بروتوكولات الاختبار المختلفة (برينل ، روكويل ، فيكرز) لها إجراءات خاصة بالمشروع قيد الاختبار. اختبار Rockwell T مناسب لفحص أنابيب الجدار الخفيف عن طريق قطع الأنبوب بالطول واختبار الجدار من القطر الداخلي بدلاً من القطر الخارجي.
يشبه طلب الأنابيب إلى حد ما الذهاب إلى وكالة لبيع السيارات وطلب سيارة أو شاحنة ، واليوم ، تتيح الخيارات العديدة المتاحة للمشترين تخصيص السيارة بعدة طرق - الألوان الداخلية والخارجية ، وحزم الزخرفة الداخلية ، وخيارات التصميم الخارجي ، وخيارات مجموعة نقل الحركة ، ونظام الصوت الذي ينافس تقريبًا نظام الترفيه المنزلي ، نظرًا لكل هذه الخيارات ، قد لا تكون راضيًا عن سيارة عادية بدون زخرفة.
الأنابيب الفولاذية ليست سوى ذلك ، فهي تحتوي على آلاف الخيارات أو المواصفات ، بالإضافة إلى الأبعاد ، تسرد المواصفات الخصائص الكيميائية والعديد من الخصائص الميكانيكية مثل الحد الأدنى من مقاومة الخضوع (MYS) ، وقوة الشد القصوى (UTS) ، والحد الأدنى من الاستطالة قبل الفشل. ومع ذلك ، يستخدم العديد في الصناعة - المهندسين ووكلاء الشراء والمصنعين - اختصارات الصناعة المقبولة التي تتطلب استخدام أنبوب ملحوم "عادي" وتحديد خاصية واحدة فقط:
حاول أن تطلب سيارة بخاصية واحدة ("أحتاج سيارة ذات ناقل حركة أوتوماتيكي") ولن تبتعد كثيرًا مع بائع. يجب أن يملأ نموذج طلب بالعديد من الخيارات. الأنابيب هي فقط - من أجل الحصول على الأنبوب المناسب للتطبيق ، تحتاج الشركة المصنعة للأنابيب إلى معلومات أكثر من مجرد صلابة.
كيف تصبح الصلابة بديلاً معترفًا به للخصائص الميكانيكية الأخرى؟ ربما بدأت مع منتج الأنابيب ، نظرًا لأن اختبار الصلابة سريع وسهل ويتطلب معدات غير مكلفة نسبيًا ، فغالبًا ما يستخدم مندوبو مبيعات الأنابيب اختبار الصلابة لمقارنة أنبوبين ، ولإجراء اختبار الصلابة ، كل ما يحتاجون إليه هو طول سلس للأنبوب وحامل اختبار.
ترتبط صلابة الأنبوب جيدًا مع UTS ، وكقاعدة عامة ، فإن النسب المئوية أو نطاقات النسبة المئوية مفيدة في تقدير MYS ، لذلك من السهل معرفة كيف يمكن أن يكون اختبار الصلابة بمثابة وكيل مناسب لخصائص أخرى.
أيضًا ، الاختبارات الأخرى معقدة نسبيًا ، فبينما يستغرق اختبار الصلابة دقيقة واحدة فقط أو ما إلى ذلك على جهاز واحد ، يتطلب اختبار MYS و UTS واختبار الاستطالة تحضير العينة واستثمارًا كبيرًا في معدات المختبرات الكبيرة ، وعلى سبيل المقارنة ، يستغرق مشغل مطحنة الأنبوب ثوانٍ لإجراء اختبار الصلابة وساعات لفني المعادن المحترف لإجراء اختبار الشد ، وليس من الصعب إجراء فحص الصلابة.
هذا لا يعني أن مصنعي الأنابيب المهندسة لا يستخدمون اختبار الصلابة ، فمن الآمن أن نقول إن معظم الناس يفعلون ذلك ، ولكن نظرًا لأنهم يقومون بتقييم قابلية التكرار وقابلية التكرار على جميع معدات الاختبار الخاصة بهم ، فإنهم يدركون جيدًا قيود الاختبار ، ويستخدم معظمهم تقييم صلابة الأنبوب كجزء من عملية الإنتاج ، لكنهم لا يستخدمونه لتحديد خصائص الأنبوب ، هذا مجرد اختبار ناجح / فشل.
