ما هو المقطع المجوف الدائري (CHS)؟

في مجال البناء الهندسي الحديث وتصنيع الآلات، تلعب مادةٌ بسيطةٌ ظاهريًا، لكنها بالغة الأهمية، وهي المقطع الدائري المجوف (CHS)، دورًا لا غنى عنه. سواءً كان هيكل ناطحة سحاب، أو دعامة جسر بحري، أو هيكل سيارة، فإن المقطع الدائري المجوف (CHS)، بتصميمه الفريد، يُوازن تمامًا بين المتطلبين الأساسيين: خفة الوزن والقوة العالية.

فهم المقطع الدائري المجوف (CHS): الأساسيات

يشير المقطع الدائري المجوف (CHS) إلى أنابيب فولاذية ذات مقطع عرضي دائري تمامًا ومركز مجوف. وهو ينتمي إلى عائلة المقاطع الهيكلية المجوفة (HSS) الأوسع، والتي تشمل أيضًا الأشكال المربعة (SHS) والمستطيلة (RHS). عادةً ما يُصنع المقطع الدائري المجوف (CHS) باستخدام الفولاذ الطري، أو الفولاذ الكربوني، أو الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتوفر بمجموعة واسعة من الأقطار وسمك الجدران. يتيح ذلك للمهندسين والمصنعين اختيار الحجم الأنسب وفقًا للمتطلبات الهيكلية أو الجمالية للمشروع.

المعايير المشتركة:
ASTM A500 / A501 (أمريكا الشمالية)
EN 10210 / EN 10219 (أوروبا)
AS/NZS 1163 (أستراليا ونيوزيلندا)
تضمن هذه المعايير ثبات الجودة، والقوة الميكانيكية، ودقة الأبعاد.

خصائص مكونات المواد للمقاطع الدائرية المجوفة (CHS)

Chemical Requirements
Element	Composition, %
	Grades A, B, and D		Grade C
	Heat Analysis	Product Analysis	Heat Analysis	Product Analysis
Carbon, max A	0.26	0.3	0.23	0.27
Manganese, max A	1.35	1.4	1.35	1.4
Phosphorus, max	0.035	0.045	0.035	0.045
Sulfur, max	0.035	0.045	0.035	0.045
Copper, min B	0.2	0.18	0.2	0.18

كيفية تصنيع أنابيب CHS
تعتمد عملية التصنيع على ما إذا كانت أنابيب CHS ملحومة أو غير ملحومة.
تُصنع أنابيب CHS غير الملحومة عن طريق ثقب كتلة فولاذية مستديرة صلبة وتمديدها على شكل أنبوب من خلال الدرفلة على الساخن.
الميزة: تجانس ممتاز، مثالي لتطبيقات الضغط العالي.
تُصنع أنابيب CHS الملحومة (الأكثر شيوعًا واقتصادًا) من صفائح أو لفائف فولاذية تُلف على شكل دائري، ثم تُوصل باستخدام اللحام بالمقاومة الكهربائية (ERW) أو اللحام بالقوس المغمور (SAW).
الميزة: اقتصادية، تحكم جيد في الأبعاد، ومتوفرة على نطاق واسع.
بعد التشكيل، غالبًا ما تخضع أنابيب CHS لمعالجات سطحية مثل الجلفنة أو الطلاء أو الطلاء بالمسحوق لتعزيز مقاومة التآكل والمظهر.

يُعد الدرفلة على الساخن إحدى الطرق الرئيسية لإنتاج أنابيب CHS. تتضمن العملية تسخين كتلة فولاذية إلى حوالي 1200 درجة مئوية، ثم تشكيلها في مقطع عرضي دائري من خلال سلسلة من البكرات، يليها التبريد وتحديد الحجم. تتميز أعمدة CHS المدرفلة على الساخن بسماكة جدار موحدة، وثبات أبعادي، وانخفاض في الإجهاد المتبقي، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للهياكل الإنشائية الكبيرة والآلات الثقيلة. وقد أظهرت الأبحاث أن أعمدة CHS المدرفلة على الساخن بدون لحامات تتميز بمقاومة ممتازة للانبعاج تحت الضغط المحوري، مما يجعلها مثالية لأعمدة المباني الشاهقة.

