جوشکاری لوله مانیسمان یکی از مهمترین و تخصصیترین کارها در صنایع مختلف از جمله نفت، گاز، پتروشیمی و ساختوساز است. کیفیت و استحکام اتصالات جوشخورده بهطور مستقیم بر ایمنی و دوام سازهها تأثیر میگذارد؛ بنابراین آشنایی کامل با تکنیکها، نکات فنی و چالشهای این نوع جوشکاری اهمیت زیادی دارد. در این مقاله از پتروپایپ جوان، قصد داریم بهصورت جامع و کاربردی به تمام جنبههای اتصال لوله مانیسمان با جوشکاری بپردازیم و شما را با بهترین روشها، تجهیزات، نکات کلیدی و شیوههای کنترل کیفیت آشنا کنیم تا بتوانید با اطلاعات بیشتری در پروژههای خود عمل کنید. پس اگر به دنبال این نوع جوشکاری هستید، این مقاله را از دست ندهید!
آشنایی با لوله مانیسمان
لوله مانیسمان چیست؟ در جواب باید بگوییم لوله مانیسمان (Seamless pipe) لولهای است که فاقد درز جوش بوده و به صورت یکپارچه ساخته میشود. تولید این لولهها از شمش فولادی (بیلت) آغاز میشود که پس از گرم شدن، توسط فرآیندی به نام پیرسینگ (Piercing) یا سوراخکاری، به لوله توخالی تبدیل میگردد و سپس عملیات نورد و کشش انجام میشود تا به ابعاد نهایی برسد. این نوع لوله را میتوان هم لوله بدون درز و هم لوله مانیسمان نامید. بر اساس جنس مواد اولیه، لولههای مانیسمان به دو دسته کربنی و استیل (استنلس استیل) تقسیم میشوند.
لولههای فولادی بدون درز در مهندسی و ساختوساز کاربردهای متعددی دارند. این لولهها از شمش فولادی به صورت یکپارچه تولید میشوند و معمولاً برای انتقال مایعات و گازها استفاده میشوند. لوله مانیسمان نسبت به لولههای درزدار مقاومت مکانیکی بالاتری دارد، اما بسته به جنس فولاد، مقاومت در برابر خوردگی متفاوت است. لولههای ساخته شده از فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند، اما لولههای کربنی معمولاً نیاز به پوشش یا حفاظت دارند.
لوله مانیسمان در مقایسه با لولههای پلاستیکی دارای مقاومت مکانیکی و دمایی بالاتری است و میتواند در شرایط سختتر و دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرد. نصب آنها مشابه سایر لولهها است، اما به دلیل ویژگیهای مکانیکی، اغلب در سیستمهای انتقال مایعات و گازهایی که فشار و دمای بالا دارند، به عنوان جایگزین لولههای پلاستیکی استفاده میشوند. از جمله ویژگیهای فنی لولههای مانیسمان میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- دقت بالا، امکان تولید در تعداد پایین
- قطر خارجی کوچک
- قابلیت جوشپذیری بالا و تحمل فشار زیاد
- عملکرد عالی، چگالی بالا
- سطح مقطع پیچیدهتر نسبت به لولههای دیگر
- کیفیت سطح بالا
لولههای مانیسمان در ساخت انواع مبدلهای حرارتی و دستگاههای انتقال حرارت در سیستمهای لولهکشی کاربرد دارند. در زیر به چند مورد از کاربردهای این نوع لوله پرداختهایم:
- مبدلهای حرارتی
- صنعت کودسازی
- تولید برق و فناوریهای زیستمحیطی
- صنعت کشتیسازی بینالمللی
- صنعت نفت و گاز
- مهندسی مکانیک و ساخت تجهیزات صنعتی
- صنعت خودروسازی
- پروژههای ساختمانی و عمرانی
فرایند جوشکاری لوله مانیسمان
همانطور که گفته شد، لولههای مانیسمان بهدلیل استحکام و قابلیت اطمینان بالا، در صنایع مختلف کاربرد دارند. اما در برخی کاربردها باید این لولهها به هم جوش داده شوند تا طول بیشتری ایجاد یا سازههای پیچیدهای ساخته شود. آشنایی با فرایندهای جوشکاری و جزئیات فنی مربوط به جوشکاری لولههای فولادی بدون درز برای تضمین یکپارچگی و دوام اتصالات جوش بسیار مهم است. در ادامه به بررسی اطلاعات فنی کلیدی و جزئیات مربوط به انواع روش جوش دادن لوله مانیسمان میپردازیم:
- جوشکاری مقاومتی الکتریکی (ERW): ERW یکی از فرایندهای رایج در تولید لولههای فولادی است، اما بهطور معمول برای تولید لولههای بدون درز (مانیسمان) استفاده نمیشود. در این روش، جریانهای الکتریکی فرکانس بالا برای جوش دادن لبههای ورق فولادی استفاده میشود و بیشتر در تولید لولههای درزدار کاربرد دارد. بنابراین، کاربرد ERW در جوشکاری لوله مانیسمان محدود است و برای لولههای ضخیم یا حساس معمولا روشهای دیگر ترجیح داده میشوند.
