برخلاف بسیاری از کشورهای جهان که فعالیت صنعت فولاد خود را مدیون و مرهون واردات هستند، کشور ایران با برخورداری از منابع متعدد سنگ آهن و زغال سنگ، به یکی از قطبهای صنعتی و فولادی نه تنها خاورمیانه، بلکه در تمام دنیا تبدیل شده است.
به همین خاطر، در حال حاضر در ایران، کارخانههای بسیاری مشغول به تولید انواع محصولات فولادی هستند. اهمیت این موضوع از آن جهت است که در دنیای صنعتی امروز، از میز تحریری که ساعتهای طولانی بر روی آن مطالعه میکنیم تا خودرویی که همهروزه برای رفت و آمد از آن بهره میبریم، وابسته به وجود همین آهن آلات هستند.
بدیهی است که در دو مثال ذکر شده، نمیتوان همواره از یک نوع خاص فولاد استفاده کرد. به عبارت دیگر، فولاد به تناسب کاربردی که دارد، به شکلی بهینه تولید میشود و به اشکال مختلفی همچون پروفیل، ورق و دیگر مقاطع فولادی مشابه درمیآید. درک اهمیت پروفیل فولادی در دنیای امروز، نحوه تولید آن در کارخانجات و موارد استفاده از آن، موضوعی است که در ادامه قصد داریم به تفصیل به بررسی آن بپردازیم.
پروفیل چیست؟
پروفیل فولادی (به انگلیسی Steel Profile) محصول نهایی شکلدهی به سنگ آهن است که دارای سطح مقطعی مربعی، مستطیلی، دایرهای و غیره بوده و در اندازه طویل ساخته میشود. تفاوت در شکل سطح مقطع، سبب تولید پروفیلهای مختلف با کاربردهای متنوع میگردد که در ادامه به معرفی این انواع میپردازیم.
انواع پروفیل فولادی
عوامل متعددی در ایجاد تنوع در پروفیلهای آهنی دخیل هستند. برای آنکه بتوان از این مقاطع در صنایع مختلف بهره برد، لازم است اشکال مختلفی از پروفیل، جنسهای متنوع و غیره از آن ساخته شود. انواع این مقاطع فولادی را میتوان در موارد زیر دستهبندی کرد.
انواع پروفیل از نظر جنس
هنگامی که پروفیل را از لحاظ جنس بررسی میکنیم، در حقیقت منظور ورقی است که در تولید آن مورد مورد استفاده قرار میگیرد. انواع ورقهایی که برای تولید پروفیل مورد استفاده قرار میگیرند، شامل موارد زیر هستند:
پروفیل گالوانیزه
پروفیل گالوانیزه یکی از کاربردیترین جنسهای این مقطع است و دلیل نامگذاری آن، این است که پس از تولید و در مرحله آخر، در پوششی از فلز روی مذاب، غوطهور میشود. گالوانیزاسیون فرآیندی است که از آن با هدف افزایش مقاومت به خوردگی و زنگزدگی استفاده میکنند.
سازههای ساخته شده با پروفیلهای گالوانیزه در مناطق مرطوب همچون نواحی شمالی کشور، نقش مهمی را ایفا میکنند. در صورتی که گالوانیزاسیون مصالح مورد استفاده در این مناطق انجام نشود، زنگزدگی رخ میدهد و با تضعیف استحکام ساختمان، در مرور زمان دچار فروپاشی آن میگردد.
دور از انتظار نیست که این پروفیل، نسبت به انواع دیگر با قیمت بالاتری در بازار آهن آلات عرضه شود.
پروفیل کامپوزیتی
پروفیل کامپوزیتی یکی از پروفیلهای با جنس الیاف کربن، الیاف شیشه و یا الیاف آرامید است که در یک رزین پلیمری جایگذاری شده که امروزه کاربرد بسیاری را به خود اختصاص داده است. پی وی سی (PVC)، یو پی وی سی (UPVC) و غیره، از انواع پرمصرف این مقطع به حساب میآید و به علت برخورداری از مزایایی همچون وزن پایین، مقاومت در برابر خوردگی و ارتعاشات، علاوه بر کاربرد در مناطق با شرجی و رطوبت بالا، در مکانهای زلزلهخیز نیز کاربرد زیادی دارد. این نوع با سبکسازی ساختمان، به افزایش مقاومت آن کمک میکند.
