تجنب عيوب ثني الأنابيب الشائعة: دليل شامل

تُستخدم تجهيزات الأنابيب المثنية على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المنتجات في الصناعة الميكانيكية وبناء قدرات حقول النفط، مثل تصنيع الحاويات الكيميائية، وتركيب أنابيب إمدادات المياه، وتصنيع أوعية ضغط الغلايات.

ومع ذلك، قد ينتج عن كل من الثني على البارد والثني على الساخن عيوب مختلفة بدرجات مختلفة بسبب ظروف أو عمليات المعالجة غير السليمة. وتؤثر هذه العيوب بشكل مباشر على سلامة المنتج النهائي وجودة مظهره.

على سبيل المثال، تتآكل الأنابيب الجدارية المبردة بالماء وأنابيب الحمل الحراري للغلايات بواسطة الماء والبخار من جانب واحد وتتآكل وتتآكل بواسطة غاز المداخن من الجانب الآخر. كما أن نطاق تغيرات الضغط ودرجة الحرارة كبير جدًا.

إذا كانت هناك عيوب في تجهيزات الأنابيب، فسيؤثر ذلك على التشغيل الآمن للوحدة بأكملها. أوعية الضغط، نظرًا لتشغيلها المضغوط، ستنخفض مقاومة الضغط إذا كانت تجهيزات الأنابيب معيبة، مما يؤثر على سلامتها.

لذلك، من المهم بشكل خاص تحديد أسباب أنواع العيوب المختلفة واتخاذ التدابير الوقائية المقابلة.

1. العيوب الشائعة في الأنابيب المثنية

تشمل العيوب الشائعة للأنابيب المثنية بشكل رئيسي الأشكال التالية: التسطيح الشديد عند القوس (بيضاوي الشكل)، والترقق الشديد للجدار الخارجي للقوس، والكسر على الجانب الخارجي للقوس، والتجعد على الجانب الداخلي للقوس، كما هو موضح في الشكل 1.

لا تحدث هذه العيوب بالضرورة في وقت واحد، ويمكن أن تختلف طرق ومواقع حدوثها باختلاف نصف قطر الأنبوب المثني.

ومع ذلك، ينبغي اتخاذ التدابير المناسبة لمنعها قبل الانحناء.

الشكل 1: أنواع العيوب الشائعة في ثني الأنابيب

من من منظور المعالجة، من المعروف أنه عند تعرض أنبوب بقطر خارجي D وسُمك جدار S لعزم دوران خارجي M، مما يؤدي إلى انحنائه، فإن الجانب الخارجي للطبقة المحايدة من جدار الأنبوب يرقق بسبب إجهاد الشد، بينما يثخن الجانب الداخلي بسبب إجهاد الضغط (انظر الشكل 2أ).

وفي الوقت نفسه، تشوّه القوى المجتمعة المقطع العرضي للانحناء إلى شكل بيضاوي بيضاوي تقريبي (انظر الشكل 2ب). وتحت تأثير الإجهاد الانضغاطي، قد يصبح الجدار الداخلي للأنبوب غير مستقر ويتجعد (انظر الشكل 2ج).

بشكل عام، بالنسبة لأنصاف أقطار الانحناء ≥3D، يمكن تحقيق أنابيب منحنية مرضية. ومع ذلك، عندما يكون نصف قطر الانحناء <2D، خاصةً عندما ينخفض R/D أو S/D (أي عندما يكون نصف قطر الانحناء R صغيرًا، وقطر الأنبوب أكبر، والجدار أرق)، فمن المحتمل حدوث العيوب المذكورة.

وعلاوة على ذلك، أثناء عملية التشغيل، يمكن أن يؤدي التركيب غير السليم للقالب وعوامل أخرى أيضًا إلى أنواع العيوب في الأنابيب المثنية.

الشكل 2: الإجهاد والتشوه في الانحناء النقي للأنبوب

2. الأسباب

نجري أدناه تحليلاً مفصلاً لأسباب العيوب التي تحدث أثناء ثني الأنبوب ذي نصف القطر الصغير:

2.1 التسطيح الشديد عند القوس

أثناء ثني الأنبوب، تتسبب القوتان F1 وF2 معاً في اتجاه مساحة المقطع العرضي عند القوس نحو شكل بيضاوي الشكل.

