لوله‌ها یکی از پرکاربردترین مواردی هستند که توانسته‌اند در امور مختلف به بشر کمک کنند. نمی‌توان تصور کرد که اگر لوله‌ها وجود نداشتند، چه امکاناتی که بشر از استفاده از آن‌ها بی‌بهره می‌ماند. این لوله‌ها ممکن است از جنس‌های مختلفی ساخته شوند. یکسری از آن‌ها پایه آهنی دارند مانند لوله مبلی یا لوله استیل، یکسری پایه غیر فلزی دارند مانند لوله‌های پلاستیکی و یکسری دیگر پایه فلزی و غیر آهنی دارند مانند لوله آلومینیومی. آلومینیوم یکی از متداول‌ترین فلزات است که در ساخت و ساز و صنایع مهندسی وابسته به آن در جهان استفاده می‌شود و بعد از فولاد در رتبه دوم استفاده قرار دارد. آلومینیوم یک ماده بسیار همه کاره است که دارای برخی خواص عالی در مورد استحکام و دوام است.
فهرست مطالب
آلومینیوم چیست؟
سبک، بادوام و کاربردی. جمع شدن این سه ویژگی در یک ماده به همین سادگی‌ها نیست. اما جالب است که بدانید آلومینیوم این سه را با هم دارد و همین سه ویژگی آن را به یک فلز منحصربه‌فرد و به یکی از مواد مهندسی کلیدی زمان ما تبدیل کرده است. شما از صبح که از خواب بیدار می‌شوید بارها و بارها این فلز را در اشکال مختلف مشاهده می‌کنید. در خانه، در اتومبیل‌ها، در قطارها و هواپیماها، در تلفن‌های همراه و کامپیوترهایی که هر روز استفاده می‌کنید، در قفسه‌های داخل یخچال‌ها، در وسایل مدرن و هزاران هزار کاربرد دیگر که نمی‌توان تمام آن‌ها را یکجا نام برد.
آلومینیوم یا آلومینیم (به انگلیسی Aluminium) فلزی به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، عنصر 13 جدول تناوبی است. یکی از واقعیت‌های شگفت انگیز در مورد آلومینیوم این است که گسترده‌ترین فلز روی کرۀ زمین است و بیش از 8 درصد از جرم هسته زمین را تشکیل می‌دهد. عدد 8 درصد واقعاً برای یک عنصر بسیار زیاد و شگفت انگیز است. همچنین سومین عنصر شیمیایی رایج در سیاره ما پس از اکسیژن و سیلیکون است. در عین حال، به دلیل اینکه به راحتی با سایر عناصر ادغام می‌شود، آلومینیوم خالص در طبیعت وجود ندارد.
لوله آلومینیومی چیست؟
لوله‌های آلومینیومی نوعی لوله فلزی هستند که در ساخت آن‌ها از عنصر آهن استفاده نشده و پایه غیر آهنی دارند. این نوع لوله‌ها به دلیل مزایای متعددی که دارند، در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، ساخت و ساز، حمل و نقل و … کاربرد گسترده‌ای دارند. لوله‌های آلومینیومی وزن کم، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند.
آلومینیوم و آلیاژهای آن به طور کلی به دو دسته ریختگی (Castable) و کارپذیر (Wrought) تقسیم می‌شوند. این آلیاژها به دلیل سیالیت مناسب، برای ریخته‌گری قطعات پیچیده با جزئیات دقیق مناسب هستند. انجماد این آلیاژها به طور یکنواخت و بدون ایجاد حفره یا ترک انجام می‌شود. آلیاژهای ریختگی آلومینیوم در برابر سایش مقاوم هستند و برای کاربردهایی که اصطکاک بالا دارند، مناسب هستند. این آلیاژها به راحتی ماشینکاری می‌شوند و می‌توان به راحتی آن‌ها را به شکل دلخواه درآورد.
