विभिन्न परीक्षण प्रोटोकॉल (ब्रिनेल, रॉकवेल, विकर्स) में परीक्षण के अंतर्गत परियोजना के लिए विशिष्ट प्रक्रियाएं होती हैं। रॉकवेल टी परीक्षण हल्की दीवार वाली ट्यूबों के निरीक्षण के लिए उपयुक्त है, जिसमें ट्यूब को लंबाई में काटा जाता है और दीवार का परीक्षण बाहरी व्यास के बजाय भीतरी व्यास से किया जाता है।
ट्यूबिंग का ऑर्डर देना कुछ-कुछ वैसा ही है जैसे किसी कार डीलरशिप पर जाकर कार या ट्रक का ऑर्डर देना। आजकल, उपलब्ध अनेक विकल्प खरीदारों को वाहन को विभिन्न तरीकों से अनुकूलित करने की अनुमति देते हैं - आंतरिक और बाहरी रंग, आंतरिक ट्रिम पैकेज, बाहरी स्टाइलिंग विकल्प, पावरट्रेन विकल्प, और एक ऑडियो सिस्टम जो लगभग होम एंटरटेनमेंट सिस्टम को टक्कर देता है। इन सभी विकल्पों को देखते हुए, आप एक मानक, बिना तामझाम वाले वाहन से संतुष्ट नहीं हो सकते हैं।
स्टील पाइप बस यही हैं। इसमें हजारों विकल्प या विनिर्देश हैं। आयामों के अतिरिक्त, विनिर्देश में रासायनिक और कई यांत्रिक गुण जैसे न्यूनतम उपज शक्ति (एमवाईएस), अंतिम तन्य शक्ति (यूटीएस), और विफलता से पहले न्यूनतम बढ़ाव सूचीबद्ध हैं। हालांकि, उद्योग में कई - इंजीनियर, क्रय एजेंट और निर्माता - स्वीकृत उद्योग शॉर्टहैंड का उपयोग करते हैं जो "सामान्य" वेल्डेड पाइप के उपयोग की आवश्यकता रखते हैं और केवल एक विशेषता निर्दिष्ट करते हैं: कठोरता।
एक ही विशेषता के आधार पर कार का ऑर्डर देने का प्रयास करें ("मुझे एक स्वचालित ट्रांसमिशन वाली कार चाहिए") और आप विक्रेता से बहुत दूर नहीं जा पाएंगे। उसे कई विकल्पों के साथ एक ऑर्डर फॉर्म भरना होगा। पाइप बस यही है - आवेदन के लिए सही पाइप प्राप्त करने के लिए, पाइप निर्माता को केवल कठोरता से अधिक जानकारी की आवश्यकता होती है।
कठोरता अन्य यांत्रिक गुणों के लिए एक मान्यता प्राप्त विकल्प कैसे बन जाती है? संभवतः इसकी शुरुआत एक पाइप निर्माता से हुई। क्योंकि कठोरता परीक्षण त्वरित, आसान है, और इसके लिए अपेक्षाकृत सस्ते उपकरण की आवश्यकता होती है, ट्यूब विक्रेता अक्सर दो ट्यूबों की तुलना करने के लिए कठोरता परीक्षण का उपयोग करते हैं। कठोरता परीक्षण करने के लिए, उन्हें केवल पाइप की एक चिकनी लंबाई और एक परीक्षण स्टैंड की आवश्यकता होती है।
ट्यूब की कठोरता UTS के साथ अच्छी तरह से सह-संबंधित है, और एक सामान्य नियम के रूप में, प्रतिशत या प्रतिशत श्रेणियां MYS का अनुमान लगाने में सहायक होती हैं, इसलिए यह देखना आसान है कि कठोरता परीक्षण अन्य गुणों के लिए कैसे उपयुक्त प्रॉक्सी हो सकता है।
इसके अलावा, अन्य परीक्षण अपेक्षाकृत जटिल हैं। जबकि कठोरता परीक्षण एक मशीन पर केवल एक मिनट या उससे अधिक समय लेता है, एमवाईएस, यूटीएस और बढ़ाव परीक्षण के लिए नमूना तैयार करने और बड़े प्रयोगशाला उपकरणों में महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता होती है। तुलना के तौर पर, एक ट्यूब मिल ऑपरेटर को कठोरता परीक्षण करने में कुछ सेकंड लगते हैं और एक पेशेवर धातुकर्म तकनीशियन को तन्यता परीक्षण करने में घंटों लगते हैं। कठोरता जांच करना मुश्किल नहीं है।
इसका यह अर्थ नहीं है कि इंजीनियर्ड पाइप निर्माता कठोरता परीक्षण का उपयोग नहीं करते हैं। यह कहना सुरक्षित है कि अधिकांश लोग करते हैं, लेकिन क्योंकि वे अपने सभी परीक्षण उपकरणों पर गेज पुनरावृत्ति और पुनरुत्पादकता का आकलन करते हैं, वे परीक्षण की सीमाओं से अच्छी तरह परिचित हैं। अधिकांश लोग उत्पादन प्रक्रिया के भाग के रूप में ट्यूब कठोरता का आकलन करते हैं, लेकिन वे इसका उपयोग ट्यूब के गुणों को मापने के लिए नहीं करते हैं। यह केवल एक पास/फेल परीक्षण है।
