Διάφορα πρωτόκολλα δοκιμών (Brinell, Rockwell, Vickers) έχουν διαδικασίες ειδικές για το υπό δοκιμή έργο. Η δοκιμή Rockwell T είναι κατάλληλη για επιθεώρηση σωλήνων ελαφρού τοιχώματος κόβοντας το σωλήνα κατά μήκος και δοκιμάζοντας τον τοίχο από την εσωτερική διάμετρο και όχι από την εξωτερική διάμετρο.
Η παραγγελία ενός σωλήνα είναι λίγο σαν να πηγαίνετε σε μια αντιπροσωπεία αυτοκινήτων και να παραγγείλετε ένα αυτοκίνητο ή φορτηγό. Σήμερα, οι πολλές διαθέσιμες επιλογές επιτρέπουν στους αγοραστές να προσαρμόσουν το όχημα με διάφορους τρόπους - χρώματα εσωτερικού και εξωτερικού, πακέτα εσωτερικής επένδυσης, επιλογές εξωτερικού στυλ, επιλογές κινητήρων και ηχοσύστημα που σχεδόν ανταγωνίζεται ένα σύστημα οικιακής ψυχαγωγίας.
Οι χαλύβδινοι σωλήνες είναι ακριβώς αυτό. Έχει χιλιάδες επιλογές ή προδιαγραφές. Εκτός από τις διαστάσεις, η προδιαγραφή παραθέτει χημικές και πολλές μηχανικές ιδιότητες όπως ελάχιστη αντοχή διαρροής (MYS), τελική αντοχή σε εφελκυσμό (UTS) και ελάχιστη επιμήκυνση πριν από την αστοχία. istic: σκληρότητα.
Δοκιμάστε να παραγγείλετε ένα αυτοκίνητο με ένα μόνο χαρακτηριστικό ("Χρειάζομαι ένα αυτοκίνητο με αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων") και δεν θα πάτε πολύ μακριά με έναν πωλητή. Πρέπει να συμπληρώσει μια φόρμα παραγγελίας με πολλές επιλογές. Το Pipe είναι ακριβώς αυτό – για να πάρει τον σωστό σωλήνα για την εφαρμογή, ο κατασκευαστής σωλήνων χρειάζεται περισσότερες πληροφορίες από τη σκληρότητα.
Πώς η σκληρότητα γίνεται αναγνωρισμένο υποκατάστατο άλλων μηχανικών ιδιοτήτων; Πιθανότατα ξεκίνησε με έναν κατασκευαστή σωλήνων. Επειδή η δοκιμή σκληρότητας είναι γρήγορη, εύκολη και απαιτεί σχετικά φθηνό εξοπλισμό, οι πωλητές σωλήνων συχνά χρησιμοποιούν δοκιμές σκληρότητας για να συγκρίνουν δύο σωλήνες. Για να εκτελέσουν μια δοκιμή σκληρότητας, το μόνο που χρειάζονται είναι ένα λείο μήκος σωλήνα και μια βάση δοκιμής.
Η σκληρότητα του σωλήνα συσχετίζεται καλά με το UTS και, κατά κανόνα, τα ποσοστά ή οι ποσοστιαίες περιοχές είναι χρήσιμα για την εκτίμηση του MYS, επομένως είναι εύκολο να δούμε πώς η δοκιμή σκληρότητας μπορεί να είναι κατάλληλος μεσολάβηση για άλλες ιδιότητες.
Επίσης, άλλες δοκιμές είναι σχετικά πολύπλοκες. Ενώ η δοκιμή σκληρότητας διαρκεί μόνο ένα λεπτό περίπου σε ένα μόνο μηχάνημα, η δοκιμή MYS, UTS και επιμήκυνσης απαιτεί προετοιμασία δείγματος και σημαντική επένδυση σε μεγάλο εργαστηριακό εξοπλισμό. Ως σύγκριση, χρειάζονται δευτερόλεπτα για έναν χειριστή σωληνοτριβείων για να εκτελέσει μια δοκιμή σκληρότητας και ώρες για έναν επαγγελματία μεταλλουργό τεχνικό για να πραγματοποιήσει μια δοκιμή σκληρότητας.
