تلرانس‌های مجاز لوله و تیوب استیل

در دنیای مهندسی، تعادل بین کیفیت (دقت) و هزینه حرف اول را می‌زند. در این میان لوله و تیوب استنلس استیل یا فولاد ضدزنگ، به عنوان رگ‌های حیاتیِ سیستم‌های فرآوری و تجهیزات فنی، از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. اما چه چیزی تضمین می‌کند که این رگ‌ها به درستی وظایف خود را انجام دهند؟

اینجاست که مفهوم رواداری یا تُلرانس (Tolerance)، وارد میدان می‌شود و به عنوان معیار، محدوده قابل قبول انحراف از ابعاد اسمی یا ابعاد طراحی شده قطعات را مشخص می‌کند. در این بازه، قطعه کارایی و ویژگی‌های تعریف شده خود را حفظ کرده و می‌توان با خاطری آسوده از آن در سیستم‌ها و سازه‌های مختلف استفاده نمود.

در این مطلب قصد داریم به اهمیت تلرانس ابعادی در لوله و تیوب و بررسی استانداردهای جهانی تلرانس ابعادی در این قطعات بپردازیم، سپس در جداول تلرانس، بازه‌های اعلام شده در استانداردهای مختلف را مورد بررسی قرار دهیم و خطاهای رایج در لوله و روش مقایسه آن با استانداردها را برای شما شرح دهیم.

اهمیت انتخاب لوله و تیوب استیل با تلرانس مناسب برای کاربردهای مختلف

همانطور که گفته شد تُلرانس (خورند)، محدوده خطای مجاز هر کمیت قابل اندازه‌گیری است که در این بازه، قرار است قطعه مورد نظر از لحاظ کیفیت و عملکرد تضمین شود. تلرانس اغلب با میزان بازه‌ای شامل حداکثر و حداقل قابل قبول برای کمیتی فنی بیان می‌شود.

گفتنی است که معیار تلرانس در انواع لوله و تیوب استیل ( اتصالات تیوب )، تعاریف خاص خود را دارد. این مقاطع که در صنایع مختلف از نفت و گاز تا ساختمان‌سازی و تجهیزات پزشکی کاربرد دارند، نیاز است که  با دقت متناسب با نیاز فنی ساخته شوند. چرا که انحراف از ابعاد مجاز می‌تواند منجر به نشت، ترک خوردگی، ناکارآمدی و حتی فجایع جانی شود.

قطر خارجی(OD)، ضخامت و طول سه پارامتر مهم در ساخت و تولید لوله‌ و تیوب استیل هستند که به دلیل اهمیتشان، استانداردهایی برای سنجش ابعاد آن‌ها تعریف شده است که حد مجاز خطا برای آن‌ها را تعریف می‌کند. هرچند باید توجه داشت که پارامترهای متالورژیکی و فیزیکی مانند استحکام، سختی، مقاومت به خوردگی و … نیز روی کارایی و دوام لوله و تیوب استیل تاثیر بسیار زیادی دارند، اما بحث آنها از کمیت‌های ابعادی جدا می‌باشد. در این مطلب فقط به تشریح تلرانس ابعادی تیوب و لوله استیل خواهیم پرداخت.

انواع تلرانس‌های مجاز (استانداردها) در لوله و تیوب استیل

تلرانس ابعادی لوله‌ها، که به انحراف مجاز از ابعاد اسمی آنها اشاره دارد، در استانداردهای کشورهای مختلفی مانند ژاپن (JIS)، چین (GB) و آلمان (DIN) و… مورد بررسی قرار گرفته و تعریف و دسته‌بندی شده‌اند. اما از آنجا که استانداردهای اروپایی و آمریکایی کاربرد گسترده‌ای در صنایع نفت و گاز دارند، در جهان و همچنین در ایران بیش از سایر استانداردها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

معمولا تفاوت اصلی بین این استانداردها در نحوه دسته‌بندی‌ کاربردی و نحوه تعریف ابعاد لوله‌‌ها است. به این معنی که هر شرکت و یا کشوری که قصد طراحی خطوط انتقال سیالات را دارد، به منظور جلوگیری از ناهماهنگی در ابعاد، از یکی از این استانداردها به عنوان مبنای کار خود استفاده می‌نماید

در ادامه این مطلب با توجه به نیاز مخاطب که صنعتگران و مهندسان ایرانی هستند، جداول تعریف تلرانس لوله و تیوب استنلس استیل طبق دو استاندارد پر کاربرد آمریکایی (ASTM) و اروپایی (EN) ارائه شده است. البته لازم است قبل از بررسی جداول تلرانس لوله، نظرتان به این نکته جلب شود که اصولاً لوله‌های صنعتی به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند. پایپ (Pipe) و تیوب (Tube) که ما در فارسی همه را لوله ترجمه می‌کنیم، ولی Tube را برای پرهیز از اشتباه همان تیوب نیز می‌گویند.