لماذا تحتاج إلى معرفة معلومات حول MYS و UTS والحد الأدنى من الاستطالة؟
MYS هي القوة الدنيا التي تسبب تشوهًا دائمًا للمادة ، إذا حاولت ثني سلكًا مستقيمًا (مثل علاقة الملابس) قليلاً وحررت الضغط ، فسيحدث أحد أمرين: سيعود إلى حالته الأصلية (مستقيم) أو سيظل مثنيًا ، إذا كان لا يزال مستقيماً ، فأنت لم تتخطى MYS ، وإذا كان لا يزال منحنيًا ، فقد تجاوزته.
الآن ، استخدم كماشة مثبتة على طرفي السلك. إذا كنت تستطيع تمزيق السلك إلى قطعتين ، فأنت فوق UTS. UTS.
تحتاج عينات الصور المجهرية الفولاذية إلى قطعها وصقلها وحفرها باستخدام محلول حمضي معتدل (عادة حمض النيتريك والكحول (نيترويثانول)) لجعل الحبوب مرئية ، ويستخدم التكبير بمعدل 100 مرة بشكل شائع لفحص حبيبات الصلب وتحديد حجم الحبوب.
الصلابة هي اختبار لكيفية استجابة المادة للتأثير ، تخيل وضع قطعة قصيرة من الأنبوب في ملزمة ذات فكوك مسننة وقلب الملزمة لإغلاقها ، بالإضافة إلى تسطيح الأنبوب ، تترك فكوك الملزمة أيضًا فجوات على سطح الأنبوب.
هذه هي الطريقة التي يعمل بها اختبار الصلابة ، لكنه ليس بهذه الخشونة ، هذا الاختبار له حجم تأثير مضبوط وضغط متحكم فيه ، هذه القوى تشوه السطح ، مما يؤدي إلى إحداث فجوة أو فجوة ، ويحدد حجم أو عمق المسافة البادئة صلابة المعدن.
لتقييم الصلب ، اختبارات الصلابة الشائعة هي Brinell و Vickers و Rockwell ، ولكل منها مقياسه الخاص ، وبعضها له طرق اختبار متعددة ، مثل Rockwell A و B و C بالنسبة للأنابيب الفولاذية ، تشير مواصفة ASTM A513 إلى اختبار Rockwell B (يُختصر بـ HRB أو RB) ، ويقيس اختبار Rockwell B الفرق في اختراق الحمل الأساسي للصلب بقطر قياسي يبلغ 1⁄16 كجم. هو HRB 60.
يعرف علماء المواد أن الصلابة مرتبطة خطيًا بـ UTS ، لذلك ، يمكن أن تتنبأ صلابة معينة بـ UTS ، وبالمثل ، يعرف مصنعو الأنابيب أن MYS و UTS مرتبطان ببعضهما البعض ، بالنسبة للأنابيب الملحومة ، عادةً ما يكون MYS 70٪ إلى 85٪ من UTS ، ويعتمد المقدار الدقيق على عملية صنع الأنبوب ، وتعتمد صلابة HRB 60 على UTS من 60،000 رطل لكل بوصة مربعة (PSS) و 48،000 رطل لكل بوصة مربعة.
أكثر مواصفات الأنابيب شيوعًا في التصنيع العام هي الصلابة القصوى ، فبالإضافة إلى الحجم ، كان المهندس مهتمًا بتحديد أنبوب ملحوم كهربائي ملحوم (ERW) ضمن نطاق عمل جيد ، مما قد ينتج عنه صلابة قصوى من الممكن أن تجد HRB 60 طريقها إلى رسم المكونات ، وهذا القرار وحده يؤدي إلى مجموعة من الخصائص الميكانيكية النهائية ، بما في ذلك الصلابة نفسها.
