیسمان در لوله‌های میلی‌متری به کار رفته در بویلرها و مبدل‌ها نیز بوده که علت آن ظرافت و دقت در ابعاد لوله است. همچنین در صنعت برق به منظور ساخت برج‌های پشتیبانی خطوط انتقال برق کاربرد دارد.

 استحکام بالای این لوله‌ها سبب شده که در سازه‌های فولادی نیز به کار گرفته شوند. هرچند قیمت لوله مانیسمان نسبت به دیگر لوله‌ها بالاست، با توجه به مزایایی که ذکر شد، این نوع لوله‌ها دارای طول عمر مفیدتری نسبت به انواع دیگر لوله هستند.

لوله مانیسمان

لوله مانیسمان

ویژگی لوله مانیسمان

لوله مانیسمان بدون درز است و در حین نقل و انتقال سیالات به دلیل استحکام و دوام بالای که دارد در برابر فشارهای بسیار بالا مقاوم است.

هیچ‌گونه جوشی روی لوله مشاهده نمی‌شود و این امر یکی از بارزترین مزیت‌های آن محسوب می‌شود.

به دلیل سبک تولید متفاوت این لوله عموماً با قطر کم فرآیند تولید آن دنبال می‌شود، زیرا لوله‌های که قطر بیشتری دارند هزینه تمام شده بالاتری را به مصرف‌کننده و تولیدکننده تحمیل می‌کند.

از سوی دیگر پرسه تولید این محصول بسیار متفاوت‌تر از سایر لوله‌های کاربردی دیگر دنبال می‌شود و این امر نیز در قیمت تمام شده آن تأثیر مستقیم دارد.

به نوعی می‌توان گفت که در رده محصولات گران‌قیمت بازار لوله جای گرفته است.

  • عدم وجود درز
  • بدون جوش
  • استحکام بالا
  • محصولی گران

طبقه‌بندی لوله مانیسمان

با توجه به فرآیند تولید، لوله‌های مانیسمان را می‌توان به دو لوله مانیسمان نورد گرم و لوله مانیسمان سرد تقسیم کرد. لوله کشیده شده سرد نیز به لوله دایره‌ای و لوله‌شکل تقسیم می‌شود.

لوله مانیسمان نورد گرم:

نورد سرد زیر دمای تبلور مجدد نورد است و نورد گرم در بالای دمای تبلور مجدد نورد انجام می‌شود.

مزایای لوله مانیسمان نورد گرم

لوله مانیسمان نورد گرم می‌تواند به ریزساختار ریخته‌گری فولاد، تصفیه دانه‌های کریستال فولاد آسیب برساند و نقص ریزساختار را برطرف کند، به طوری که سازمان فولاد فشرده‌سازی، خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشد. این بهبود در جهت نورد منعکس می‌شود، به طوری که فولاد دیگر تا حدی ایزوتروپ نیست. ریختن تشکیل حباب، ترک و پوکی استخوان، در دمای بالا و فشار نیز می‌تواند با هم جوش داده شود.

 معایب لوله مانیسمان نورد گرم

  1. پس از نورد گرم، اجزا غیرفلزی موجود در داخل یک فولاد (عمدتاً سولفیدها و اکسیدها و همچنین سیلیکات) به داخل یک ورق فشار داده می‌شوند، پدیده طبقه‌بندی شده (ورقه‌ای) ظاهر می‌شود. لایه‌بندی فولاد در جهت ضخامت توسط عملکرد کشش به طور قابل توجهی خراب‌شده و ممکن است در پارگی لایه‌لایه انقباض جوش ظاهر شود. فشار محلی ناشی از انقباض جوش اغلب به چندین برابر فشار نقطه عملکرد می‌رسد، فشار بسیار بیشتر از بار ایجاد شده است.
  2. تنش پسماند ناشی از خنک‌کننده ناهموار. تنش پسماند تنش تعادل درون فاز داخلی در صورت عدم وجود نیروی خارجی است، فولاد نورد گرم مقطع مختلف دارای تنش پسماند است ازاین‌رو ابعاد مقطع فولادی معمولاً بیشتر است، تنش‌های باقیمانده بیشتر است. تنش پسماند تعادل خود فاز است، اما اعضای فولاد در عملکرد خارجی عمل می‌کنند یا تأثیر خاصی دارند. ازجمله تغییر شکل، ثبات، ضد خستگی ممکن است منفی باشد.
  3. محصولات فولادی نورد گرم، کنترل ضعیف ضخامت و عرض لبه. ما با انبساط و انقباض حرارتی آشنا هستیم، حتی اگر شروع نورد گرم، ضخامت استاندارد باشد، یا اینکه بعد از خنک شدن فینال منفی وجود داشته باشد، این عرض لبه دیفرانسیل منفی بیشتر از ضخامت فزاینده عملکرد است.

بنابراین برای فولاد بزرگ برای عرض لبه، ضخامت، طول، زاویه و حاشیه فولادی، هیچ قانونی به دقت خیلی زیاد احتیاج ندارد.