Αυτό δεν σημαίνει ότι οι κατασκευαστές μηχανικών σωλήνων δεν χρησιμοποιούν δοκιμές σκληρότητας. Είναι ασφαλές να πούμε ότι οι περισσότεροι άνθρωποι κάνουν, αλλά επειδή κάνουν αξιολογήσεις επαναληψιμότητας και αναπαραγωγιμότητας μετρητή σε όλο τον εξοπλισμό δοκιμής τους, γνωρίζουν καλά τους περιορισμούς της δοκιμής. Οι περισσότεροι χρησιμοποιούν την αξιολόγηση σκληρότητας σωλήνων ως μέρος της διαδικασίας παραγωγής, αλλά δεν τη χρησιμοποιούν για να ποσοτικοποιήσουν τις ιδιότητες επιτυχίας του σωλήνα.
Γιατί πρέπει να γνωρίζετε για το MYS, το UTS και την ελάχιστη επιμήκυνση; Υποδεικνύουν πώς θα συμπεριφέρεται ο σωλήνας στη συναρμολόγηση.
Το MYS είναι η ελάχιστη δύναμη που προκαλεί μόνιμη παραμόρφωση του υλικού. Εάν προσπαθήσετε να λυγίσετε ελαφρώς ένα ίσιο σύρμα (όπως μια κρεμάστρα) και να απελευθερώσετε την πίεση, θα συμβεί ένα από δύο πράγματα: θα επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση (ίσια) ή θα παραμείνει λυγισμένο. Εάν είναι ακόμα ίσιο, δεν έχετε ξεπεράσει το MYS. Εάν το έχετε ξεπεράσει,
Τώρα, χρησιμοποιήστε πένσα για να σφίξετε και τα δύο άκρα του σύρματος. Εάν μπορείτε να σκίσετε το σύρμα σε δύο κομμάτια, έχετε ξεπεράσει το UTS του. Το τεντώνετε πολύ και έχετε δύο καλώδια για να δείξετε την υπεράνθρωπη προσπάθεια σας. ches του σημείου αποτυχίας, αλλά ό,τι κι αν είναι – η ιδέα του σύρματος έλξης απεικονίζει το UTS.
Τα δείγματα φωτομικρογραφίας χάλυβα πρέπει να κοπούν, να γυαλιστούν και να χαραχθούν χρησιμοποιώντας ένα ήπιο όξινο διάλυμα (συνήθως νιτρικό οξύ και αλκοόλη (νιτροαιθανόλη)) για να γίνουν ορατοί οι κόκκοι. Η μεγέθυνση 100x χρησιμοποιείται συνήθως για την επιθεώρηση των κόκκων χάλυβα και τον προσδιορισμό του μεγέθους των κόκκων.
Η σκληρότητα είναι μια δοκιμή για το πώς ένα υλικό ανταποκρίνεται στην κρούση. Φανταστείτε να βάζετε ένα κοντό κομμάτι σωλήνα σε μια μέγγενη με οδοντωτές σιαγόνες και να περιστρέφετε τη μέγγενη για να κλείσει. Εκτός από την ισοπέδωση του σωλήνα, οι σιαγόνες της μέγγενης αφήνουν επίσης εσοχές στην επιφάνεια του σωλήνα.
Έτσι λειτουργεί το τεστ σκληρότητας, αλλά δεν είναι τόσο τραχύ. Αυτή η δοκιμή έχει ελεγχόμενο μέγεθος κρούσης και ελεγχόμενη πίεση. Αυτές οι δυνάμεις παραμορφώνουν την επιφάνεια, δημιουργώντας μια εσοχή ή εσοχή. Το μέγεθος ή το βάθος της εσοχής καθορίζει τη σκληρότητα του μετάλλου.