أولاً ، صلابة HRB 60 لا تخبرنا كثيرًا ، قراءة HRB 60 هي رقم بدون أبعاد ، المادة التي تم تقييمها باستخدام HRB 59 هي أكثر ليونة من المواد التي تم اختبارها باستخدام HRB 60 ، و HRB 61 أصعب من HRB 60 ، ولكن بكمية لا يمكن قياسها مثل الحجم (يقاس بالديسيبل) ، وعزم الدوران (يقاس بالرطل-قدم) ، والسرعة (لا تقاس بالمسافة بالنسبة للوقت). هي خاصية للمادة ، ولكنها ليست خاصية مادية ، ثانيًا ، اختبار الصلابة غير مناسب للتكرار أو التكاثر ، وتقييم موقعين في عينة الاختبار ، حتى لو كانت مواقع الاختبار قريبة من بعضها البعض ، غالبًا ما يؤدي إلى تباين كبير في قراءات الصلابة ، وتكوين هذه المشكلة هو طبيعة الاختبار ، وبعد قياس الموضع ، لا يمكن قياس إمكانية التكرار.
هذا لا يعني أن اختبار الصلابة غير مريح ، فهو في الواقع يوفر دليلًا جيدًا لـ UTS للمادة ، وهو اختبار سريع وسهل الأداء ، ومع ذلك ، يجب أن يكون كل من يشارك في تحديد الأنابيب وشرائها وتصنيعها على دراية بقيودها كمعامل اختبار.
نظرًا لعدم تحديد الأنابيب "العادية" بشكل جيد ، عند الحاجة ، غالبًا ما تقوم الشركات المصنعة للأنابيب بتضييقها إلى النوعين الأكثر شيوعًا من الأنابيب الفولاذية والأنابيب المحددة في ASTM A513: 1008 و 1010. حتى بعد التخلص من جميع أنواع الأنابيب الأخرى ، فإن الاحتمالات من حيث الخصائص الميكانيكية لهذين النوعين من الأنابيب مفتوحة على مصراعيها. في الواقع ، تتمتع هذه الأنواع من الأنابيب بأوسع نطاق من الخصائص الميكانيكية من أي نوع.
على سبيل المثال ، يوصف الأنبوب بأنه ناعم إذا كان MYS منخفضًا والاستطالة عالية ، مما يعني أنه يعمل بشكل أفضل في الشد والانحراف والتثبيت من الأنبوب الموصوف بأنه صلب ، والذي يحتوي على MYS مرتفع نسبيًا واستطالة منخفضة نسبيًا.
الاستطالة نفسها هي عامل آخر له تأثير كبير على تطبيقات الأنابيب الحرجة ، حيث يمكن للأنابيب ذات الاستطالة العالية أن تتحمل قوى الشد ؛المواد ذات الاستطالة المنخفضة أكثر هشاشة وبالتالي أكثر عرضة للإخفاقات الكارثية من نوع التعب. ومع ذلك ، فإن الاستطالة لا ترتبط مباشرة بـ UTS ، وهي الخاصية الميكانيكية الوحيدة المرتبطة مباشرة بالصلابة.
لماذا تختلف الخواص الميكانيكية للأنابيب كثيرًا ، أولاً ، التركيب الكيميائي مختلف ، الفولاذ عبارة عن محلول صلب من الحديد والكربون وسبائك مهمة أخرى ، وللبساطة ، سنتعامل فقط مع نسب الكربون هنا ، حيث تحل ذرات الكربون محل بعض ذرات الحديد ، وتشكل الهيكل البلوري للصلب. يحدد 1010 محتوى كربون بين 0.08٪ و 0.13٪ هذه الاختلافات لا تبدو ضخمة ، لكنها كبيرة بما يكفي لإحداث فرق كبير في مكان آخر.
ثانيًا ، يمكن تصنيع أو تصنيع الأنبوب الفولاذي ثم معالجته في سبع عمليات تصنيع مختلفة.