आपको MYS, UTS और न्यूनतम बढ़ाव के बारे में जानने की आवश्यकता क्यों है? वे संकेत देते हैं कि ट्यूब असेंबली में कैसे व्यवहार करेगी।
एमवाईएस वह न्यूनतम बल है जो पदार्थ में स्थायी विरूपण उत्पन्न करता है। यदि आप एक सीधे तार (जैसे कोट हैंगर) को थोड़ा मोड़ने का प्रयास करते हैं और दबाव छोड़ते हैं, तो दो चीजों में से एक घटित होगा: यह वापस अपनी मूल स्थिति (सीधा) पर आ जाएगा या मुड़ा हुआ रहेगा। यदि यह अभी भी सीधा है, तो आप एमवाईएस से आगे नहीं बढ़ पाए हैं। यदि यह अभी भी मुड़ा हुआ है, तो आप इससे आगे बढ़ गए हैं।
अब, तार के दोनों सिरों को जकड़ने के लिए प्लायर्स का उपयोग करें। यदि आप तार को दो टुकड़ों में फाड़ सकते हैं, तो आप इसके यूटीएस से आगे निकल गए हैं। आप इस पर बहुत अधिक तनाव डालते हैं और आपके पास अपने अलौकिक प्रयास को दिखाने के लिए दो तार होते हैं। यदि तार की मूल लंबाई 5 इंच है, और विफलता के बाद दो लंबाई 6 इंच हो जाती है, तो तार 1 इंच या 20% तक खिंच जाता है। वास्तविक बढ़ाव परीक्षण विफलता के बिंदु के 2 इंच के भीतर मापा जाता है, लेकिन जो भी हो - पुल वायर अवधारणा यूटीएस को दर्शाती है।
स्टील फोटोमाइक्रोग्राफ नमूनों को काटने, पॉलिश करने और हल्के अम्लीय घोल (आमतौर पर नाइट्रिक एसिड और अल्कोहल (नाइट्रोएथेनॉल)) का उपयोग करके नक्काशी करने की आवश्यकता होती है ताकि दाने दिखाई दे सकें। 100x आवर्धन का उपयोग आमतौर पर स्टील के दानों का निरीक्षण करने और दाने के आकार को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
कठोरता इस बात का परीक्षण है कि कोई पदार्थ प्रभाव के प्रति कैसी प्रतिक्रिया करता है। कल्पना कीजिए कि एक छोटे पाइप के टुकड़े को दाँतेदार जबड़े वाले एक वाइज़ में डाल दिया जाए और वाइज़ को बंद करने के लिए घुमा दिया जाए। ट्यूब को चपटा करने के अलावा, वाइज़ के जबड़े ट्यूब की सतह पर निशान भी छोड़ देते हैं।
कठोरता परीक्षण इसी प्रकार कार्य करता है, लेकिन यह इतना कठोर नहीं होता। इस परीक्षण में नियंत्रित प्रभाव आकार और नियंत्रित दबाव होता है। ये बल सतह को विकृत कर देते हैं, जिससे एक गड्ढा या खड्डा बन जाता है। गड्ढे का आकार या गहराई धातु की कठोरता निर्धारित करती है।
इस्पात के मूल्यांकन के लिए, सामान्य कठोरता परीक्षण ब्रिनेल, विकर्स और रॉकवेल हैं। प्रत्येक का अपना पैमाना होता है, और कुछ में कई परीक्षण विधियां होती हैं, जैसे रॉकवेल ए, बी और सी। इस्पात पाइपों के लिए, एएसटीएम विनिर्देश ए513 रॉकवेल बी परीक्षण (जिसे एचआरबी या आरबी के रूप में संक्षिप्त किया गया है) का संदर्भ देता है। रॉकवेल बी परीक्षण एक छोटे प्रीलोड और 100 किलोग्राम के प्राथमिक भार के बीच 1⁄16 इंच व्यास वाली स्टील बॉल द्वारा स्टील के प्रवेश में अंतर को मापता है। मानक हल्के स्टील के लिए एक विशिष्ट परिणाम एचआरबी 60 है।
पदार्थ वैज्ञानिक जानते हैं कि कठोरता UTS से रैखिक रूप से संबंधित है। इसलिए, दी गई कठोरता UTS की भविष्यवाणी कर सकती है। इसी तरह, ट्यूब निर्माता जानते हैं कि MYS और UTS संबंधित हैं। वेल्डेड पाइप के लिए, MYS आमतौर पर UTS का 70% से 85% होता है। सटीक मात्रा ट्यूब बनाने की प्रक्रिया पर निर्भर करती है। HRB 60 की कठोरता 60,000 पाउंड प्रति वर्ग इंच (PSI) के UTS और 80% या 48,000 PSI के MYS से संबंधित है।
