لوله اسپیرال چیست و چه کاربردی دارد؟

لوله‌ها مقاطعی فولادی و توخالی با سطح مقطعی به شکل دایره هستند که در صنایع مختلف جهت لوله‌کشی‌های صنعتی و یا ساختمانی که اصطلاحاً piping نامیده می‌شود، مورداستفاده قرار می‌گیرند. روش‌های متنوعی نظیر اکستروژن، جوشکاری و روش اسپیرال به‌منظور تولید لوله‌های فولادی به کار برده می‌شوند. بر همین اساس، لوله‌هایی که به روش اسپیرال تولید می‌شوند را لوله اسپیرال می‌گویند.

لوله اسپیرال چیست ؟

لوله اسپیرال یک لوله فولادی با جوش مارپیچی است که از فولاد نواری یا صفحه‌ای به شکل مارپیچ ساخته شده است و از روش جوشکاری زیر پودری دوطرفه برای جوشکاری درزهای داخلی و خارجی آن استفاده می‌شود. استفاده از تکنولوژی پیشرفته جوشکاری زیر پودری دوطرفه می‌تواند به جوشکاری در بهترین موقعیت حاصل شود و درنتیجه لوله اسپیرال مستعد عیوبی مانند ناهماهنگی، انحراف جوش و نفوذ ناقص نیست و به‌راحتی می‌توان کیفیت جوش را در آن کنترل کرد.

بااین‌حال، در مقایسه با لوله‌های درز جوش مستقیم و با همان طول، طول درز جوش 30 تا 100 درصد افزایش می‌یابد و سرعت تولید آن‌هم پایین است. تولید لوله به روش اسپیرال این امکان را می‌دهد که تنها با تغییر زاویه شکل‌دهی، می‌توان انواع لوله فولادی با قطرهای مختلف را از فولاد نواری با عرض یکسان تولید کرد که تنظیم آن آسان است.

ازآنجایی‌که لوله اسپیرال در درز جوش‌های با طول زیاد و مارپیچ تولید می‌شود، طول آن محدود نشده و می‌توان طول آن را به‌دلخواه تنظیم کرد. شکل مارپیچی درز جوش به‌طور مساوی در محیط لوله اسپیرال توزیع شده است. بنابراین این لوله دارای دقت ابعادی بالا و استحکام قوی است. همچنین، به‌راحتی می‌توان مقیاس آن را تغییر داد که برای تولید لوله‌های کوچک و انواع لوله‌های مارپیچ بزرگ مناسب است. این نوع لوله در سیستم‌های اصلی خطوط لوله در سراسر جهان مورداستفاده قرار گرفته است و حتی ظرفیت فشاری مشابه با لوله درز مستقیم دارد.

استحکام لوله اسپیرال معمولاً بیشتر از لوله‌های دارای درز جوش مستقیم است. در طی فرآیند شکل‌دهی، صفحه فولادی به‌طور یکنواخت تغییر شکل می‌دهد، تنش پسماند کم است و سطح آن نیز بدون خش است. همچنین، انعطاف‌پذیری بیشتر در محدوده قطر و ضخامت دیواره، به‌ویژه در تولید لوله‌های با دیواره ضخیم با رده بالا و نیز لوله‌های جدار ضخیم با رده کم و متوسط، از ویژگی‌های مهم لوله اسپیرال است.

انواع لوله درز مارپیچ

بر اساس مواد مورداستفاده در ساخت، دو نوع اصلی لوله اسپیرال وجود دارد که هرکدام برای کاربردهای منحصربه‌فردی مناسب هستند:

لوله اسپیرال گالوانیزه

این نوع، رایج‌ترین نوع لوله اسپیرال است که سبک‌وزن بوده و مقرون‌به‌صرفه نیز است. لوله اسپیرال گالوانیزه دارای روکشی از جنس عنصر روی است که از زنگ‌زدگی سطح آن جلوگیری می‌کند. ضمن اینکه پوشش گالوانیزه را هم درون و هم بیرون آن می‌توان اعمال کرد.

لوله اسپیرال ضد زنگ

لوله‌های اسپیرال ساخته‌شده از فولاد ضد زنگ معمولاً برای شرایط خاص استفاده می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، در جایی که لوله اسپیرال گالوانیزه ممکن است به دلیل قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی خاص خورده شود. دلیل استفاده از لوله اسپیرال استیل، مقاومت بالای فولاد ضد زنگ در برابر مواد شیمیایی خشن و خوردگی است.