إذا لم يكن للتركيب الكيميائي للصلب وخطوات تصنيع الأنبوب أي تأثير على صلابة الفولاذ ، فما هو؟ الإجابة على هذا السؤال تعني التملص في التفاصيل ، وهذا السؤال يطرح سؤالين آخرين: ما التفاصيل ، وإلى أي مدى؟
إن التفاصيل حول الحبيبات التي يتكون منها الفولاذ هي الإجابة الأولى ، فعندما يتم تصنيع الفولاذ في مصنع أساسي للصلب ، فإنه لا يبرد إلى كتلة ضخمة بميزة واحدة ، وعندما يبرد الفولاذ ، تنظم جزيئات الفولاذ في أنماط متكررة (بلورات) ، على غرار كيفية تشكل رقاقات الثلج ، وبعد تشكل البلورات ، تتجمع في مجموعات تسمى الحبوب ، ومع تقدم التبريد ، تتوقف الحبيبات عن النمو وتتشكل الحبيبات ، وتتوقف الحبيبات عن النمو وتشكل الحبيبات. يحدث هذا على المستوى المجهري لأن متوسط ​​حجم الحبوب الفولاذية يبلغ عرضه حوالي 64 أو 0.0025 بوصة ، وبينما تتشابه كل حبة مع التي تليها ، فإنها تختلف اختلافًا طفيفًا في الحجم والاتجاه ومحتوى الكربون ، وتسمى الواجهة بين الحبوب حدود الحبوب ، وعندما يفشل الفولاذ ، على سبيل المثال بسبب شقوق التعب ، فإنه يميل إلى الفشل على طول حدود الحبوب.
إلى أي مدى يجب أن تنظر لترى حبيبات يمكن تمييزها ، يكفي تكبير 100 ضعف ، أو رؤية بشرية 100 مرة ، ومع ذلك ، فإن مجرد النظر إلى الفولاذ غير المعالج بمئة مرة من القوة لا يكشف كثيرًا ، ويتم تحضير العينة عن طريق تلميع العينة وحفر السطح بحمض (عادةً حمض النيتريك والكحول) يسمى خائن نيترويثانول.
إن الحبيبات وشبكتها الداخلية هي التي تحدد قوة التأثير ، MYS ، UTS والاستطالة التي يمكن أن يتحملها الفولاذ قبل الفشل.
تعمل خطوات صناعة الصلب ، مثل درفلة الشريط على الساخن والبارد ، على الضغط على هيكل الحبوب ؛إذا غيرت شكلها بشكل دائم ، فهذا يعني أن الضغط يشوه الحبيبات. خطوات المعالجة الأخرى ، مثل لف الفولاذ في لفائف ، وفكه ، وتشويه الحبيبات الفولاذية من خلال مطحنة الأنبوب (لتشكيل وحجم الأنبوب) ، كما أن السحب البارد للأنبوب على المغزل يضغط على المادة ، كما تفعل خطوات التصنيع مثل تشكيل النهاية والانحناء ، وتسمى التغييرات في هيكل الحبوب.
تستنفد الخطوات المذكورة أعلاه ليونة الفولاذ ، وهي قدرته على تحمل إجهاد الشد (فتح الشد) ، حيث يصبح الفولاذ هشًا ، مما يعني أنه من المرجح أن ينكسر إذا واصلت العمل عليه ، والاستطالة هي أحد مكونات الليونة (الانضغاط هو عنصر آخر) ، ومن المهم أن نفهم أن الفشل يحدث غالبًا أثناء إجهاد الشد ، وليس بسبب الانضغاط. الإجهاد - هو مطيل - وهي ميزة.
تتمتع الخرسانة بقوة ضغط عالية ولكن ليونة منخفضة مقارنة بالخرسانة ، وهذه الخصائص معاكسة لخصائص الفولاذ ، ولهذا السبب غالبًا ما يتم تزويد الخرسانة المستخدمة في الطرق والمباني والأرصفة بحديد التسليح ، والنتيجة منتج يتمتع بقوة مادتين: تحت الشد ، يكون الفولاذ قويًا ، وتحت الضغط ، الخرسانة.