پروفیل آلومینیوم
پروفیل آلومینیوم (Aluminium profile) یکی از انواع پرکاربرد در صنعت است که به علت شکل ظاهر و جلای نقرهای رنگ خود، در صنایعی که ظاهر اهمیت داشته باشد، مورد استفاده قرار میگیرد.
این مقطع همچنین به علت انعطافپذیری و وزن پایین خود، در ساخت تجهیزات حمل و نقلی همچون هواپیما، اهمیت بسیاری دارد و نقش مهمی را در سبک سازی و تقویت مقاومت آن ایفا میکند. این پروفیل انواع مختلفی همچون پنجره آلومینیومی ساده، ترمال بریک و پنجره چوب آلومینیومی را شامل میشود و با برخورداری از مزایایی همچون ضدزنگ بودن، چگالی پایین، عایق حرارتی ضعیف و غیره، علاوه بر ساخت لوازم نقلیه، در صنعت لوازم پزشکی، ساخت در و پنجره و غیره نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
انواع پروفیل از منظر نوع مقطع
دو نوع کلی از این محصول برای زمانی که بخواهیم آن را از نظر نوع مقطع دستهبندی کنیم، وجود دارد. تفاوت در مقطع، به میزان چشمگیری بر عملکرد آن اثر میگذارد. طبق این طبقهبندی، انواع پروفیل شامل موارد زیر خواهد بود:
پروفیل باز و انواع آن
هنگامی که در ساخت پروفیل، اتصال دو ورق به همدیگر صورت نگیرد و فضایی توخالی ایجاد نشود، پروفیل حاصل شده از نوع باز خواهد بود. گستره تنوع این مقطع بسیار بالا است و انواع مختلف زیر را شامل میشود:
پروفیل زد
پرلین زد (Z Profile Or Z Purlin)، پروفیلی با مقطع باز و 2 فلنجی به شکل حرف Z انگلیسی است که در ساختار آن یک فلنج افقی یا بال در بالا و پایین و یک جان عمودی وجود دارد که عامل اتصالدهنده این دو بال محسوب میشود.
هندسه و ساختار زد سبب آن میشود که نسبت به بارهای خمشی و فشاری مقاوم باشند و به هنگام اعمال نیرو، تغییر شکل پیدا نکنند. پرلین زد لبهدار و یا بدون لبه ساخته میشود و با برخورداری از مقاومت کششی بالا، کمک به سبک سازی سازه، نصب آسان، انعطافپذیری در طراحی و غیره، در صنعت کاربردهای بسیاری را به خود اختصاص داده است.
C Purlin
پروفیل سی یا پرلین سی (C Profile Or C Purlin Or Cee Purlin)، یکی از پرلینهای پرکاربرد در ساختمانسازی و دارای 2 فلنج و 2 لبه است. از مزایای سی پرلین به وزن پایین خود، عدم شکست، حمل و نقل و نصب آسان، در ساخت دیوارهای باربر، سقفها یا پوششهای سبک صنعتی یا نیمهصنعتی و ستون و دیوار سازهها می توان اشاره کرد.
برجسته ترین ویژگی های آن عبارت اند از:
- مونتاژ آسان
- قابلیت بازیافت
- ظرفیت باربری
- انتقال بار مناسب
- دیواره نازک
- وزن پایین
- حمل و نقل و اجرای آسان
- نهایتا قیمت مناسب
پروفیل آبرو
آبرو یا آبراه، یکی از پروفیلهای ضدزنگ و پرمصرف در سقف سازههایی همچون سوله است؛ چراکه به علت شکل ظاهر خاص خود، امکان هدایت کردن باران و برف موجود در سقف را دارد. آبرو دارای انواع جعبهای و لندنی هستند و به شکل 1 طرفه یا 2 طرفه متصل میگردند.
این مقطع به جهت تماس دائمی با آب، لازم است با ورق ضدزنگ ساخته شود؛ در غیر این صورت دچار خوردگی و تضعیف ساختار سازه خواهد شد. از انواع آبرو در ساخت انواع سقفهای شیروانی، پارکینگ، ساندویچ پانل سقفی و دیگر موارد مشابه استفاده میشود.