بالنسبة لأنبوب من نفس المواصفات، كلما كان نصف قطر الانحناء أصغر، زادت هذه القوى، وكان التسطيح أكثر وضوحًا. إذا تم ثني الأنبوب بدون مغزل، يكون التسطيح أكثر حدة.

إذا تم استخدام مغزل، ولكن قطره صغير جدًا أو كان متآكلًا بشدة، مما يسبب فجوة كبيرة بين المغزل والجدار الداخلي للأنبوب، يمكن أن يتسطح الجانب الخارجي للقوس بسهولة.

حتى لو كانت الفجوة بين المغزل وجدار الأنبوب معقولة، إذا تم تركيب المغزل في وقت مبكر جدًا، فلن يكون جدار الأنبوب مدعومًا بشكل جيد، وسيتسطح الجانب الخارجي للقوس أيضًا.

وبالإضافة إلى ذلك، إذا لم يتم الانتباه أثناء تركيب القالب وكانت أوجه قالب الثني وقوالب الضغط (العجلة) غير متحاذية، فإن الأنبوب عند القوس سوف يتسطح أيضًا.

2.2 التخفيف الزائد على الجانب الخارجي للقوس

عندما يكون نصف قطر الانحناء صغيرًا، إذا لم يكن جهاز ثني الأنبوب مزودًا بجهاز تقوية الجانب الخارجي وجهاز دفع الذيل، فإن مقاومة قالب الضغط ستزيد من إجهاد الشد على الجانب الخارجي للقوس، مما يتسبب في إزاحة الطبقة المحايدة إلى الداخل.

وينتج عن ذلك ترقق الجانب الخارجي للأنبوب المثني، وكلما زادت قوة الضغط، زادت المقاومة وزاد الترقق. وينطبق ذلك بصفة خاصة عندما يكون نصف قطر الانحناء النسبي R/D وسُمك الجدار النسبي S/D أصغر، مما يجعل الترقق أكثر وضوحًا.

وبصرف النظر عن عوامل مثل مادة الأنبوب ونصف قطر الانحناء، فإن عوامل مثل الحجم الكبير لتركيب المغزل وسوء التزييت ستزيد أيضًا من ترقق الجانب الخارجي لجدار الأنبوب.

2.3 التشقق على الجانب الخارجي للقوس

يمكن أن تحدث تشققات أو فواصل على الجانب الخارجي للقوس أثناء ثني الأنبوب بسبب عوامل مختلفة.

وتشمل المعالجة الحرارية غير السليمة لمادة الأنبوب، وحجم الحبيبات الزائد، والضغط الزائد من قالب الضغط (العجلة) مما يسبب مقاومة عالية للانحناء، والفجوة الصغيرة جدًا بين المغزل والجدار الداخلي للأنبوب مما يسبب احتكاكًا عاليًا، وضعف التزييت، والإفراط في قوة الانحناء تسبب اهتزاز الماكينة، وغيرها.

2.4 التجاعيد على الجانب الداخلي للقوس

هناك ثلاث حالات شائعة يحدث فيها التجعد على الجانب الداخلي للقوس: التجعد عند نقطة المماس الأمامية، أو عند نقطة المماس الخلفية، أو على الجانب الداخلي للقوس بأكمله.

يرجع التجعد عند نقطة المماس الأمامية بشكل عام إلى التركيب المسبق للمغزل بأقل من حجمه الطبيعي، حيث لا يكون جدار الأنبوب عند نقطة المماس الأمامية مدعومًا بشكل جيد أثناء الثني.

عادةً ما يكون التجعد عند نقطة التماس الخلفية بسبب عدم تركيب قالب مضاد للتجعد، أو أن القالب المضاد للتجعد وقالب الثني لم يتم محاذاة القالب المضاد للتجعد بشكل صحيح عند نقطة التماس.

عادةً ما يحدث التجعد الكامل إذا كان قطر المغزل صغيرًا جدًا، مما يخلق فجوة كبيرة بين المغزل وجدار الأنبوب، مما يؤدي إلى سهولة التجعد.

كما يمكن أن يرجع ذلك أيضًا إلى عدم كفاية الضغط من عجلة الضغط، مما يمنع الأنبوب من المحاذاة بشكل صحيح مع قالب الثني والقالب المضاد للتجعد أثناء الثني، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار والتجعد تحت الضغط الانضغاطي.

3. سياسات منع عيوب ثني الأنابيب

لمنع أو تخفيف عيوب ثني الأنابيب وإنتاج أنابيب تفي بالمتطلبات، يجب اعتماد التدابير المضادة المناسبة أثناء عملية الثني.