پرکاربرد ترین آلیاژ های آلومینیوم
آلیاژ 6061
آلیاژ 6061 یکی از پرکاربردترین آلیاژهای آلومینیوم است که به دلیل خواص مطلوبی مانند استحکام بالا، مقاومت به خوردگی، قابلیت جوشکاری و ماشینکاری آسان، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب شیمیایی این آلیاژ عبارت است از:
- آلومینیوم: 95.85% – 98.56%
- منیزیم: 0.8% – 1.2%
- سیلیسیم: 0.4% – 0.8%
- مس: 0.15% – 0.4%
- منگنز: 0.05% – 0.15%
- کروم: 0.04% – 0.35%
- روی: 0.05% – 0.25%
- تیتانیوم: 0.05% – 0.15%
- سایر عناصر: 0.15%
آلیاژ 6061 در حالت آنیل شده دارای استحکام کششی 13000 psi و در حالت T6 (حرارت دهی و رسوب سختی) دارای استحکام کششی 45000 psi است. آلیاژ 6061 به دلیل وجود لایه اکسید آلومینیوم، مقاومت به خوردگی بالایی دارد. این آلیاژ به راحتی با روش‌های مختلف جوشکاری قابل جوشکاری بوده و به راحتی ماشینکاری می‌شود و می‌توان آن را به اشکال مختلف درآورد. از ویژگی‌‌های مهم این آلیاژ می‌توان به قابلیت جوشکاری آن اشاره کرد. از این آلیاژ عموماً برای کارهایی همچون قفسه بندی و ستون استفاده می‌شود.
آلیاژ 6063
آلیاژ 6063 یکی از پرکاربردترین آلیاژهای آلومینیوم است که به دلیل خواص مطلوبی مانند استحکام متوسط، مقاومت به خوردگی بالا، قابلیت جوشکاری و ماشینکاری آسان، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب شیمیایی این آلیاژ عبارت است از:
- آلومینیوم: 96% – 98.5%
- منیزیم: 0.45% – 0.9%
- سیلیسیم: 0.2% – 0.6%
- مس: 0.05% – 0.2%
- منگنز: 0.05% – 0.2%
- کروم: 0.1% – 0.25%
- روی: 0.05% – 0.25%
- تیتانیوم: 0.05% – 0.15%
- سایر عناصر: 0.15%
آلیاژ 6063 در حالت آنیل شده دارای استحکام کششی 13000 psi و در حالت T6 (حرارت دهی و رسوب سختی) دارای استحکام کششی 25000 psi است. آلیاژ 6063 به دلیل وجود لایه اکسید آلومینیوم، مقاومت به خوردگی بالایی در برابر آب، هوا و مواد شیمیایی دارد. این آلیاژ به راحتی با روش‌های مختلف جوشکاری قابل جوشکاری است و به راحتی ماشینکاری می‌شود و می‌توان آن را به اشکال مختلف درآورد.
آلیاژ 3003
آلیاژ 3003 به دلیل چگالی پایین، تنوع رنگ، سطح صیقلی، جوش پذیری و شکل پذیری خوب و همچنین مقاومت در برابر خوردگی به طور گسترده ای در صنعت حمل و نقل و خودروسازی به عنوان لوله سیستم های خنک کننده و سیستم های هیدرولیک، صنعت برق و الکترونیک، هوافضا و همچنین در ساخت قوطی های نوشیدنی و غیره کاربرد دارند. این آلیاژ از ترکیب آلومینیوم و منگنز تولید می شود.
مزایای لوله‌های آلومینیومی
لوله‌های آلومینیومی به دلیل مزایای متعددی که دارند، در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، ساخت و ساز، حمل و نقل و … کاربرد گسترده‌ای دارند. برخی از مزایای لوله‌های آلومینیومی عبارتند از:
- وزن سبک: لوله‌های آلومینیومی به طور قابل توجهی سبک‌تر از لوله‌های فولادی یا مسی هستند. این مزیت باعث سهولت حمل و نقل، نصب و کار با آن‌ها می‌شود.
- مقاومت در برابر خوردگی: آلومینیوم به طور طبیعی در برابر خوردگی مقاوم است، به همین دلیل لوله‌های آلومینیومی عمر طولانی دارند و در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند.
- قابلیت انعطاف پذیری: لوله‌های آلومینیومی انعطاف‌پذیر هستند و به راحتی خم می‌شوند. این مزیت باعث می‌شود که برای کاربردهای مختلف، به راحتی شکل داده شوند.
- هدایت حرارتی بالا: آلومینیوم رسانای گرمای خوبی است، به همین دلیل لوله‌های آلومینیومی برای انتقال گرما در سیستم‌های تهویه مطبوع و سایر کاربردها مناسب هستند.
- قابلیت بازیافت: لوله‌های آلومینیومی قابل بازیافت هستند، به همین دلیل از نظر زیست محیطی دوستدار طبیعت هستند.
- قابلیت جوشکاری: لوله‌های آلومینیومی به راحتی جوشکاری می‌شوند.
- مقاومت در برابر ضربه: لوله‌های آلومینیومی در برابر ضربه مقاوم هستند.
- ظاهر زیبا: لوله‌های آلومینیومی ظاهر زیبایی دارند و می‌توان از آن‌ها در کاربردهای تزئینی نیز استفاده کرد.