آبرو مورد استفاده در سازه، لازم است که از مشخصات ساختاری زیر برخوردار باشد:
- امکان تحمل وزن بالا
- مقاومت در برابر اشعه UV
- طول عمر طولانی
- امکان رنگآمیزی
- برخورداری از مقاومت نسبت به زنگ زدگی و خوردگی
پروفیل مکزیکی
یکی از انواع متریال چهارچوب فلزی است که در بازار آهن آلات با عنوان قاشقی یا نگینی نیز شناخته میشود. این مقطع فولادی یا به شکل درونی و یا به شکل بیرونی ساخته میشود و اصلیترین کاربرد آن در چهارچوب درب و پنجره، ساخت درب ضدسرقت است. وزن آن با ورق 2 میلیمتر مابین 24 تا 28 کیلوگرم است و به علت طول عمر بالا و استحکام قابل توجهی که دارد، مورد توجه صنایع و افراد بسیاری واقع شده است.
تیرآهن
تیرآهن (Steel Beam) که 1 جان و 2 بال دارد و به شکل I و H مشاهده میشود. این مقطع برخلاف اکثر انواع دیگر، با نورد گرم ساخته میشود و هدف اصلی استفاده از آن تحمل فشار و تنشهای ناشی از لنگر خمشی و نیروهای برشی است.
تیرآهن خود انواع مختلفی همچون INP، IPE، IPB و CNP را شامل میشود و در سایزهای مختلفی همچون 14، 16، 18 و 20 به تولید میرسد. عمده موارد استفاده از تیرآهن در ساخت ستون سازه، کفی ستون، اسکلت ساختمان، تیر کلاف، تیر اصلی، تیرهای باریک کرومیت، خرپا و غیره است.
از جمله مزایا و معایب تیرآهن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- امکان توسعه پس از اتمام سازه
- امکان اتصال چندین قطعه به همدیگر
- دارای امکان استفاده در ارتفاعات بالا
- تمایل به کمانش
- عدم مقاومت در برابر خوردگی
- دارای وزن و هزینه بالا
نبشی
نبشی فولادی (L Profile Or V Profile)، پروفیلی به شکل V یا L انگلیسی است و در کارخانه یا به شکل پرسی و یا فابریک ساخته میشود. نبشیها به لحاظ شکل بال دارای 2 نوع بال مساوی و بال نامساوی هستند و که نوع اول نبشی V شکل با زاویه کمتر از 90 درجه و نوع دوم نبشی L شکل یا عمودی با زاویه قائم (90 درجه) را حاصل میشود.
گالوانیزه، ضدزنگ، اسپیرال، پی وی سی، آلومینیوم، A36 و T316 از جمله پرکاربردترین نبشیها به شمار میآید. این پروفیل فولادی به طور گسترده در ساخت خرپا، اتصالات تیرآهن، نبشیکشی نما، دکل انتقال نیرو، چهارچوب و سقف و غیره، مورد استفاده قرار میگیرد.
ناودانی
ناودانی (C Channel)، پروفیلی با مقطع باز و متشکل از 1 جان و دو بال است که به 2 شکل بال موازی و بال ناموازی ساخته میشود. هنگامی که بال در ناودانی به صورت موازی باشد، ناودانی دارای ظاهری U شکل و هنگامی که بال ناموازی باشد، ظاهری C شکل پیدا خواهد کرد.
ساخت این پروفیل همواره با استاندارد اروپایی DIN-1026 یا UPN و UNP، استاندارد مقاوم به خوردگی DIN EN ISO 12944-3 و استاندارد فرانسه NF A 45-255 مطابقت دارد. ناودانی با مقاومت بالایی که از آن برخوردار است، در خودروسازی، ساخت تیر و ستون، نمای خانه و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.
پروفیل فرانسوی
پروفیل فرانسوی یکی از انواع چهارچوبهای در و پنجره است که به جهت برخورداری از مزایای متعددی همچون استحکام بالا، امروزه کاربردهای بسیاری را به خود اختصاص داده است. این مقطع فولادی با ورق ST37 ساخته میشود و در ساخت چهارچوب پنجرههای فلزی و غیرفلزی مانند فریم پنجرههای پیویسی و آلومینیومی مورد استفاده قرار میگیرد.
