تعریف و اهمیت کشش لوله

کشش لوله یکی از فرآیندهای شکل‌دهی فلزات است که در آن یک قطعه توسط نیروی کششی از درون قالب (Die) عبور داده می‌شود تا ابعاد طولی افزایش و مقطع آن کاهش یابد. در این فرآیند ماده تحت تنش کششی قرار می‌گیرد و در نتیجه بلندتر و نازک‌تر می‌شود . کشش به دو دستهٔ اصلی تقسیم می‌شود:
1. کشش ورق (Sheet Drawing) که بیشتر به‌صورت کشش عمیق برای تولید قطعات ظرف‌مانند و پوشش‌ها به کار می‌رود.
2. کشش میله، مفتول و لوله که تمرکز این مقاله است و در آن پروفیل‌های توخالی یا توپر با قطر و ضخامت دلخواه تولید می‌شوند .

برخلاف نورد که با فشار مداوم بین دو غلتک عمل می‌کند، کشش با اعمال نیروی کشش به ماده و عبور آن از یک قالب کوچک‌تر انجام می‌شود و به‌طور معمول به صورت عملیات سرد (cold working) است . این ویژگی‌، کشش را به فرآیندی مناسب برای بهبود خواص مکانیکی، ظرافت سطح و دقت ابعادی تبدیل می‌کند؛ عواملی که در تولید لوله مانیسمان با تحمل فشار و استانداردهای دقیق اهمیت فراوانی دارند.

لوله گالوانیزه

ارتباط کشش با تولید لوله مانیسمان

لوله مانیسمان یا لوله بدون‌درز در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی جایگاه ویژه‌ای دارد. در روش‌های سنتی ساخت، ابتدا بیلت فولادی گرم می‌شود، سپس با فرآیند مانیسمان (Mannesmann) یا سوراخ‌کاری، یک سوراخ در طول بیلت ایجاد شده و توسط غلتک‌ها قطر اولیه لوله شکل می‌گیرد. این لوله نیمه‌تمام سپس برای کنترل بهتر قطر داخلی، قطر خارجی و ضخامت دیواره از میان قالب کشیده می‌شود . در حقیقت، کشش لوله مرحلهٔ حیاتی برای تولید لوله‌های دقیق و با تلرانس پایین است و فرآیند Drawn Over Mandrel (DOM) – کشیدن لوله از میان قالب ثابت و روی ماندرل – یکی از روش‌های مرسوم برای دستیابی به چنین دقتی محسوب می‌شود .

مراحل کشش سرد لوله مانیسمان

کشش سرد به‌عنوان بخش تکمیلی برای تولید لوله‌های مانیسمان در قطرهای کوچک و متوسط استفاده می‌شود. مراحل اصلی این فرآیند به شرح زیر است:
1. آماده‌سازی و پاک‌سازی (Pickling): سطح لوله نیمه‌تمام توسط اسید یا مواد شیمیایی تمیز می‌شود تا اکسیدها و جرم‌های سطحی حذف گردد .
2. روان‌کاری (Lubrication): پس از پاک‌سازی، سطح لوله با روغن یا لایه‌های فسفاته پوشانده می‌شود تا اصطکاک هنگام کشش کاهش یابد و قالب از ساییدگی محافظت شود .
3. کاهش سر لوله (Push Pointing): سر لوله برای عبور از قالب اولیه کوچک می‌شود؛ این مرحله، که «پوینتینگ» نام دارد، تضمین می‌کند که لوله به‌راحتی وارد قالب اصلی می‌شود .
4. کشش سرد: لوله از میان قالب با قطر مشخص در دمای محیط کشیده می‌شود. بسته به روش، ماندرل یا پلاگ درون لوله قرار می‌گیرد تا قطر داخلی را کنترل کند. این مرحله ممکن است چندین بار با قالب‌های کوچک‌تر تکرار شود تا به قطر و ضخامت مورد نظر برسد .
5. آنیل یا عملیات حرارتی: پس از یک یا چند مرحله کشش، لوله‌های مانیسمان تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند تا تنش‌های داخلی برطرف و چقرمگی لازم به دست آید .
6. صاف‌کاری، کنترل کیفیت و تکمیل: در نهایت، لوله‌ها صاف می‌شوند، تست‌های غیرمخرب انجام و نشانه‌گذاری می‌شوند و پس از تایید کیفیت نهایی، به انبار منتقل می‌گردند .