برای آشنایی با 10 تفاوت پایپ و تیوب (Pipe و Tube) مطلب آن را مطالعه کنید.

در استانداردهای امریکایی دو استاندارد مهم وجود دارد که تعاریف عمومی مربوط پایپ و تیوب از جمله تلرانس‌های ابعادی را ارائه می‌دهند. این دو استاندارد برای پایپ‌ها ASTM A999/A999M و برای تیوب‌ها ASTM A1016/A1016M است. در جدول زیر استانداردهای امریکایی تحت پوشش هریک از این دو استاندارد را ملاحظه می‌کنید:

استانداردهای پایپ استیل مرتبط با ASTM A999	استانداردهای تیوب استیل مرتبط با ASTM A1016
ASTM A312 / A312M ASTM A376 / A376M ASTM A409 / A409M ASTM A778 ASTM A790 / A790M ASTM A813 / A813M ASTM A814 / A814M ASTM A928 / A928M	ASTM A213 / A213M ASTM A249 / A249M ASTM A268 / A268M ASTM A269 ASTM A270 ASTM A688 / A688M ASTM A789 / A789M ASTM A803 / A803M

جدول تلرانس لوله و تیوب استیل طبق استاندارد ASTM آمریکا

شماره استاندارد لوله	روش تولید	قطر خارجی OD (mm)	تلرانس قطر خارجی (mm)	ضخامت t (mm)	تلرانس ضخامت (mm)
					حداقل	میانگین
ASTM A999/A999 M	لوله درزدار و بدون درز	<48.3	0.4+ تا 0.8-	–	–	0.125-t
ASTM A312/ A312 M	لوله درزدار و بدون درز	48.3-114.3	±0.8	OD=10.3-73	–	0.20+t , 125-t
		168.3-219.1	1.6+ تا 0.8-	t/OD<=5% , OD=88.9-457.2	–	0.225+t , 125-t
		219.1-457.2	2.4+ تا 0.8-	t/OD>5% , OD=88.9-457.2	–	0.15+t , 125-t
	لوله درزدار	508-660	3.2+ تا 0.8-	t/OD>=508	–	0.175+t , 125-t
		711-864	4.0+ تا -0.8	t/OD<=5% , OD>=508	–	0.225+t , 125-t
	لوله بدون درز	914-1209	4.8+ تا 0.8-	t/OD<=5% , OD>=508	–	0.15+t , 125-t
ASTM A409/ A409 M	لوله درزدار	–	+/-0.2%	t<4.8	–	–
		–	±0.4%	t>=4.8	–	–
ASTM A358/ A358 M	لوله درزدار	–	±0.5%	–	–	–
ASTM A511	تیوب بدون درز	12.7=>	±0.1	–	–	±0.15t
		12.7-38.1	±0.2	–	–	±0.1t
		38.1-88.9	±0.3	–	–
		88.9-139.7	±0.4	–	–
		139.7-203.1	±0.8	–	–
		203.1-220	±1.1	–	–
		220-325	±1.6	–	–

 

تلرانس لوله طبق استاندارد ASTM A1016/ A1016 M

روش تولید	قطر خارجی (OD) (mm)	تلرانس قطر خارجی (mm)	ضخامت (mm)	تلرانس ضخامت (mm)
				حداقل	میانگین
تیوب بدون درز کشش گرم	<=100	0.4+ تا 0.8-	<=2.4	0.4+t , 0	–
	100-200	0.4+ تا 1.2-	2.4-3.8	0.35+t , 0	–
	200-225	0.4+ تا  1.6-	3.8-4.6	0.33+t , 0	–
	–	–	>=4.6	0.28+t , 0	–
تیوب بدون درز کشش سرد	<25	0.1+ تا 0.11-	–	±0.2t , 0	±0.1t
	25-40
	40-50	±0.2		0.22+t , 0
	50-65	±0.25
	65-75	±0.3
	75-100	±0.38
	100-200	0.38+ تا 0.04-
	200-250	0.38+ تا 1.14-
تیوب درزدار	40-50	0.1+ تا 0.11-	–	0.18+t , 0	±0.1t , 0
	50-65	±0.2
	65-75	±0.25
	75-100	±0.3
	100-200	0.38+ تا 0.04-
	200-250	0.38+ تا 1.14-	–	–	–

 

جدول تلرانس لوله و تیوب استیل طبق استاندارد EN اروپایی

 

نام استاندارد	روش تولید	تلرانس قطر خارجی (OD) (mm)		تلرانس ضخامت جداره t	توضیحات
		OD (mm)	کلاس
EN 10216-5	تیوب بدون درز با شکل دهی گرم	219.1-610	D1	22.5%+t , 15%-t	t/D< 0.05
				T1	t/D< 0.09
				T2	t/D> 0.09
		30-219.1	D2	T1	–
				T2	–
	تیوب بدون درز با شکل دهی سرد	219.1>	D3	T3	–
			D4	T4	–
EN 10297-2	تیوب بدون درز با شکل دهی گرم		D1	T1	–
			D2	T2	–
	تیوب بدون درز با شکل دهی سرد		D3	T3	–
			D4	T4	–
EN 10217-7	تیوب درزدار	>168.3	D2	T3	–
		<168.3	D3		–
			D4		–
EN 10296-2	تیوب درزدار	>168.3	D2	T3	–
		<168.3	D3	T3	–
		<114.3	D4	T3	–
EN 10312	تیوب درزدار	سری 1	D4	T3	t=0.6-2  mm
		سری 2	D3-D4	T3-T4	t=1-3 mm