پروفیل رومی
چهارچوب رومی، یکی از انواع چهارچوبهای فلزی پرکاربرد است که در عین تفاوتی که با چهارچوب مکزیکی دارد، گاه با آن اشتباه گرفته میشود. این چهارچوب برخلاف نوع مکزیکی، قوسی شکل است و در بخش پایینی خود دارای خم نیست.
هنگام خرید این مقطع فولادی باید در نظر داشته باشید که لازم است جنس آن با نوع محل مورد استفاده، تطابق داشته باشد، دارای جوشکاری باکیفیت باشد؛ چراکه در غیر این صورت، استحکام سازهای که در آن پروفیل رومی استفاده میشود تضمین نخواهد شد، همچنین رنگآمیزی آن با بهترین کیفیت از رنگ کورهای انجام شده باشد.
سپری
سپری (T Profile) پروفیلی با مقطع باز و متشکل از جان و بالی بلند است که یا به صورت پرسی و یا به شکل فابریک ساخته میشود. سپری دارای انواع مختلفی همچون سپری متساوی الاضلاع، سپری دارای اضلاع نامساوی و سپری دارای ارتفاع زیاد میشود و در اتصال پل به ستون، در و پنجره، ساخت گاردریل، سدسازی و غیره مورد استفاده قرار میگیرد. پروفیل سپری یا از طریق نورد گرم، یا نورد سرد و یا برشکاری عرضی تیرآهن حاصل میشود.
چهارچوب ساده
چهارچوب در واقع، محل اتصال در و پنجره در ساختمان است. چهارچوب فلزی ساده ابتدایی ترین نوع چهارچوب استاین چهارچوب نسبت به انواع دیگری که پیش از این ذکر کردیم، مقاومت کمتری دارد و عمده کاربرد آن در گذشته بود.
پروفیل بسته
برخلاف پروفیل باز، در این نوع پروفیل، به هر طریقی یک حفره ایجاد میشود و سبب تولید مقطع بسته خواهد بود. ایجاد این حفره یا از طریق اتصال لبههای ورق و یا سوراخکاری شمش خواهد بود. تنوع این محصول نسبتا پایین است و انواع زیر را شامل میشود:
قوطی آهن
قوطی آهن (Steel Square Tube) دارای مقطعی بسته به شکل مربع یا مستطیل است و یا به شکل مستقیم از شکلدهی ورق بدست میآید و یا به صورت غیرمستقیم از طریق نوردکاری لوله فولادی حاصل میشود.
ورق با ضخامت 2 میلیمتر به پایین قوطی سبک یا مبلی و ورق با ضخامت 2 میلیمتر به بالا، قوطی سنگین را تولید میکند که قوطی سنگین خود دارای 2 نوع قوطی ستونی صنعتی و قوطی ستونی ساختمانی است.
ورق مورد استفاده در ساخت قوطی سبک معمولا ورق نورد سرد و در ساخت قوطی سنگین، ورق سیاه است که سبب بهبود کیفیت سطح قطعه، پایداری پیچشی و خمشی، جوشپذیری بالا و غیره میگردد.
لوله فولادی
لوله های فولادی عضو جدانشدنی صنایع حمل و نقل سیالات هستند و یا از اتصال و جوشکاری لبههای ورق به همدیگر و یا از سوراخکاری شمش فولادی ساخته میشوند. نوع اول در بازار آهن آلات لوله درزدار نامیده میشود و نوع دوم که معمولا وارداتی است، لوله بدون درز یا مانیسمان نام دارد.
پروفیلهای در و پنجره
پروفیل در و پنجره یکی از پرمصرفترین پروفیلهای مقطع بسته است که همانطور که از نام آن برمیآید، در ساخت انواع در و پنجره خانه و ساختمان مورد استفاده قرار میگیرد و دارای انواع سپری، لنگهدری و چهارچوبی میشود. این مقاطع با جنسهای مختلفی همچون آهنی، آلومینیومی، کامپوزیت و چوبی ساخته میشود که تحت تاثیر محل کاربرد آن است.