- جوشکاری قوس زیرپودری (SAW): جوشکاری قوس زیرپودری هم فرایندی پرکاربرد برای جوشدادن لوله مانیسمان است. در این روش، از یک شار دانهای برای پوشش منطقه جوش استفاده میشود که محافظت ایجاد کرده و کیفیت بالای جوش را تضمین میکند. جوشکاری قوس زیرپودری برای لولههای ضخیم مناسب است و نفوذ عمیق و دوام بالای جوش را فراهم میکند. این روش به دلیل راندمان بالا، سرعت ذوب زیاد و قابلیت جوشکاری طولانی شناخته میشود.
- جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW/MIG): GMAW که معمولا به نام MIG شناخته میشود، فرایندی چندکاره برای جوشکاری لوله مانیسمان است. در این روش از یک الکترود سیمی مصرفی و گاز محافظ، معمولا مخلوط آرگون و دیاکسید کربن، استفاده میشود. GMAW کنترل بسیار خوبی روی فرایند جوشکاری دارد، از سرعت ذوب بالایی برخوردار است و ظاهر جوش مناسبی ارائه میدهد. این روش برای انواع ضخامت لوله و کاربردهای مختلف مناسب است.
- جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW/TIG): جوشکاری قوسی گاز تنگستن فرایندی دقیق و با کیفیت بالا برای جوشکاری لولههای فولادی بدون درز است. در این روش از الکترود تنگستن غیرمصرفی و گاز بیاثر مانند آرگون برای ایجاد جو محافظ استفاده میشود. جوشهای حاصل بسیار تمیز، دقیق و با کیفیت بالای اتصال هستند و ظاهری زیبا دارند.
- جوشکاری قوسی پلاسما (PAW): جوشکاری قوسی پلاسما یک فرایند دقیق و چندکاره برای جوشکاری لوله مانیسمان است. این روش از قوس پلاسما بسیار متمرکز و شدید استفاده میکند تا جوش ایجاد شود. PAW کنترل بسیار خوبی روی میزان حرارت ورودی دارد و جوشهایی با کیفیت بالا، بدون نقص و با حداقل تغییر شکل تولید میکند. این فرایند بهویژه برای لولههای نازک و کاربردهایی که به جوشکاری دقیق و پیچیده نیاز دارند، مناسب است.
- جوشکاری با پرتو لیزر (LBW): جوشکاری با پرتو لیزر یک روش بسیار دقیق و کارآمد برای جوشکاری لوله مانیسمان است. در این روش از پرتو لیزر متمرکز برای ذوب و اتصال لبههای لوله استفاده میشود. LBW کنترل عالی، ناحیههای حرارتدیده کوچک و سرعت جوشکاری بالایی دارد. این روش در کاربردهای بسیار دقیق مانند صنایع هوافضا و خودروسازی که به کمترین تغییر شکل و بالاترین کیفیت جوش نیاز دارند، بهکار میرود.
- جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW): جوشکاری اصطکاکی یک فرایند اتصال حالت جامد است که برای جوشکاری لولههای فولادی بدون درز استفاده میشود. در این روش از یک ابزار چرخان غیرمصرفی استفاده میشود که با تولید حرارت اصطکاکی، ماده را نرم و جوشی در حالت جامد ایجاد میکند. FSW استحکام اتصال بسیار بالا، یکپارچگی جوش عالی و حداقل تغییر شکل دارد. این روش برای لولههای فولادی با استحکام بالا و کاربردهایی که نیازمند خواص مکانیکی برتر هستند، مناسب است.
- جوشکاری با پرتو الکترونی (EBW): جوشکاری با پرتو الکترونی یک فرایند دقیق و با انرژی بالا برای اتصال لوله مانیسمان با جوشکاری است. در این روش از پرتو متمرکز الکترونهای با سرعت بالا برای ذوب و اتصال لبههای لوله استفاده میشود. EBW نفوذ عمیق، نواحی حرارتدیده بسیار باریک و کنترل عالی روی فرایند جوشکاری دارد. این روش هم در کاربردهای حساس صنایع هوافضا، هستهای و دفاعی که به جوشهای دقیق و بدون نقص نیاز دارند، کاربرد دارد.