کاربرد لوله اسپیرال

لوله‌های اسپیرال به دلیل برخورداری از برخی مزایا نسبت به لوله‌های معمولی و دارای درز جوش طولی، کاربردهای بیشتری دارند. یکی از عوامل تفاوت لوله درزدار و بدون درز کاربرد آن‌هاست. کاربرد گسترده لوله‌های اسپیرال به شرح زیر است:

• لوله‌های اسپیرال از قابلیت عدم محدودیت در طول در هنگام تولید بهره می‌برند. درنتیجه امکان استفاده از لوله‌های بلند برای مصارف مختلف فراهم می‌شود.
• لوله‌های اسپیرال با عرض یکسان را می‌توان برای تولید لوله‌های فولادی با قطرهای مختلف، به‌ویژه برای تولید لوله‌های فولادی با قطر بزرگ با فولاد نواری باریک استفاده کرد. این مزیت امکان استفاده از لوله‌های اسپیرال با قطر بالا را در صنایع انتقال نفت و گاز میسر می‌گرداند.
• به دلیل تولید به روش اسپیرال و جوشکاری مارپیچ، نشت هوای کمتری از این لوله‌ها اتفاق می‌افتد که آن‌ها را برای انتقال انواع سیالات مناسب کرده است.
• تحت شرایط فشار یکسان، خط جوش مارپیچی تحت فشار کمتری نسبت به درز جوش مستقیم قرار می‌گیرد. این مقدار به 75 تا 90 درصد یک لوله با درز مستقیم می‌رسد و بنابراین می‌تواند فشار زیادی را تحمل کند. همچنین، در مقایسه با لوله جوش داده شده درز مستقیم با همان قطر خارجی، ضخامت دیواره را می‌توان 10 تا 25 درصد تحت فشار یکسان کاهش داد. درنتیجه استفاده از لوله‌های اسپیرال در صنایع پتروشیمی و آب و فاضلاب موردتوجه قرار می‌گیرد.
• لوله اسپیرال دارای دقت ابعادی بسیار بالایی است به‌گونه‌ای که تلرانس قطر آن بیش از 0.12 درصد نیست و انحراف آن نیز کمتر از 1 در 2000 است. همچنین، بیضوی بودن مقطع لوله اسپیرال کمتر از 1 درصد است. بنابراین، به‌طورکلی، فرآیند اندازه و صاف کردن را می‌توان در تولید این لوله حذف کرد. دقت ابعادی بسیار خوب سبب کاربرد لوله اسپیرال در سازه‌های فلزی و پل‌سازی شده است.
• لوله‌های اسپیرال را می‌توان با فناوری تولید پیوسته، تولید کرد. بدین گونه که در تئوری، می‌توان لوله‌های فولادی بی‌نهایت بلند، با از دست دادن اندک برش سر و دم تولید کرد، که می‌تواند میزان استفاده از فلز را بین ۶ تا ۸ درصد کاهش دهد. درنتیجه، در صرف هزینه تولید و تهیه مواد اولیه آن صرفه‌جویی می‌شود.
• لوله اسپیرال در مقایسه با لوله جوش داده شده درز مستقیم، در عملیات انعطاف‌پذیر است و به‌راحتی می‌توان در حین نصب آن را تنظیم کرد. انعطاف بالای این لوله‌ها سبب استفاده از لوله‌های اسپیرال در تجهیزات گرمایشی می‌شود.
• لوله‌های اسپیرال سبک‌وزن هستند. وزن سبک لوله‌های اسپیرال سبب استفاده از آن‌ها در لوله‌کشی سازه‌های فلزی‌ای که نیاز به کنترل و کاهش وزن سازه در آن‌ها ضروری است، می‌شود.
• لوله اسپیرال همچنین به لطف ساختار مارپیچی لوله، دارای خواص مطلوبی برای جلوگیری از ترک در حال رشد است. به دلیل این مزایا، لوله‌های جوشی مارپیچی در کاربردهای بسیار متنوعی مورداستفاده قرار می‌گیرند.

مشخصات فنی لوله درز مارپیچ

لوله‌های اسپیرال برای کاربرد به‌عنوان لوله‌های آب‌رسانی از استاندارد AWWA-C200 و نیز به‌عنوان لوله‌های انتقال نفت و گاز از استانداردهای API-5L، IPS-MPI190 ، PLD III تبعیت می‌کنند. همچنین لوله‌های اسپیرال معمولاً در طول‌های 6 تا 12 متر تولید شده که شامل سایزهای 5 تا 120 اینچ می‌شوند.