کاربردهای پروفیل فولادی در صنایع
پیش از این به هنگام معرفی انواع پروفیلهای باز و بسته، به بررسی کاربرد آنها به تفکیک پرداختیم. با این وجود قصد داریم به معرفی کلی صنایع وابسته به این مقاطع فولادی نیز بپردازیم.
- ساخت انواع سازههای بتنی همچون پلها و سدها
- ساخت بدنه و اجزای خودرو نقلیه و ماشین سنگین با نبشی و ناودانی
- حمل و نقل سیالات به کمک لوله فولادی
- ساخت انواع سوله و ساختمانهای مسکونی و تجاری با تیرآهن، پروفیل زد و سی و غیره
- لولهکشی گاز، آب و فاضلاب
- طراحی و اجرای انواع مبلمان و میز تحریر با قوطی
- اجرای سقف شیروانی با پروفیلهای آبرو
- ساخت در و پنجره ساختمان با پروفیلهای باز و بسته در و پنجره
پروفیل سبک و سنگین و تفاوت آنها
پروفیلهای فولادی طبق آنچه تا به این قسمت بررسی کنیم، اکثرا حاصل نوردکاری ورق هستند. در صورتی که ورق مورد استفاده در ساخت پروفیلها ضخامت 2 میلیمتر و کمتر از آن داشته باشد، از نوع سبک و چنانچه این ضخامت بیش از 2 میلیمتر باشد، سنگین خواهد بود.
ذکر این نکته نیز حائز اهمیت است که پروفیل سبک و سنگین بیشتر برای قوطی آهن کاربرد دارد؛ تا جایی که در بازار آهن آلات برای قوطی آهن سبک نام دیگری تحت عنوان پروفیل مبلی نیز در نظر گرفته شده است.
این موضوع از آن جایی نشات میگیرد که تفاوت ساختاری و کاربردی میان این دو مقطع فولادی به میزان فاحشی زیاد است. در این حین معمولا انتظار میرود قیمت پروفیلهایی که با ضخامت بیشتری ساخته میشوند و به عبارتی سنگین هستند، بیشتر باشد؛ این در حالی است که پیچیدگیهای تولید پروفیل سبک منجر به آن میشود که در بازار آهن با قیمت بیشتری عرضه شوند. به بیان بهتر، بهای اضافهای که میپردازیم، نه هزینه مواد، بلکه هزینه پروسه تولید پیچیدهتر و ظرافت ساختاری بیشتر است.
پروفیل صنعتی و پروفیل ساختمانی
هنگامی که صحبت از پروفیل صنعتی و ساختمانی میشود، در حقیقت از قوطی سنگین صحبت میکنیم؛ چراکه این دو مقطع از انواع قوطیهای آهنی سنگین به حساب میآیند. نوع ساختمانی در مقایسه با صنعتی، با ضخامت کمتری (2 تا 6 میلیمتر) ساخته میشود و معمولا در تولید آن ورق روغنی بکار میرود.
دسته صنعتی اما، با ضخامت بیش از 6 میلیمتر و با ورق سیاه تولید میگردد؛ به همین خاطر دارای استحکام قابل توجه و دارای پایداری پیچشی بالایی است. قوطی ساختمانی معمولا در سازههای سبکتر و قوطی صنعتی غالبا در مواردی استفاده میشود که نیاز به استحکام بیشتری وجود داشته باشد.
تفاوت پروفیل صنعتی و ساختمانی
تفاوتهای پروفیل صنعتی و ساختمانی که سبب ایجاد تمایز میان این دو میگردد، شامل موارد زیر میشود:
- تفاوت در میزان ضخامت
- نوع ورق مورد استفاده در تولید
- متفاوت در اندازه طول شاخه
- نوع کاربرد و استفاده آنها
روش های تولید پروفیل
روش تولید تا حد زیادی تحت تاثیر نوع آن است؛ چراکه نمیتوان همواره از یک روش ثابت برای ساخت مقاطع فولادی مختلف استفاده نمود. به عنوان مثال هنگامی که هدف ساخت پروفیلهایی با ضخامت بالا باشد، از نورد گرم و هنگامی که هدف تولید مقاطع فولادی با ظرافت بالا باشد، نورد سرد بکار گرفته میشود.