این مراحل سبب می‌شود لوله مانیسمان سردکشیده شده، سطحی صیقلی، قطر یکنواخت، و مقاومت مکانیکی بالا داشته باشد . در نتیجه، چنین لوله‌هایی برای انتقال سیالات تحت فشار و محیط‌های خورنده بسیار مناسب‌اند.

روش‌های مختلف کشش لوله

برای بهبود کیفیت و کنترل دقیق‌تر ابعاد، کشش لوله به روش‌های مختلفی انجام می‌شود:
1. سینکینگ (Sinking): ساده‌ترین روش کشش لوله که تنها لوله از میان قالب عبور می‌کند و هیچ ابزاری درون لوله قرار ندارد. این روش برای کاهش قطر و افزایش طول مناسب است اما کنترل کمتری روی ضخامت دیواره دارد . استفاده از زاویه مناسب قالب می‌تواند از افزایش یا کاهش ناخواسته ضخامت جلوگیری کند .
2. کشش با میله (Rod Drawing): در این روش، یک میله سخت یا ماندرل همراه لوله از قالب عبور می‌کند و قطر داخلی و بیرونی و همچنین ضخامت همزمان کاهش می‌یابند . این روش به‌دلیل اصطکاک کمتر، قابلیت کاهش سطح مقطع بیشتری دارد و برای تولید لوله‌های با دیواره ضخیم یا قطر داخلی کوچک مناسب است .
3. کشش با پلاگ معلق یا شناور (Floating Plug Drawing): پلاگ (ماندرل کوتاه) داخل لوله به صورت شناور قرار می‌گیرد و توسط اصطکاک در محل خود ثابت می‌شود. این روش امکان تولید لوله‌های بسیار بلند با سطح داخلی صاف را فراهم می‌کند، به‌ویژه برای کاربردهای حفاری در صنایع نفت .
4. کشش با پلاگ ثابت (Fixed Plug Drawing): در این روش پلاگ ثابت در قالب نصب شده و لوله در اطراف آن کشیده می‌شود؛ مزیت آن دستیابی به سطح داخلی بسیار صاف و ابعاد دقیق است که برای مصارف پزشکی، هوافضا و خودرو کاربرد دارد . عیب این روش سرعت پایین و طول محدود لوله است .
5. کشش با پلاگ تتر (Tethered Plug): ترکیبی از پلاگ شناور و ثابت است؛ پلاگ با بند کوتاهی متصل می‌شود و موقعیت آن کنترل‌شده‌تر است. این روش لوله‌های بلند با سطح داخلی یکنواخت تولید می‌کند .
6. کشش چندمرحله‌ای (Tandem Drawing): چند قالب و پلاگ به صورت سری قرار می‌گیرند تا لوله طی چند مرحله کشش با کاهش تدریجی قطر و ضخامت از میان آن‌ها عبور کند. این روش برای تولید لوله‌های بسیار دقیق با ضخامت یکنواخت مناسب است .

مزایا و بهبودهای کشش سرد در لوله مانیسمان

کشش سرد به لوله مانیسمان ویژگی‌هایی می‌بخشد که آن را برای سرویس‌های حساس برجسته می‌کند. مهم‌ترین مزایا عبارت‌اند از:
• دقت ابعادی بالا: کشش از میان قالب، قطر بیرونی و داخلی را به‌طور دقیق کنترل می‌کند و تلرانس‌های بسیار کوچک را ممکن می‌سازد .
• بهبود ساختار میکروسکوپی: فرآیند کشش لوله باعث ریز شدن دانه‌های فلزی و بهبود خواص مکانیکی مانند مقاومت کششی، سختی و استحکام تسلیم می‌شود .
• کیفیت سطح: سطح خارجی و داخلی لوله مانیسمان سردکشیده شده صاف و براق است که اصطکاک را کاهش می‌دهد و خوردگی را کمتر می‌کند .
• قابلیت تولید قطرهای کوچک و دیواره نازک: در کشش سرد، قطر لوله‌های مانیسمان می‌تواند به چند میلی‌متر برسد و ضخامت دیواره کمتر از ۰٫۳ میلی‌متر تولید شود ، در حالی که این دقت با روش‌های نورد گرم امکان‌پذیر نیست.
• افزایش تحمل فشار و امنیت: به‌دلیل عدم وجود درز جوش و ساختار یکنواخت، لوله مانیسمان کشیده شده برای انتقال سیالات تحت فشار بالا و محیط‌های خورنده مانند گاز ترش بسیار مناسب است. علاوه بر این، فرآیند کشش باعث افزایش مقاومت ترک‌خوردگی و خستگی می‌شود.
• امکان انجام چندین پاس و عملیات حرارتی: می‌توان لوله را چند بار از قالب‌های کوچک‌تر عبور داد و بین هر پاس عملیات آنیل انجام داد تا شکل نهایی و خواص مطلوب حاصل شود .