Για την αξιολόγηση του χάλυβα, οι κοινές δοκιμές σκληρότητας είναι οι Brinell, Vickers και Rockwell. Κάθε έχει τη δική της κλίμακα και ορισμένες έχουν πολλαπλές μεθόδους δοκιμής, όπως Rockwell A, B και C. Για χαλύβδινους σωλήνες, η προδιαγραφή ASTM A513 αναφέρεται στη δοκιμή Rockwell B (συντομογραφία μεταξύ HRB ή RB). φορτίο 100 kgf. Ένα τυπικό αποτέλεσμα για τον τυπικό μαλακό χάλυβα είναι το HRB 60.
Οι επιστήμονες υλικών γνωρίζουν ότι η σκληρότητα σχετίζεται γραμμικά με το UTS. Επομένως, μια δεδομένη σκληρότητα μπορεί να προβλέψει το UTS. Ομοίως, οι κατασκευαστές σωλήνων γνωρίζουν ότι το MYS και το UTS σχετίζονται. Για συγκολλημένους σωλήνες, το MYS είναι συνήθως 70% έως 85% του UTS. Η ακριβής ποσότητα εξαρτάται από τη διαδικασία κατασκευής του σωλήνα. ίντσας (PSI) και MYS 80%, ή 48.000 PSI.
Η πιο κοινή προδιαγραφή σωλήνων στη γενική κατασκευή είναι η μέγιστη σκληρότητα. Εκτός από το μέγεθος, ο μηχανικός ασχολήθηκε με τον καθορισμό ενός συγκολλημένου σωλήνα με ηλεκτροσυγκόλληση (ERW) εντός καλής περιοχής εργασίας, που θα μπορούσε να οδηγήσει σε μέγιστη σκληρότητα πιθανώς HRB 60 να βρει το δρόμο του στο σχέδιο του εξαρτήματος. Αυτή η απόφαση από μόνη της οδηγεί σε μια σειρά από ιδιότητες τελικής σκληρότητας.
Πρώτον, η σκληρότητα του HRB 60 δεν μας λέει πολλά. Η ένδειξη HRB 60 είναι ένας αδιάστατος αριθμός. Το υλικό που αξιολογήθηκε με HRB 59 είναι πιο μαλακό από το υλικό που δοκιμάστηκε με HRB 60 και το HRB 61 είναι πιο σκληρό από το HRB 60, αλλά κατά πόσο; Δεν μπορεί να προσδιοριστεί ποσοτικά ως προς τον όγκο (me) (μετράται σε απόσταση σε σχέση με το χρόνο) ή UTS (μετριέται σε λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα). Η ανάγνωση του HRB 60 δεν μας λέει κάτι συγκεκριμένο. Αυτή είναι μια ιδιότητα του υλικού, αλλά όχι μια φυσική ιδιότητα. Το θέμα αυτό είναι η φύση της δοκιμής. Αφού μετρηθεί μια θέση, δεν μπορεί να μετρηθεί για δεύτερη φορά για να επαληθευτεί τα αποτελέσματα. Η επαναληψιμότητα της δοκιμής δεν είναι δυνατή.
Αυτό δεν σημαίνει ότι η δοκιμή σκληρότητας είναι άβολη. Στην πραγματικότητα, παρέχει έναν καλό οδηγό για το UTS ενός υλικού και είναι μια γρήγορη και εύκολη δοκιμή στην εκτέλεση. Ωστόσο, όλοι όσοι εμπλέκονται στον προσδιορισμό, την αγορά και την κατασκευή σωλήνων θα πρέπει να γνωρίζουν τους περιορισμούς της ως παράμετρος δοκιμής.
Επειδή ο «κανονικός» σωλήνας δεν είναι καλά καθορισμένος, όταν χρειάζεται, οι κατασκευαστές σωλήνων συχνά τον περιορίζουν στους δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενους τύπους χαλύβδινων σωλήνων και σωλήνων που ορίζονται στο ASTM A513: 1008 και 1010. Ακόμη και μετά την εξάλειψη όλων των άλλων τύπων σωλήνων, οι δυνατότητες όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες αυτών των δύο τύπων σωλήνων είναι στην πραγματικότητα ευρύτατες.