أثناء العمل على البارد ، حيث تقل ليونة الفولاذ ، تزداد صلابته ، أي أنه سيتصلب ، وقد يكون هذا مفيدًا حسب الموقف ؛ومع ذلك ، قد يكون هذا عيبًا لأن الصلابة تعادل الهشاشة ، أي عندما يصبح الفولاذ أكثر صلابة ، يصبح أقل مرونة ؛لذلك ، من المرجح أن تفشل.
بعبارة أخرى ، تستهلك كل خطوة من خطوات العملية بعضًا من ليونة الأنبوب ، وتصبح أكثر صعوبة مع عمل الجزء ، وإذا كان صعبًا جدًا فهو عديم الفائدة أساسًا ، والصلابة هي هشاشة ، ومن المحتمل أن يفشل الأنبوب الهش عند استخدامه.
هل لدى الشركة المصنعة أي خيارات في هذه الحالة ، باختصار ، نعم ، هذا الخيار صلب ، وعلى الرغم من أنه ليس سحريًا تمامًا ، إلا أنه أقرب إلى السحر الذي يمكنك الحصول عليه.
وفقًا للمصطلحات العامة ، يزيل التلدين جميع آثار الإجهاد البدني على المعدن ، وتؤدي هذه العملية إلى تسخين المعدن إلى درجة حرارة تخفيف الضغط أو إعادة التبلور ، وبالتالي القضاء على الاضطرابات ، واعتمادًا على درجة الحرارة والوقت المحددين المستخدمين في عملية التلدين ، فإن العملية تستعيد بالتالي بعض أو كل ليونة المعدن.
يؤدي التلدين والتبريد المتحكم فيه إلى تعزيز نمو الحبوب ، وهذا مفيد إذا كان الهدف هو تقليل هشاشة المادة ، ولكن نمو الحبوب غير المنضبط يمكن أن يخفف المعدن كثيرًا ، مما يجعله غير قابل للاستخدام للاستخدام المقصود ، كما أن إيقاف عملية التلدين هو شيء آخر شبه سحري.
هل يجب أن نتخلى عن مواصفات الصلابة؟ لا ، خصائص الصلابة ذات قيمة في المقام الأول كنقطة مرجعية عند تحديد الأنابيب الفولاذية. مقياس مفيد ، الصلابة هي واحدة من العديد من الخصائص التي يجب تحديدها عند طلب المواد الأنبوبية وفحصها عند الاستلام (ويجب تسجيلها مع كل شحنة) ، عندما يكون فحص الصلابة هو معيار الفحص ، يجب أن يكون لها قيم مقياس ونطاقات تحكم مناسبة.
ومع ذلك ، فهو ليس اختبارًا حقيقيًا لتأهيل (قبول أو رفض) المواد. بالإضافة إلى الصلابة ، يجب على الشركات المصنعة اختبار الشحنات من حين لآخر لتحديد الخصائص الأخرى ذات الصلة ، مثل MYS أو UTS أو الحد الأدنى من الاستطالة ، اعتمادًا على تطبيق الأنبوب.
Wynn H. Kearns is responsible for regional sales for Indiana Tube Corp., 2100 Lexington Road, Evansville, IN 47720, 812-424-9028, wkearns@indianatube.com, www.indianatube.com.
أصبحت مجلة Tube & Pipe Journal أول مجلة مخصصة لخدمة صناعة الأنابيب المعدنية في عام 1990 ، ولا تزال اليوم هي المطبوعة الوحيدة في أمريكا الشمالية المخصصة لهذه الصناعة وأصبحت المصدر الأكثر موثوقية للمعلومات لمحترفي الأنابيب.
الآن مع الوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من The FABRICATOR ، سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبح الإصدار الرقمي من The Tube & Pipe Journal متاحًا بشكل كامل الآن ، مما يوفر وصولاً سهلاً إلى موارد الصناعة القيمة.
استمتع بالوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من مجلة STAMPING Journal ، والتي توفر أحدث التطورات التكنولوجية وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
تمتع بالوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من تقرير Additive لمعرفة كيفية استخدام التصنيع الإضافي لتحسين الكفاءة التشغيلية وزيادة الأرباح.
الآن مع الوصول الكامل إلى النسخة الرقمية من The Fabricator en Español ، سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.