به همین دلیل، لوله مانیسمان کشیده شده در خطوط انتقال نفت و گاز، سیستم‌های هیدرولیک، صنایع خودرو، تجهیزات پزشکی و ساخت سازه‌های دقیق کاربرد گسترده‌ای دارد.

تفاوت کشش سرد و نورد گرم در تولید لوله مانیسمان

فرآیند نورد گرم برای لوله‌های قطر بزرگ‌تر مناسب است و طی آن بیلت داغ ابتدا سوراخ شده، سپس توسط غلتک‌ها به لوله تبدیل می‌شود. این روش سریع‌تر است اما دقت کمتر و ضخامت‌های بزرگ‌تر دارد. در مقابل، کشش سرد فرآیندی پیچیده‌تر است که پس از آماده‌سازی، پیکلینگ و روان‌کاری، لوله نیمه‌تمام از قالب‌های کوچک‌تری عبور داده می‌شود .
لوله‌های مجرای سردکشیده سطح روشن و ضخامت باریک‌تری نسبت به لوله‌های گرم‌نورد شده دارند و معمولاً برای کاربردهایی که دقت بالا و سطح صاف مورد نیاز است انتخاب می‌شوند .

لوله درزدار

انتخاب مواد برای کشش لوله

مواد رایج برای کشش لوله شامل فولاد کربنی، فولاد زنگ‌نزن، آلومینیوم، مس و آلیاژهای نیکل است . فولاد کربنی به‌دلیل استحکام، قیمت مناسب و قابلیت شکل‌دهی، بیشترین کاربرد را برای لوله‌های مانیسمان دارد. برای انتقال سیالات خورنده یا کاربردهای پزشکی و غذایی، فولاد زنگ‌نزن و آلیاژهای نیکل به دلیل مقاومت به خوردگی استفاده می‌شوند.

کشش عمیق ورق و تفاوت آن با کشش لوله

هرچند تمرکز این مقاله بر کشش لوله است، اشاره‌ای کوتاه به کشش عمیق ورق می‌تواند دیدی کلی از فرآیندهای کشش ارائه دهد. در کشش عمیق، یک ورق فلزی بین سنبه و قالب فشرده شده و با حرکت سنبه به داخل قالب، شکل فنجان یا استوانه‌ای ایجاد می‌شود. این فرآیند بیشتر در تولید بدنه قوطی‌ها، مخازن، قطعات خودرو و لوازم خانگی کاربرد دارد و به دلیل سرعت بالا و کاهش ضایعات، اقتصادی است . بر خلاف کشش لوله که تحت نیروی کششی انجام می‌شود، در کشش عمیق ترکیبی از نیروی فشار و کشش وارد می‌شود.

جمع‌بندی

فرآیند کشش لوله یکی از مهم‌ترین روش‌های شکل‌دهی فلزات است که به‌ویژه در تولید لوله مانیسمان نقش حیاتی دارد. در این فرآیند، لوله نیمه‌تمام پس از سوراخ‌کاری و نورد اولیه، برای رسیدن به قطر و ضخامت دقیق، از قالب‌های مختلف عبور داده می‌شود و در طول مراحل کشش سرد، عملیات پاک‌سازی، روان‌کاری، کشش، آنیل و تکمیل انجام می‌گیرد . روش‌های مختلف کشش (سینکینگ، میله‌ای، پلاگ ثابت، شناور، تتر و چندمرحله‌ای) بسته به نیاز تولید انتخاب می‌شوند و هر یک مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند .

کشش سرد سبب می‌شود لوله مانیسمان با تلرانس بالا، سطح صیقلی، مقاومت مکانیکی زیاد و ابعاد دقیق تولید شود، به‌طوری‌که توانایی تحمل فشارهای بالا و کاربرد در سیستم‌های حساس را دارد . وجود این مزایا باعث شده است که لوله‌های مانیسمان کشیده‌شده در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، هوافضا، خودرو و پزشکی جایگاهی ویژه داشته باشند و نقش این فرآیند در بهینه‌سازی عملکرد و ایمنی سیستم‌ها غیرقابل انکار است