ضمن النطاق المسموح به لهيكل تصميم المنتج، يجب استخدام نصف قطر انحناء أكبر قدر الإمكان. بالنسبة للعيوب الشائعة المذكورة أعلاه، ينبغي اتخاذ تدابير مستهدفة.

3.1 بالنسبة للأنابيب ذات التسطيح الشديد على الجانب الخارجي للقوس، عند إجراء الثني بدون مغزل، يمكن تصميم قالب الضغط (العجلة) بهيكل أخدود مضاد للتشوه لتقليل درجة التسطيح أثناء الثني.

بالنسبة لثني المغزل، يجب فحص تآكل المغزل بشكل دوري للتأكد من أن الفجوة أحادية الجانب بين المغزل والجدار الداخلي للأنبوب لا تزيد عن 0.5 مم. أيضًا، يجب أن يكون حجم المغزل قبل التركيب مناسبًا.

3.2 يعتبر الترقق على الجانب الخارجي للقوس أثناء ثني الأنبوب ذي نصف القطر الصغير من خصائص عملية الانحناء وهو أمر لا مفر منه.

ومع ذلك، ينبغي اتخاذ تدابير للتغلب على التخفيف المفرط. ومن الأساليب الفعالة الشائعة استخدام أداة ثني مع معزز جانبي ودافع خلفي.

أثناء التشغيل، يقوم المعزز أو الدافع بدفع الأنبوب إلى الأمام، مما يعوض بعض المقاومة أثناء الانحناء، ويحسن توزيع الضغط على المقطع العرضي للأنبوب، ويزيح الطبقة المحايدة إلى الخارج، وبالتالي يقلل من الترقق على الجانب الخارجي للقوس.

يتم تحديد سرعة المعزز والدافع وفقًا لظروف الانحناء الفعلية، بحيث تتطابق مع سرعة الانحناء.

3.3 بالنسبة للحالات التي تتشقق فيها الأنبوبة عند الانحناء الخارجي للقوس، من الضروري التأكد أولاً من أن مادة الأنبوب في حالة معالجة حرارية جيدة.

بعد استبعاد العوامل المتعلقة بمادة الأنبوب، تحقق مما إذا كانت التثبيت ضغط القالب مرتفع للغاية واضبطه ليكون مناسبًا تمامًا.

تحقق مما إذا كان قطر القضيب الأساسي كبيرًا جدًا، وإذا كان الأمر كذلك، فقم بطحنه لأسفل، مع التأكد من أن القضيب الأساسي والجدار الداخلي للأنبوب يتمتعان بتشحيم جيد لتقليل مقاومة الانحناء والاحتكاك. في الوقت نفسه، اتخذ التدابير المناسبة لتجنب اهتزاز أداة الماكينة، إلخ.

3.4 بالنسبة للتجاعيد على الجانب الداخلي من القوس، يجب اتخاذ التدابير وفقًا لموقع التجاعيد.

إذا تكوّنت التجاعيد عند نقطة القطع الأمامية، فقم بتعديل موضع القضيب الأساسي إلى الأمام، مما يجعل تقدم القضيب الأساسي مناسبًا لتحقيق دعم معقول للأنبوب أثناء الثني.

إذا تشكلت التجاعيد عند نقطة القطع الخلفية، فقم بتركيب كتلة مضادة للتجاعيد، وتأكد من موضع تركيبها الصحيح، واضبط ضغط قالب التثبيت (العجلة) ليكون مناسبًا.

إذا كانت هناك تجاعيد في جميع أنحاء الجانب الداخلي من القوس، وبصرف النظر عن ضبط قالب التثبيت (العجلة) لجعل الضغط مناسبًا، تحقق أيضًا من قطر القضيب الأساسي - إذا كان صغيرًا جدًا أو مهترئًا بشدة، استبدل القضيب الأساسي.

4. خاتمة

في عملية ثني الأنابيب، قد تحدث أنواع ودرجات مختلفة من العيوب في عملية ثني الأنابيب بسبب التقنيات والتشغيل غير السليم.

ولذلك، ينبغي تحليل أسباب الأنواع المختلفة من العيوب على وجه التحديد، وينبغي اتخاذ التدابير المناسبة وفقًا للحالات المختلفة.

وهذا يمكن أن يقلل أو حتى يزيل حدوث العيوب، وبالتالي إنتاج أنابيب مثنية أفضل.