لوله مانیسمان

لوله مانیسمان

لوله مانیسمان نورد سرد:

لوله مانیسمان نورد سرد، لوله مانیسمان با دقت سرد یا نورد سرد با دقت بالا در ابعاد و پایان خوب سطح مورد استفاده برای ماشین‌آلات و تجهیزات هیدرولیکی هستند. فرآیند نورد سرد به روش اتخاذشده برای پردازش صفحات یا نوارهای فولادی به انواع مختلف محصولات فولادی توسط فرآیندهای سرد کار مانند خم شدن سرد و فرآیندهای کشیده شده با سرد گفته می‌شود.

 لوله مانیسمان سرد نورد نه تنها شامل لوله‌های فولادی عمومی، لوله‌های فولادی دیگ بخار فشار کم و متوسط​، لوله‌های فولادی دیگ بخار فشار بالا، لوله‌های فولادی آلیاژی، لوله‌های فولادی ضدزنگ، لوله‌های فولادی ترک‌دار نفت، بلکه شامل لوله‌های فولادی کربنی با دیواره‌های نازک، فولاد آلیاژی لوله‌هایی با دیواره‌های نازک، لوله‌های فولادی ضدزنگ با دیواره‌های نازک و لوله‌های فولادی به شکل خاص.

لوله مانیسمان نورد گرم معمولاً دارای قطر بیرونی بزرگ‌تر از 32 میلی‌متر و ضخامت دیواره بین 2.5 میلی‌متر تا 75 میلی‌متر هستند. لوله مانیسمان نورد سرد معمولاً دارای قطر خارجی کمتر از 6 میلی‌متر و ضخامت دیواره کمتر از 0.25 میلی‌متر هستند. 

لوله‌های دیواره نازک معمولاً دارای قطر خارجی کمتر از 5 میلی‌متر و ضخامت دیواره کمتر از 0.25 میلی‌متر هستند. لوله‌های نورد سرد به طور کلی دقت ابعادی بالاتری نسبت به لوله‌های گرم دارند.

مزایا و معایب لوله مانیسمان نورد سرد:

مزایا

  1. سرعت قالب‌گیری و بهره‌وری بالا است. پوشش آسیب نخواهد دید. بخش‌ها را می‌توان به اشکال مختلف ساخت تا با شرایط مختلف سازگار شود. فرآیندهای نورد سرد می‌توانند باعث تغییر شکل پلاستیک بزرگ فولاد شوند تا باعث افزایش بازده فولاد شود.
  2. فرآیندهای نورد سرد می‌توانند ساختار ریخته‌گری شمش‌های فولادی را از بین ببرند، دانه محصولات فولادی را تصفیه کرده و نقایص ریزساختار را برطرف کنند تا ساختار محصولات فولادی فشرده شود و خاصیت مکانیکی محصولات فولادی بهبود یابد. این نوع پیشرفت عمدتاً در جهت غلتکی منعکس می‌شود که باعث می‌شود محصولات فولادی تا حدی دیگر اجسام ایزوتروپی نباشند. حباب‌ها، ترک‌ها و جمع شدگی‌های ایجاد شده در ریخته‌گری تحت تأثیر دما و فشار بالا قابل ترمیم هستند.

معایب

  1. بخش فولاد نورد سرد به طور کلی بخش باز است که دارای سختی پیچشی آزاد نسبتاً کم است. فولاد وقتی خم می‌شود به راحتی پیچ می‌خورد. هنگام فشار دادن فولاد، کمانش خمشی-پیچشی به راحتی خود را نشان می‌دهد. مقاومت در برابر پیچش نسبتاً ضعیف است.
  2. دیواره لوله مانیسمان نورد سرد نسبتاً نازک است. گوشه‌های صفحه‌های اتصال ضخیم نیستند. توانایی تحمل بار متمرکز جزئی ضعیف است.

پرسه ساخت لوله مانیسمان

لوله مانیسمان در ابتدا توسط یک شمش فولادی تحت کشش و نورد افزایش طول می‌یابد. سپس با واردکردن مبله جامد نوک تیر به مرکز شمش گداخته می‌شود که این امر در پایان یک لوله مانیسمان را تولید می‌کند.

تولید این محصول عموماً از سایزهای بزرگ‌تر به کوچک‌تر دنبال می‌شود.

درمجموع اگر بخواهیم پرسه ساخت لوله مانیسمان را در یک دسته‌بندی کلی قرار دهیم می‌توانیم به موارد فوق اشاره داشته باشیم.

لوله مانیسمان

لوله مانیسمان

  • برش
  • پیش گرم
  • مرحله PIERCING
  • عبور از دستگاه النگاتور
  • شلیک سمبه
  • تاب‌گیری
  • جداسازی سمبه
  • کروی سازی
  • مرحله کشش
  • خنک‌سازی
  • مرحله اندازه‌گیری
  • مرحله آزمایش
  • مرحله کونیک کردن
  • پولیش
  • باندل کردن

فرآیند تولید لوله مانیسمان چگونه است؟

مانیسمان، صنعت‌گر آلمانی در سال‌های پایانی قرن نوزدهم لوله بدون درز را با روش منحصر به فرد خود تولید کرد. این روش در کنار دیگر روش‌ها، زیرمجموعه‌ای از فرآیند‌های تولید لوله بدون درز محسوب می‌شود.