نکات پیش از جوشکاری لولههای مانیسمان
انتخاب و کنترل صحیح پارامترهای جوشکاری مانند جریان برق، ولتاژ، سرعت حرکت و جریان گاز محافظ برای دستیابی به جوشهای با کیفیت بالا در جوشکاری لوله مانیسمان بسیار مهم است. این پارامترها باید بر اساس جنس لوله، ضخامت و فرایند جوشکاری بهکار رفته بهینه شوند. معمولا انتخاب مناسب جریان جوش، ولتاژ و نوع الکترود میتواند به طور موثری میزان نقصهای جوش را کاهش دهد. لولههای مانیسمان در مقایسه با لولههای فولادی معمولی، نیازمند پارامترهای جوشکاری دقیقتری هستند؛ چراکه باید تعادل بین جریان جوش و سرعت جوشکاری را بهخوبی کنترل کرد تا از ایجاد سرباره جوش جلوگیری شود.
لولههای مانیسمان باید قبل از جوشکاری فرایند پسیواسیون را طی کنند تا آلودگیها و لایههای اکسیدی داخل لوله حذف شوند. تمیزکاری کامل سطوح لوله برای حذف هرگونه آلودگی مانند روغن، گریس یا گردوغبار ضروری است. به احتمال زیاد آمادهسازی صحیح اتصال، شامل شیبدهی یا ایجاد شیار در لبههای لوله ضروری باشد تا نفوذ بهینه جوش و استحکام مناسب بهدست آید. مهمترین نکته حفظ یکنواختی برشها و صاف و گردبودن لوله خواهد بود. محافظت داخلی و خارجی لوله هم باید بهخوبی انجام شود تا از آلودگی و اکسیداسیون جلوگیری شود.
انتخاب تجهیزات جوشکاری هم نقش مهمی در کیفیت جوش دارد. معمولا از جوش قوسی، جوش با محافظ گازی و جوش TIG استفاده میشود. تجهیزات مختلف برای فرایندها و پارامترهای متفاوت مناسب هستند. انتخاب تجهیزات باید بر اساس نیاز واقعی انجام شود تا از کمبود یا اضافهبودن تجهیزات که میتواند کیفیت جوش را تحت تأثیر قرار دهد، جلوگیری شود.
فرایند جوشکاری لوله مانیسمان کلید رسیدن به جوشهای باکیفیت است. در این شرایط توجه به پایداری قوس، یکنواختی دمای جوش و سرعت ثابت جوشکاری اهمیت زیادی دارد. همچنین باید توالی مناسبی در جوشکاری رعایت شود تا از جوشکاری بیشاز حد جلوگیری شود؛ چراکه این امر میتواند باعث افزایش نقصهای جوش و کاهش عمر مفید لولههای بدون درز فشار قوی شود.
موقعیت های لوله مانیسمان در هنگام جوشکاری
موقعیتهای لوله مانیسمان در هنگام جوشکاری اهمیت زیادی دارند؛ چراکه نوع موقعیت بر کیفیت جوش، سهولت انجام کار و همچنین استحکام نهایی اتصال تأثیرگذار است. انتخاب موقعیت مناسب جوشکاری باعث میشود تا جوشکار بتواند با کنترل بهتر قوس الکتریکی و حرکت الکترود، جوش یکنواخت و با کیفیتی را ایجاد کند. موقعیتهای رایج جوشکاری لوله مانیسمان شامل موارد زیر است:
- روش افقی ثابت: در این روش، لولهها به صورت افقی و بدون حرکت قرار میگیرند و الکترود به دور محیط لوله میچرخد.
- روش افقی متحرک: در این حالت، لوله حول محور خود میچرخد و الکترود در جای خود ثابت میماند.
- روش عمودی ثابت: در این موقعیت، لولهها به صورت عمودی و بدون حرکت قرار میگیرند و الکترود به صورت افقی حول نقطه جوش حرکت میکند.
مزایا و معایب انواع روش جوشکاری لوله مانیسمان
هر یک از فرایندهای جوشکاری مانیسمان دارای مزایا و معایت خاص خود هستند که باید شما آنها را بشناسید. در ادامه، مزایا و معایب مهمترین روشهای جوشکاری لوله مانیسمان آورده شده است.
- جوشکاری زیرپودری: از مهمترین مزایای جوشکاری زیرپودری میتوان به تولید جوشی با کیفیت بسیار بالا، عمق نفوذ زیاد و راندمان بالا در خطوط تولید اشاره کرد. این روش برای لولههای قطور و پروژههای صنعتی با حجم زیاد مناسب است. عیب جوشکاری زیرپودری در محدود بودن به موقعیت افقی و نیاز به تجهیزات سنگین و پیچیده است. به همین دلیل، برای جوشکاری در محل یا پروژههای با فضای محدود مناسب نیست.