في المقابل، تُعالج عملية الدرفلة على البارد الفولاذ في درجة حرارة الغرفة وتُطبق ضغطًا أكبر لتشكيله. تُنتج هذه الطريقة CHS بسطح أملس ودقة أبعاد فائقة، ولكنها تُنتج أيضًا إجهادًا متبقيًا داخليًا مرتفعًا نسبيًا. تُستخدم CHS المدرفلة على البارد بشكل شائع في الأجزاء الميكانيكية والأنابيب الزخرفية التي تتطلب أبعادًا دقيقة. ومن المثير للاهتمام أن عملية الدرفلة على البارد تزيد أيضًا من قوة وصلابة الفولاذ، وهي ظاهرة تُعرف باسم "التصلب بالشغل".

للتطبيقات الأكثر تطلبًا، مثل أنابيب النفط والغاز عالية الضغط، تُعدّ تقنية أنابيب الفولاذ غير الملحومة أكثر ملاءمة. تُزيل هذه التقنية نقاط الضعف المحتملة في اللحامات عن طريق ثقب كتلة فولاذية صلبة ثم سحبها إلى أنبوب. تُظهر البيانات التجريبية أن مقاطع الفولاذ الدائرية المجوفة (CHS) تتميز بقوة وثبات أكبر تحت ضغط محوري منتظم، خاصةً عند تعرضها لضغط داخلي، حيث يوفر الهيكل غير الملحوم ضمانًا أكثر موثوقية للسلامة.

بالإضافة إلى العمليات الأساسية المذكورة أعلاه، يتضمن إنتاج مقاطع الفولاذ الدائرية المجوفة الحديثة خطوات لاحقة مثل المعالجة الحرارية، ومعالجة الأسطح، والطلاء المضاد للتآكل، وذلك لتعزيز الأداء العام للمنتج. على سبيل المثال، يمكن للجلفنة بالغمس الساخن أن توفر لمقاطع الفولاذ الدائرية المجوفة عقودًا من الحماية من التآكل، مما يطيل عمر خدمتها بشكل كبير في البيئات القاسية.

التطبيقات الرئيسية لأنابيب CHS الهيكلية

تحظى مقاطع الفولاذ الدائرية المجوفة (CHS) بشعبية كبيرة في مختلف الصناعات نظرًا لخفة وزنها ومتانتها وجاذبيتها الجمالية وسهولة تصنيعها.

1. البناء والبنية التحتية

تُستخدم مقاطع الفولاذ الدائرية المجوفة بشكل شائع في المباني، مثل المباني الشاهقة والجسور والملاعب والمطارات. يُقلل وزنها الخفيف ومتانتها العالية من استخدام المواد وتكاليف البناء. كما يُضفي شكلها الدائري على المبنى مظهرًا أكثر حداثة. تستخدم العديد من الجسور والأبراج أيضًا مادة CHS، التي تتميز بمتانتها، كما تسمح بإخفاء الكابلات والأنابيب داخل القسم المجوف، مما ينتج عنه هيكل أنظف.


2. النقل والتصنيع


تُستخدم مادة CHS في المركبات مثل السيارات ومترو الأنفاق والقطارات والسفن. استخدامها في هياكل السيارات والهياكل يُقلل الوزن، ويوفر الوقود، ويُعزز السلامة.


3. الآلات والطاقة


تُستخدم مادة CHS أيضًا في الآلات والمعدات، والروبوتات، وأبراج توربينات الرياح، والألواح الشمسية، وأنابيب النفط. متانتها، ومقاومتها للتآكل، ومقاومة الرياح تجعلها مادة أساسية في تصنيع معدات الطاقة الحديثة.