Για παράδειγμα, ένας σωλήνας περιγράφεται ως μαλακός εάν το MYS είναι χαμηλό και η επιμήκυνση είναι υψηλή, πράγμα που σημαίνει ότι αποδίδει καλύτερα σε εφελκυσμό, παραμόρφωση και πήξη από έναν σωλήνα που περιγράφεται ως σκληρός, ο οποίος έχει σχετικά υψηλό MYS και σχετικά χαμηλή επιμήκυνση. Αυτό είναι παρόμοιο με τη διαφορά μεταξύ μαλακού και σκληρού σύρματος, όπως κρεμάστρες και τρυπάνια.
Η ίδια η επιμήκυνση είναι ένας άλλος παράγοντας που έχει σημαντικό αντίκτυπο στις κρίσιμες εφαρμογές σωλήνων. Οι σωλήνες με υψηλή επιμήκυνση μπορούν να αντέξουν τις δυνάμεις εφελκυσμού.Τα υλικά με χαμηλή επιμήκυνση είναι πιο εύθραυστα και επομένως πιο επιρρεπή σε καταστροφικές αστοχίες κόπωσης. Ωστόσο, η επιμήκυνση δεν σχετίζεται άμεσα με το UTS, το οποίο είναι η μόνη μηχανική ιδιότητα που σχετίζεται άμεσα με τη σκληρότητα.
Γιατί οι μηχανικές ιδιότητες των σωλήνων ποικίλλουν τόσο πολύ; Πρώτον, η χημική σύνθεση είναι διαφορετική. Ο χάλυβας είναι ένα στερεό διάλυμα σιδήρου και άνθρακα και άλλων σημαντικών κραμάτων. Για απλότητα, θα ασχοληθούμε μόνο με τα ποσοστά άνθρακα εδώ. Τα άτομα άνθρακα αντικαθιστούν ορισμένα από τα άτομα σιδήρου, σχηματίζοντας την κρυσταλλική δομή του χάλυβα. ASTM 1008% πρωτογενούς περιεκτικότητας σε βόντα acompassing είναι ένα πρωτεύον 1008% περιεκτικότητας σε άνθρακα. Το ero είναι ένας πολύ ειδικός αριθμός που παράγει μοναδικές ιδιότητες όταν η περιεκτικότητα σε άνθρακα στον χάλυβα είναι εξαιρετικά χαμηλή. Το ASTM 1010 καθορίζει μια περιεκτικότητα σε άνθρακα μεταξύ 0,08% και 0,13%.Αυτές οι διαφορές δεν φαίνονται τεράστιες, αλλά είναι αρκετά μεγάλες για να κάνουν μεγάλη διαφορά αλλού.
Δεύτερον, ο χαλύβδινος σωλήνας μπορεί να κατασκευαστεί ή να κατασκευαστεί και στη συνέχεια να υποβληθεί σε επεξεργασία σε επτά διαφορετικές διαδικασίες παραγωγής. Το ASTM A513 που σχετίζεται με την παραγωγή σωλήνων ERW απαριθμεί επτά τύπους:
Εάν η χημική σύσταση του χάλυβα και τα στάδια κατασκευής σωλήνων δεν έχουν καμία επίδραση στη σκληρότητα του χάλυβα, τι είναι; Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση σημαίνει ότι πρέπει να κοιτάξετε τις λεπτομέρειες. Αυτή η ερώτηση γεννά δύο ακόμη ερωτήματα: Ποιες λεπτομέρειες και πόσο κοντά;
Λεπτομέρειες σχετικά με τους κόκκους που συνθέτουν τον χάλυβα είναι η πρώτη απάντηση. Όταν ο χάλυβας κατασκευάζεται σε ένα κύριο χαλυβουργείο, δεν ψύχεται σε ένα τεράστιο τεμάχιο με ένα μόνο χαρακτηριστικό. Καθώς ο χάλυβας ψύχεται, τα μόρια του χάλυβα οργανώνονται σε επαναλαμβανόμενα μοτίβα (κρύσταλλοι), παρόμοια με τον τρόπο που σχηματίζονται οι νιφάδες χιονιού. Αφού σχηματιστούν οι κρύσταλλοι, σχηματίζονται πλάκες ή σχηματίζονται κόκκοι. Οι κόκκοι σταματούν να αναπτύσσονται καθώς τα τελευταία μόρια χάλυβα απορροφώνται από τους κόκκους. Όλα αυτά συμβαίνουν σε μικροσκοπικό επίπεδο επειδή ο μέσος κόκκος χάλυβα είναι περίπου 64 μ ή 0,0025 ίντσες πλάτος. Ενώ κάθε κόκκος είναι παρόμοιος με τον επόμενο, δεν είναι ίδιοι. Διαφέρουν ελαφρώς σε μέγεθος, προσανατολισμό και περιεκτικότητα σε άνθρακα. τείνει να αποτυγχάνει κατά μήκος των ορίων των κόκκων.