 در این روش تولید، با استفاده از دو غلتک نورد و یک ماندرل سوراخکاری، بیلت‌های استوانه‌ای به پوسته‌های توخالی استوانه‌ای تبدیل می‌شوند. از گذشته تا امروز این روش سیر تکاملی خود را طی کرده و امروزه به روش‌های مختلفی تولید می‌شود که منجر به اختلاف قیمت لوله مانیسمان در انواع مختلف شده است.

لوله‌های بدون درز معمولاً به سه روش زیر ساخته می‌شوند:

  • سنبه‌کاری چرخشی
  • ریخته‌گری به وسیله نیروی گریز از مرکز
  • ریخته‌گری پاششی

در ادامه هر کدام ازاین‌روش‌ها را به تفکیک بیان می‌کنیم:

فرآیند تولید لوله مانیسمان به روش سنبه‌کاری چرخشی

در این روش ابتدا شمش طبق سفارش مشتری در ابعاد گوناگون برش داده می‌شود. پس از اینکه شمش‌ها درون کوره قوسی با سوخت گاز، به اندازه کافی حرارت دید، سطح مقطع آن توسط دستگاهی به نام الانگیتور گرد می‌شود. سپس درون آن با استفاده از یک سنبه (ماندرل) خالی می‌شود.

 تاب‌گیری لوله به منظور یکدست کردن لوله انجام گرفته و سنبه داخل لوله از آن جدا می‌شود. در مرحله بعد سر و ته لوله گرفته شده تا از حالت بُرنده به حالت گرد درآید. پس از عملیات کشش که معمولاً تا 24 متر انجام و سرد کاری که معمولاً توسط آب و با فرآیندی مخصوص صورت می‌گیرد، لوله به طول‌های مورد نظر برش داده می‌شود. 

درنهایت تست هیدرواستاتیک روی نمونه‌ها انجام شده و در صورتی که قصد ارسال لوله به خارج کشور وجود داشته باشد، روی سطح لوله پوشش روغن ایجاد می‌کنند تا از خوردگی آن جلوگیری شود. مرحله آخر بسته‌بندی و بارگیری لوله‌هاست.

 در این روش معمولاً محصول نهایی ضخامت بالا و طول زیادی خواهد داشت. به منظور کاهش ضخامت لوله‌های مانیسمان در حال تولید، از روش نورد کردن استفاده می‌شود که می‌تواند با استفاده از ماندرل داخلی و یا غلتک پیلگر در کنار ماندرل داخلی انجام شود.

فرآیند تولید لوله مانیسمان با استفاده از روش ریخته‌گری گریز از مرکز

در صورتی که به لوله‌های بدون درز با طول کوتاه و ضخامت بالا نیاز باشد ازاین‌روش استفاده می‌شود. همچنین در مواردی که به خواص گرادیانی در راستای شعاع لوله نیاز باشد، تنها ازاین‌روش می‌توان استفاده کرد.

در این روش از یک قالب چرخنده که با سرعت بالایی در حال حرکت است استفاده می‌شود. ابتدا فلز مذاب به داخل قالب دوار ریخته و با توجه به وارد شدن نیروی گریز از مرکز، مذاب به قسمت خارجی قالب متمایل و فرآیند انجماد از دیواره قالب شروع می‌شود.

فرآیند تولید لوله مانیسمان با استفاده از روش ریخته‌گری پاششی

در این روش که کمتر متداول است، مواد مذابی که قرار است بدنه لوله را تشکیل دهند در محفظه‌ای حاوی نیتروژن قرار می‌گیرند و با چرخش یک میله، روی آن پاشیده می‌شود. قطر این میله، ضخامت داخلی لوله را تعیین می‌کند. با کنترل مقدار مواد مذاب پاششی می‌توان ضخامت دیواره لوله تولیدی را کنترل کرد.

لوله مانیسمان

لوله مانیسمان

طول لوله مانیسمان

برش‌هایی که در کارخانه انجام می‌شود خیلی دقیق نیست اما حدود طول لوله‌ها به شرح ذیل می‌باشد:

  • طول تصادفی منفرد چیزی حدود ۵ الی ۷ متر است
  • طول تصادفی دوبل چیزی حدود ۱۱ الی ۱۳ متر است

انتهای لوله مانیسمان

برای انتهای لوله سه استاندارد متداول وجود دارد:

۱- انتهای ساده (PE)

۲- انتهای حدیده شده (TE)

۳- انتهای تراشیده شده با شکل اُریب (BE)

انتهای ساده معمولاً برای لوله مانیسمان با قطر کم استفاده می‌شود. این نوع لوله‌ها معمولاً با ترکیب فلنج‌های اسلیپون (Slip On) و اتصالات و فلنج‌های ساکِت وِلد استفاده می‌شود.