ضخامت دیواره نیز در این لوله‌ها بین 5 تا 25 میلی‌متر است. این نوع لوله‌ها عموماً از جنس فولاد ساخته می‌شوند که شامل فولاد ساده کربنی و فولاد آلیاژی می‌شود. بر همین اساس، دو نوع لوله‌های اسپیرال ضد زنگ و گالوانیزه تعریف می‌شوند. همچنین، لوله اسپیرال آلومینیومی نیز می‌تواند به درخواست مشتریان تولید شود.

فرآیند تولید لوله اسپیرال

لوله‌های اسپیرال به دو روش تک‌مرحله‌ای و دومرحله‌ای تولید می‌شوند. تا قبل از انجام جوشکاری نهایی، این دو مرحله روندی یکسان داشته که شامل جوش دادن ورق‌های فولادی و خم کردن لبه‌ها می‌شود. تفاوت این دو روش در مرحله جوشکاری به روش زیر پودری است که سبب افزوده شدن یک گام اضافی به تولید لوله اسپیرال به روش تک‌مرحله‌ای می‌شود و فرآیند را دومرحله‌ای می‌کند.

روش تک‌مرحله‌ای

فرآیند تولید این محصول به روش تک‌مرحله‌ای شامل شکل‌دهی ورق‌هایی فولادی به روش نورد سرد است که در ادامه، ورق‌ها به یکدیگر جوش داده می‌شوند. پس‌ازآن با خم کردن لبه ورق‌های جوش داده شده، از ایجاد برآمدگی‌هایی که امکان پرس‌کاری آن‌ها سخت است، جلوگیری می‌شود. سپس به دنبال آن، یک فرآیند جوشکاری قوس زیر پودری انجام می‌شود که منجر به تولید لوله‌های اسپیرال در یک فرآیند واحد و پیوسته می‌شود. در انتها نیز لوله اسپیرال در اندازه موردنظر برش داده می‌شود.

روش دومرحله‌ای

در تولید لوله درز مارپیچ به‌صورت دومرحله‌ای قسمت‌های درونی و بیرونی لوله به‌صورت هم‌زمان توسط جوشکاری زیر پودری جوش داده می‌شوند. این روش هم دارای پیچیدگی بیشتر و هم نیازمند صرف زمان بیشتری نسبت به روش تک‌مرحله‌ای است. در انتها نیز لوله‌هایی که به هر دو روش تولید می‌شوند مراحل انجام ماشین‌کاری و تست‌های کنترل کیفیت را طی می‌کنند تا اضافات ناشی از جوش رفع و سطح خارجی لوله صاف و یکدست شده و عیوب درونی ناشی از جوشکاری نیز شناخته شوند.

جمع‌بندی

لوله اسپیرال نوعی لوله فولادی بوده که با توجه به نحوه تولید آن که انجام جوشکاری به‌صورت مارپیچ است، به این نام معروف است. این لوله‌ها به دو روش تک‌مرحله‌ای و دومرحله‌ای تولید می‌شوند که انجام جوشکاری زیر پودری به‌صورت هم‌زمان در هر دو سمت لوله، تفاوت این دو روش را رقم می‌زند. لوله‌های درز مارپیچ به سبب مزایای مهمی ازجمله طول زیاد، قطر بالا، دقت ابعادی مناسب، نشت هوای کمتر نسبت به لوله‌های دارای درز جوش مستقیم و نیز بهبود خواص مکانیکی در آن‌ها، در کاربردهایی نظیر صنایع نفت و گاز، آب و فاضلاب و ساخت سازه‌های فلزی مورداستفاده قرار می‌گیرند.

سؤالات متداول

1- لوله اسپیرال چیست؟

به لوله‌هایی که درزدار هستند و درز جوش آن‌ها به شکل مارپیچ است، لوله اسپیرال گفته می‌شود.

2- لوله اسپیرال چگونه تولید می‌شود؟

این نوع لوله‌ها به دو روش تک و دومرحله‌ای تولید می‌شوند و تفاوت این دو روش در انجام جوشکاری زیر پودری است.

3- انواع لوله اسپیرال کدام‌اند؟

این لوله‌ها در جنس‌های فولادی، استیل و گالوانیزه تولید می‌شوند.