Πόσο μακριά πρέπει να κοιτάξετε για να δείτε ευδιάκριτους κόκκους; Αρκεί η μεγέθυνση 100x ή η ανθρώπινη όραση 100x. Ωστόσο, η απλή εξέταση του ακατέργαστου χάλυβα με 100 φορές μεγαλύτερη ισχύ δεν αποκαλύπτει πολλά. Το δείγμα προετοιμάζεται γυαλίζοντας το δείγμα και χαράσσοντας την επιφάνεια με ένα οξύ (συνήθως νιτρικό οξύ και αλκοόλη) που ονομάζεται etchant nitroethan.
Είναι οι κόκκοι και το εσωτερικό τους πλέγμα που καθορίζουν την αντοχή στην κρούση, το MYS, το UTS και την επιμήκυνση που μπορεί να αντέξει ένας χάλυβας πριν από την αστοχία.
Τα βήματα κατασκευής χάλυβα, όπως η θερμή και η ψυχρή έλαση της λωρίδας, ασκούν πίεση στη δομή των κόκκων.Εάν αλλάξουν μόνιμα σχήμα, αυτό σημαίνει ότι η τάση παραμορφώνει τον κόκκο. Άλλα στάδια επεξεργασίας, όπως το τύλιγμα του χάλυβα σε πηνία, το ξετύλιγμά του και η παραμόρφωση των κόκκων χάλυβα μέσω ενός μύλου σωλήνων (για να διαμορφωθεί και να γίνει το μέγεθος του σωλήνα).
Τα παραπάνω βήματα εξαντλούν την ολκιμότητα του χάλυβα, που είναι η ικανότητά του να αντέχει σε εφελκυσμό (τράβηγμα-άνοιγμα) καταπόνηση. Ο χάλυβας γίνεται εύθραυστος, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να σπάσει αν συνεχίσετε να το εργάζεστε. Η επιμήκυνση είναι ένα στοιχείο της ολκιμότητας (η συμπιεστότητα είναι άλλο). Ωστόσο, ο χάλυβας παραμορφώνεται εύκολα υπό πίεση συμπίεσης – είναι όλκιμος – κάτι που αποτελεί πλεονέκτημα.
Το σκυρόδεμα έχει υψηλή αντοχή στη θλίψη αλλά χαμηλή ολκιμότητα σε σύγκριση με το σκυρόδεμα. Αυτές οι ιδιότητες είναι αντίθετες με αυτές του χάλυβα. Γι' αυτό το σκυρόδεμα που χρησιμοποιείται για δρόμους, κτίρια και πεζοδρόμια είναι συχνά εξοπλισμένο με οπλισμό. Το αποτέλεσμα είναι ένα προϊόν με τις αντοχές δύο υλικών: υπό τάση, ο χάλυβας είναι ισχυρός και υπό πίεση, το σκυρόδεμα.
Κατά την ψυχρή εργασία, καθώς μειώνεται η ολκιμότητα του χάλυβα, αυξάνεται η σκληρότητά του. Με άλλα λόγια, θα σκληρύνει. Ανάλογα με την κατάσταση, αυτό μπορεί να είναι ένα όφελος.Ωστόσο, μπορεί να είναι ένα μειονέκτημα δεδομένου ότι η σκληρότητα εξισώνεται με την ευθραυστότητα. Δηλαδή, καθώς ο χάλυβας γίνεται σκληρότερος, γίνεται λιγότερο ελαστικός.επομένως, είναι πιο πιθανό να αποτύχει.