نورد گرم
نورد گرم اولین روش تولید پروفیلهای فولادی است. این روش همانطور که پیشتر اشاره کردیم، برای تولید مقاطع با ضخامت بالا کاربرد بسیاری دارد. به عنوان مثال از این روش برای تولید سپری، تیرآهن، ناودانی استفاده میشود.
مراحل تولید در این روش به این ترتیب است که شمش فولادی ابتدا در کورههای حرارتی با دمای بسیار بالا قرار داده میشود تا انعطافپذیری و شکلگیری آنها افزایش پیدا کند. پس از این مرحله، شمش فولادی به کمک عبور چند مرحلهای غلتک، تغییر شکل پیدا میکند و همگام با کاهش ضخامت، به عرض و طول آن افزوده میشود.
پس از آن، شمش در قالبهای از پیش ساخته شده قرار داده میشود و فُرم پروفیل نهایی را به خود میگیرد. در نهایت خنککاری پروفیل تولید شده انجام میپذیرد. این روش در عین آنکه مقاومت بالایی را به پروفیل میبخشد، به علت قرارگیری در معرض حرارت بالا، میتواند خواص مکانیکی فلز را نیز تغییر دهد.
علاوه بر پروفیلهای نام برده، نورد گرم برای تولید لوله فولادی نیز کاربرد دارد. کاربرد نورد گرم برای این مقطع فولادی به هنگامی است که قصد داشته باشیم لوله را به شکل بدون درز و یا مانیسمان تولید نماییم. برای این منظور از روشهای آسیاب سنبه یا اکستروژن و به کمک سنبه سوراخ کننده، درون شمش فولادی سوراخکاری میشود.عدم وجود درز در این لوله فولادی، سبب آن میشود که به مقاومت قابل توجهی دست پیدا کنیم و از بابت نشتی مواد، اطمینان حاصل نماییم. به جهت مزایا و پیچیدگیهای تولید لوله با این روش، قیمت آن نیز نسبت به نوع درزدار بیشتر است.
نورد سرد
نورد سرد روش دیگری است که برای تولید بسیاری از مقاطع فولادی مورد استفاده قرار میگیرد. اگرچه ذکر این نکته خالی از لطف نیست که هیچ محصولی کاملا تحت فرآیند نورد سرد تشکیل نمیشود؛ چراکه طی پروسه تولید مقاطع فولادی با این روش، ورق آهنی مورد استفاده قرار میگیرد که ورق خود از نورد گرم حاصل میشود.
به عبارت دیگر، محصولات یا از نورد گرم بدست میآیند و یا محصول مشترکی از نورد سرد و گرم هستند. نورد سرد به علت ظرافت و استحکام بالایی که به مقاطع میبخشد، مورد استفاده بسیاری کارخانهها و صنایع قرار میگیرد.
در این روش ورق فولادی به کمک غلتک فرمدهی و یا قالبهای از پیش ساخته، شکل انواع پروفیلها را به خود میگیرد و به علت آنکه فرآیند آن در دمای اتاق انجام میشود، خواص مکانیکی فلز از دست نمیرود. همچنین برای تولید قوطی آهن و لوله فولادی به روش نورد سرد، لبههای ورق را به همدیگر میرسانند و جوشکاری انجام میدهد. در بعضی مواقع، به جای ساخت مستقیم قوطی از ورق، با فرمدهی لوله به شکل قوطی میرسند.
پروفیلها امروزه با نقش مهم خود در صنایع ساختمان سازی، پتروشیمی، خودروسازی و … به یکی از اجزای جدانشدنی زندگیها تبدیل شدهاند. انواع باز و بسته اصلیترین نوع دستهبندی این محصول به حساب میآیند و طیف گستردهای از مقاطع همچون پروفیل زد، قوطی، لوله، پروفیل آبرو، پروفیل در و پنجره را شامل میشوند. آلیاژ فولاد با برخورداری از استحکام بالا و انعطافپذیری در طراحی و تولید، جایگاه مهمی را در صنایع مختلف به خود اختصاص داده است.