شبیه سازی عیوب هندسی در خمکاری سرد لوله های قطور

در سال های اخیر با افزایش تقاضای انتقال انرژی، تکنولوژی طراحی و ساخت لوله های فولادی درزدار توسعه ی چشمگیری یافته است. لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال دو روش عمده در تولید لوله های درزدار محسوب می شوند. حین عملیات احداث خطوط لوله قطور انتقال نفت،گاز یا آب ، توپوگرافی مسیر ایجاب می نماید که درصدی از لوله ها نیاز به خمکاری داشته باشند. این خمکاری عمدتاً در محل نصب خطوط لوله و توسط ماشین آلات مخصوصی تحت عنوان ماشین خمکاری و به روش سرد و بر مبنای روش خمکاری سه غلتکی انجام می شود. حین خمکاری لوله های قطور عیوبی مانند بیضی شدگی مقطع، کاهش ضخامت جداره زیرین لوله، صاف شدگی پشت خم وچروکیدگی ایجاد می شوند که میزان زاویه خمکاری را محدود می کنند. سازندگان ماشین خمکاری سرد برای پیشگیری از وقوع چنین عیوبی استفاده از مندرل را پیشنهاد می دهند که درون لوله و در ناحیه خم قرار می گیرد و با مهار جداره لوله شکل گیری عیوب هندسی را تا حد قابل قبولی کاهش می دهد. در ایران شرکت های نصاب از بکارگیری مندرل برای خمکاری لوله های قطور امتناع می ورزند. عدم استفاده از مندرل در خمکاری لوله های اسپیرال نمود بیشتری دارد و عیوب هندسی رخ داده در آن چشمگیرتر است. بنابراین شرکت های نصاب لوله در ایران لوله های درزجوش مستقیم را برای خمکاری انتخاب می کنند و البته میزان خمکاری را برای پیشگیری از رخ دادن عیوب هندسی کاهش می دهند. این مورد عاملی محدود کننده در استفاده از لوله های اسپیرال است. هدف اصلی در این پایان نامه شبیه سازی فرآیند خمکاری سرد لوله های قطور درزجوش مستقیم و اسپیرال به منظور پیش بینی وقوع عیوب هندسی در این لوله ها است. در این پژوهش خمکاری لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال به طول 12 متر، قطر 48 اینچ و ضخامت 6/20 میلیمتردر نرم افزار اجزاء محدود انسیس مدل شده است. لوله های مورد استفاده در این پژوهش از جنس فولاد x65 بوده و برای در نظر گرفتن اثر باشینچر از مدل کارسختی سینماتیک استفاده شده است. با مدلسازی اجزاء محدود خمکاری لوله، اثر پارامتر هایی همچون شعاع انحنا و طول die ، تفاوت جنس لوله ، سختی جوش، تفاوت ضخامت و قطر لوله و همچنین ناهمسانگردی بر عیوب هندسی بحث و بررسی شده است. همچنین با پیشنهاد مدلی برای شبیه سازی مندرل، میزان اثرگذاری آن بر عیوب هندسی تشریح گردیده است. در مدل پیشنهادی، مندرل با المان های میله مدل شده است و مدول کشسانی آن به گونه ای محاسبه شده که سختی آن معادل سختی مندرل باشد. همچنین در این پایان نامه با مدلسازی فرآیند شکل دهی ورق برای تولید لوله اسپیرال، تنش های پسماند شکل دهی در جداره لوله محاسبه شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزایش شعاع خمکاری موجب بهبود کیفیت خم می شود. همچنین در نظر گرفتن سختی جوش در شبیه سازی خمکاری لوله های درز جوش مستقیم، موجب کاهش بیضی شدگی و نازک شدگی جداره لوله می شود. اما افزایش سختی جوش در لوله های اسپیرال برعکس لوله درزجوش مستقیم بیضی شدگی مقطع را افزایش داده و عیوب هندسی را در این لوله ها تشدید می کند. شبیه سازی ها نشان می دهد اعمال ناهمسانگردی ورق بر روی لوله درزجوش مستقیم و اسپیرال تاثیر چشمگیری بر میزان بیضی شدگی مقطع نداشته، در حالیکه اعمال ناهمسانگردی بر روی لوله اسپیرال تقارن تنش های پسماند طولی در جداره لوله را بر هم زده است. بکارگیری مندرل درون لوله میزان بیضی شدگی مقطع را به شدت کاهش داده است، به طوریکه می توان از آن صرف نظر نمود. عیوب چروکیدگی و صاف شدگی با بکار گیری مندرل به کلی حذف شده و یک خم بدون عیب شکل گرفته است.