Με άλλα λόγια, κάθε βήμα της διαδικασίας καταναλώνει μέρος της ολκιμότητας του σωλήνα. Γίνεται πιο δύσκολο καθώς λειτουργεί το εξάρτημα, και αν είναι πολύ σκληρό είναι βασικά άχρηστο. Η σκληρότητα είναι ευθραυστότητα και ένας εύθραυστος σωλήνας είναι πιθανό να αποτύχει όταν χρησιμοποιείται.
Έχει ο κατασκευαστής κάποιες επιλογές σε αυτήν την περίπτωση; Εν ολίγοις, ναι. Αυτή η επιλογή είναι ανόπτηση, και παρόλο που δεν είναι αρκετά μαγική, είναι τόσο κοντά στη μαγεία όσο μπορείτε.
Με απλούς όρους, η ανόπτηση αφαιρεί όλες τις επιπτώσεις της φυσικής καταπόνησης στο μέταλλο. Αυτή η διαδικασία θερμαίνει το μέταλλο σε θερμοκρασία ανακούφισης από την πίεση ή ανακρυστάλλωσης, εξαλείφοντας έτσι τις εξαρθρώσεις.
Η ανόπτηση και η ελεγχόμενη ψύξη προάγουν την ανάπτυξη των κόκκων. Αυτό είναι ευεργετικό εάν ο στόχος είναι να μειωθεί η ευθραυστότητα του υλικού, αλλά η ανεξέλεγκτη ανάπτυξη κόκκων μπορεί να μαλακώσει πάρα πολύ το μέταλλο, καθιστώντας το άχρηστο για την προβλεπόμενη χρήση του. Η διακοπή της διαδικασίας ανόπτησης είναι ένα άλλο σχεδόν μαγικό πράγμα.
Πρέπει να ρίξουμε την προδιαγραφή σκληρότητας; Όχι. Τα χαρακτηριστικά σκληρότητας είναι πολύτιμα κυρίως ως σημείο αναφοράς κατά τον καθορισμό των χαλύβδινων σωλήνων. Χρήσιμο μέτρο, η σκληρότητα είναι ένα από τα πολλά χαρακτηριστικά που πρέπει να προσδιορίζονται κατά την παραγγελία σωληνωτού υλικού και να ελέγχονται κατά την παραλαβή (και πρέπει να καταγράφονται με κάθε αποστολή).
Ωστόσο, δεν είναι αληθινή δοκιμή για το κατάλληλο (αποδοχή ή απόρριψη) υλικού. Εκτός από τη σκληρότητα, οι κατασκευαστές θα πρέπει περιστασιακά να δοκιμάζουν τις αποστολές για να προσδιορίσουν άλλες σχετικές ιδιότητες, όπως MYS, UTS ή ελάχιστη επιμήκυνση, ανάλογα με την εφαρμογή του σωλήνα.
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.
Το Tube & Pipe Journal έγινε το πρώτο περιοδικό αφιερωμένο στην εξυπηρέτηση της βιομηχανίας μεταλλικών σωλήνων το 1990. Σήμερα, παραμένει η μόνη δημοσίευση στη Βόρεια Αμερική αφιερωμένη στη βιομηχανία και έχει γίνει η πιο αξιόπιστη πηγή πληροφοριών για τους επαγγελματίες σωλήνων.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The FABRICATOR, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.
Η ψηφιακή έκδοση του The Tube & Pipe Journal είναι πλέον πλήρως προσβάσιμη, παρέχοντας εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.
Απολαύστε πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του περιοδικού STAMPING, το οποίο παρέχει τις πιο πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, τις βέλτιστες πρακτικές και τα νέα της βιομηχανίας για την αγορά σφράγισης μετάλλων.
Απολαύστε πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The Additive Report για να μάθετε πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κατασκευή προσθέτων για τη βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης και την αύξηση των κερδών.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The Fabricator en Español, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.