 

جدول کلاس‌ ضخامت و قطر خارجی لوله و تیوب استیل

قطر خارجی		ضخامت
کلاس	تلرانس	کلاس	تلرانس
D1	±1.5%  , ±0.75 mm حداقل	T1	±15%  , ±0.6 mm حداقل
D2	±1.0%  , ±0.75 mm حداقل	T2	±12.5%  , ±0.4 mm حداقل
D3	±0.75%  , ±0.75 mm حداقل	T3	±10%  , ±0.2mm حداقل
D4	±0.5%  , ±0.75 mm حداقل	T4	±7.5%  , ±0.15 mm حداقل
–	–	T5	±5%  , ±0.10 mm حداقل

 

مقایسه انواع استانداردهای تلرانس‌های لوله و تیوب استیل (استانداردهای آمریکایی و اروپایی)

تلرانس ضخامت دیواره:

تلرانس ضخامت دیواره لوله استیل و تیوب استیل (فولاد ضدزنگ)، از دقت کلی تقریبا برابری در هر دو نوع استانداردهای آمریکایی (ASTM/ASME) و اروپایی (EN) برخوردار است. البته میزان دقت در تلرانس ضخامت استانداردهای آمریکایی اندکی کمتر از الزامات سخت‌گیرانه‌تر اتحادیه اروپا می‌باشد.

تلرانس قطر خارجی:

استانداردهای اتحادیه اروپا (EN) تلرانس‌های قطر خارجی را با دقت کمتری نسبت به استانداردهای آمریکایی تعریف می‌کنند.این موضوع به دلیل تمرکز بیشتر استانداردهای اروپایی روی ضخامت دیواره به عنوان عامل کلیدی در عملکرد لوله و تیوب است.

اصطلاحات رایج در استانداردهای تلرانس

1. تلرانس گردی یا تلرانس لنگی (Out of Roundness or out of circularity)

ممکن است در ساخت لوله، مقطع لوله در جهات مختلف دارای قطرهای مختلف باشد و شکل مقطع آن به شکل بیضی درآید. در این حالت میزان تفاوت بین حداکثر و حداقل ابعاد قطر خارجی در نظر گرفته می‌شود و مطابق فرمول زیر محاسبه می‌شود.

فرمول محاسبه تلرانس گردی:

نکته: لازم به ذکر است که این عدد نباید از میزان تلرانس قطر خارجی استاندارد تجاوز کند.

 

2. تلرانس هم مرکزی (Concntricity)

هم مرکز بودن قطر خارجی و قطر داخلی لوله اهمیت بسیار زیای دارد چرا که اختلاف مرکز این دو دایره، می‌تواند سبب تغییر ضخامت در طول لوله شود که این عامل می‌تواند بر روی مقاومت جداره در محل‌های مخلتف لوله، تاثیر گذار باشد. برای محاسبه این مقدار و مقایسه با تلرانس استاندارد از فرمول زیر استفاده می‌شود.

فرمول محاسبه تلرانس هم‌مرکزی:

 

3. تلرانس راستی یا محوری (Straightness)

یکی دیگر از خطاهایی که ممکن است در فرآیند ساخت لوله‌ها رخ دهد، صاف نبودن لوله در امتداد آن است. حداکثر میزان انحراف از راستی لوله باید در در طول اندازه‌گیری و نشان داده شود.

جدول زیر مثالی برای اعلام تلرانس راستی است.

قطر خارجی (mm)	قطر خارجی (in)	ضخامت جداره	تلرانس اسمی راستی	تلرانس مجاز راستی
15.9	0.625	تمامی ضخامت‌ها	1 در 600	1 در 2000
25.4	1	2 درصد قطر خارجی و یا بیشتر	1 در 600	1 در 1500
25.4	1	2 درصد قطر خاجی و یا کمتر	1 در 400	1 در 1000

 

سخن آخر

در این مطلب از استیل رخ سعی کردیم تا به بررسی تلرانس لوله و تیوب استیل بپردازیم و این پارامتر را در استانداردهای مختلف بررسی و مقایسه کنیم. همانطو که مشاهده نمودید در این استانداردها که توسط کشورهای مختلف تبیین شده‌اند، سطوح متفاوتی از خطا و تلرانس در نظر گرفته شده است. امید است که مطلب ارائه شده راهنمایی مناسب برای مهندسان و صنعتگران باشد.