- جوشکاری با گاز محافظ: این روش به دلیل سرعت بالا و ظاهر صاف جوش، در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. جوش حاصل از آن تمیز است و پاشش کمتری خواهد داشت؛ در نتیجه نیاز به تمیزکاری پس از جوشکاری کاهش مییابد. از معایب جوشکاری با گاز محافظ میتوان به حساسیت به جریان هوا و باد اشاره کرد؛ چراکه گاز محافظ در صورت پراکندگی میتواند کیفیت جوش را کاهش دهد. همچنین به تجهیزات گرانتر و منبع گاز دائمی نیاز دارد.
- جوشکاری قوسی گاز تنگستن: مزیت اصلی جوشکاری تیگ، دقت و کیفیت بسیار بالای جوش است. این روش برای لولههای نازک و کاربردهای حساس که نیازمند یکپارچگی بالای جوش هستند، کاربرد دارد. از جمله معایب این روش میتوان به سرعت پایین، نیاز به اپراتور حرفهای و هزینههای بالای تجهیزات و فرایند است.
- جوشکاری لیزری: این روش از دقت و تمرکز حرارتی بسیار بالایی برخوردار است؛ در نتیجه جوش با کمترین تغییر شکل و سرعت بسیار بالا انجام میشود. اما عیب بزرگ جوشکاری لیزری، هزینه بالای تجهیزات و نیاز به شرایط کنترلشده در محیط کار است.
نکات نگهداری و بازرسی جوشکاری لوله مانیسمان
کنترل کیفیت در فرایند جوشکاری لولههای بدون درز بسیار مهم است. نقصهای جوش در لولههای بدون درز ممکن است کیفیت کل پروژه را تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین پس از جوشکاری، تستهای مرتبط جهت بررسی انطباق کیفیت جوش با استاندارد انجام میشود. در صورت شناسایی نقص، باید اقدام به تعمیر یا جوشکاری مجدد شود تا کیفیت و ایمنی لولهها تضمین گردد. تنها زمانی اتصال جوش تایید میشود و قابل قبول است که تمامی شاخصها مطابق استانداردها باشند.
پس از جوشکاری لوله مانیسمان، احتمالا انجام عملیاتهایی مانند عملیات حرارتی یا رفع تنش (Stress Relieving) بهمنظور کاهش تنشهای باقیمانده و بهبود یکپارچگی کلی اتصال جوش لازم باشد. این مرحله میتواند خواص مکانیکی و دوام لولههای جوشکاری شده را افزایش دهد. همچنین پس از اتمام جوش، سطح جوش از سرباره و ناخالصیها پاک شود و بازرسی چشمی و آزمونهای غیرمخرب مانند پرتونگاری انجام گیرد تا از عدم وجود نقص مطمئن شوید.
سخن پایانی
جوشکاری لوله مانیسمان نیازمند درک کامل از روش کار، اطلاعات فنی و نکات مهم مرتبط است. روشهای متداول برای جوش دادن لوله مانیسمان شامل جوشکاری مقاومتی الکتریکی، جوشکاری قوس زیرپودری، جوشکاری قوسی فلز گازی و جوشکاری قوسی تنگستن گازی هستند. شما با انتخاب فرایند جوشکاری مناسب، بهینهسازی پارامترهای جوشکاری و رعایت نکات پیش و پس از جوشکاری، میتوان جوشهایی با کیفیت بالا و قابلاطمینان ایجاد کنید که تضمینکننده دوام و یکپارچگی لولههای فولادی بدون درز است. هر فرایند جوشکاری مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارد و انتخاب و اجرای صحیح آنها برای رسیدن به نتایج مطلوب اهمیت زیادی دارد.
سوالات متداول درباره جوشکاری لوله مانیسمان
بهترین روش جوشکاری لوله مانیسمان کدام است؟
جوشکاری مقاومتی الکتریکی، جوشکاری قوس زیرپودری، جوشکاری قوسی فلز گازی و جوشکاری قوسی تنگستن گازی چهار روش متداول برای جوشکاری لوله مانیسمان هستند.
در هنگام جوشکاری لوله مانیسمان چه نکاتی را باید رعایت کنیم؟
در هنگام جوشکاری لوله مانیسمان باید سطح لوله کاملا تمیز و عاری از آلودگی باشد و پارامترهای جوش مانند جریان، ولتاژ و سرعت بهدرستی تنظیم شوند تا از ایجاد ترک، حفره و نقص در جوش جلوگیری شود.
عوامل موثر در کیفیت و استحکام جوشکاری لوله مانیسمان کدام اند؟
کیفیت و استحکام جوشکاری لوله مانیسمان به انتخاب صحیح پارامترهای جوش، آمادهسازی سطح و مهارت جوشکار بستگی دارد. همچنین پیشگرمایش مناسب و کنترل حرارت نقش مهمی در جلوگیری از ترک و افزایش دوام جوش دارند.