کاربردهای لوله‌های آلومینیومی
لوله‌های آلومینیومی به دلیل مزایای متعددی که دارند، در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، ساخت و ساز، حمل و نقل و … کاربرد گسترده‌ای دارند. برخی از کاربردهای لوله‌های آلومینیومی عبارتند از:
- سیستم‌های تهویه مطبوع: لوله‌های آلومینیومی برای انتقال آب سرد و گرم در سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شوند.
- ساخت و ساز: لوله‌های آلومینیومی برای لوله کشی آب، فاضلاب و گاز در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.
- حمل و نقل: لوله‌های آلومینیومی در ساخت سیستم‌های خنک کننده خودروها، هواپیماها و کشتی‌ها استفاده می‌شوند.
- صنعت: لوله‌های آلومینیومی در صنایع مختلف مانند صنایع غذایی، دارویی و شیمیایی استفاده می‌شوند.
- تجهیزات پزشکی: لوله‌های آلومینیومی در ساخت تجهیزات پزشکی مانند تخت‌های بیمارستانی و دستگاه‌های دیالیز استفاده می‌شوند.
- لوله‌های انتقال آب و فاضلاب
- لوله‌های انتقال سیالات در صنایع مختلف
- لوله‌های داربست
- لوله‌های زهکشی
- لوله‌های سازه‌های دریایی
- لوله‌های سیستم‌های آبیاری
- لوله‌های پنوماتیک و هیدرولیک
- لوله‌های مبدل‌های حرارتی
- لوله‌های مخازن ذخیره سازی
- لوله‌های صنایع نفت و گاز
چرا از لوله های آلومینیومی استفاده کنیم؟
به لطف نسبت استحکام به وزن، شکل پذیری و چکش خواری، آلومینیوم را می توان از طریق فرآیندهای نورد سنتی و همچنین اکسترود کردن به اشکال مختلف درآورد. این بدان معناست که می توان لوله های آلومینیومی را هم برای دقت و هم مقرون‌به‌صرفه بودن، ساخت و استفاده کرد.
در مقایسه با فولاد، آلومینیوم دو مزیت متمایز دیگر دارد، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی. در حالی که فولاد در هر حجمی، قوی‌تر است، به عنوان مثال، یک میله فولادی از یک میله آلومینیومی هم شکل قوی‌تر است، فولاد نسبت مقاومت به وزن بسیار پایین‌تری دارد. در شرایط واقعی، اگر دو سازه برای حمل بار یکسان طراحی می‌شد، اما یکی از آلومینیوم و دیگری از فولاد ساخته می‌شد، یکی از آلومینیوم‌ها از نظر اندازه بزرگ‌تر بود اما وزن آن کمتر از نیمی از فولاد بود.
لوله های آلومینیومی چگونه ساخته می شوند؟
آلومینیوم از سنگ معدنی به نام آلومینا به دست می‌آید که عمدتاً از اکسید آلومینیوم و برخی آلاینده‌های کمیاب تشکیل شده است. فرآیند ذوب با استفاده از کوره های قوس الکتریکی تکمیل می شود و به اکسیدها اجازه می دهد تا به سطح برسند. آلومینیوم خالص از پایین جدا می شود. پس از خالص سازی، فرآیندهایی برای معرفی عناصر آلیاژی جدید استفاده می شود که بسته به نیاز، تغییرات زیادی در درجه و مزاج ایجاد می کند. از اینجا مواد به شمش (ingot) یا راب (slug) ریخته می شود.
راب ها به کارخانه اکسترود منتقل می شوند، جایی که مواد به لوله ها تبدیل می شوند. فرآیند اکسترود شامل موارد زیر است:
- انتخاب و بارگذاری قالب مناسب لوله – این بستگی به اندازه و شکل مورد نیاز دارد، قالب ها روغن کاری شده و در برخی موارد با آب خنک می شوند.
- راب آلومینیومی از قبل گرم می شود – این به فرآیند اکستروژن کمک می کند و عیوب سطح را کاهش می دهد، آسیب به قالب ها را کاهش می دهد و اشکال پیچیده را آسان تر می کند.
- حلزون گرم شده در محفظه اکستروژن بارگذاری می شود.
- قوچ های هیدرولیک راب را وارد قالب اکستروژن می کنند – بسته به جنس و شکل، از 100 تا 1500 تن نیرو استفاده می شود.
- آلومینیوم به طول برش داده می شود و اجازه می دهیم تا دمای اتاق خنک شود.
فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 30 بهمن 1402