सामान्य विनिर्माण में सबसे आम पाइप विनिर्देश अधिकतम कठोरता है। आकार के अतिरिक्त, इंजीनियर एक वेल्डेड विद्युत प्रतिरोध वेल्डेड (ERW) पाइप को एक अच्छे कार्य सीमा के भीतर निर्दिष्ट करने के बारे में चिंतित था, जिसके परिणामस्वरूप संभवतः HRB 60 की अधिकतम कठोरता घटक ड्राइंग पर अपना रास्ता खोज सकती थी। यह निर्णय अकेले ही कठोरता सहित अंतिम यांत्रिक गुणों की एक सीमा की ओर ले जाता है।
सबसे पहले, HRB 60 की कठोरता हमें बहुत कुछ नहीं बताती है। HRB 60 रीडिंग एक आयामहीन संख्या है। HRB 59 के साथ मूल्यांकित सामग्री HRB 60 के साथ परीक्षण की गई सामग्री की तुलना में नरम है, और HRB 61 HRB 60 की तुलना में कठोर है, लेकिन कितना? इसे वॉल्यूम (डेसिबल में मापा जाता है), टॉर्क (पाउंड-फीट में मापा जाता है), वेग (समय के सापेक्ष दूरी में मापा जाता है), या UTS (पाउंड प्रति वर्ग इंच में मापा जाता है) की तरह मात्राबद्ध नहीं किया जा सकता है। HRB 60 रीडिंग हमें कुछ खास नहीं बताती है। यह सामग्री का एक गुण है, लेकिन भौतिक गुण नहीं है। दूसरा, कठोरता परीक्षण पुनरावृत्ति या पुनरुत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है। परीक्षण नमूने पर दो स्थानों का मूल्यांकन करना, भले ही परीक्षण स्थान एक दूसरे के करीब हों, अक्सर कठोरता रीडिंग में एक बड़ा अंतर होता है। इस मुद्दे को और जटिल बनाने वाला परीक्षण की प्रकृति है। एक स्थिति को मापने के बाद, इसे सत्यापित करने के लिए दूसरी बार नहीं मापा जा सकता है परिणाम.परीक्षण पुनरावृत्ति संभव नहीं है.
इसका मतलब यह नहीं है कि कठोरता परीक्षण असुविधाजनक है। वास्तव में, यह सामग्री के यूटीएस के लिए एक अच्छा मार्गदर्शक प्रदान करता है, और यह एक त्वरित और आसान परीक्षण है। हालांकि, ट्यूबों को निर्दिष्ट करने, खरीदने और निर्माण करने में शामिल सभी लोगों को परीक्षण पैरामीटर के रूप में इसकी सीमाओं के बारे में पता होना चाहिए।
क्योंकि "सामान्य" पाइप अच्छी तरह से परिभाषित नहीं है, जब आवश्यक हो, तो पाइप निर्माता अक्सर इसे एएसटीएम ए 513 में परिभाषित दो सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले स्टील पाइप और पाइप प्रकारों तक सीमित कर देते हैं: 1008 और 1010। अन्य सभी ट्यूब प्रकारों को हटाने के बाद भी, इन दो ट्यूब प्रकारों के यांत्रिक गुणों के संदर्भ में संभावनाएं व्यापक रूप से खुली हैं। वास्तव में, इन ट्यूब प्रकारों में किसी भी प्रकार के यांत्रिक गुणों की सबसे विस्तृत श्रृंखला है।
उदाहरण के लिए, यदि किसी ट्यूब का MYS कम और विस्तार अधिक है तो उसे नरम कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि वह तन्यता, विक्षेपण और सेट में उस ट्यूब की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करती है जिसे कठोर कहा जाता है, क्योंकि कठोर ट्यूब का MYS अपेक्षाकृत अधिक और विस्तार अपेक्षाकृत कम होता है। यह नरम और कठोर तार के बीच के अंतर के समान है, जैसे कोट हैंगर और ड्रिल।
बढ़ाव स्वयं एक अन्य कारक है जिसका महत्वपूर्ण पाइप अनुप्रयोगों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। उच्च बढ़ाव वाली ट्यूबें तन्य शक्तियों का सामना कर सकती हैं; कम बढ़ाव वाली सामग्रियां अधिक भंगुर होती हैं और इसलिए विनाशकारी थकान-प्रकार की विफलताओं के प्रति अधिक प्रवण होती हैं। हालांकि, बढ़ाव सीधे तौर पर यूटीएस से संबंधित नहीं है, जो कठोरता से सीधे संबंधित एकमात्र यांत्रिक गुण है।
ट्यूबों के यांत्रिक गुण इतने भिन्न क्यों होते हैं? सबसे पहले, रासायनिक संरचना अलग होती है। स्टील लोहा और कार्बन और अन्य महत्वपूर्ण मिश्र धातुओं का एक ठोस घोल है। सरलता के लिए, हम यहाँ केवल कार्बन प्रतिशत पर ही विचार करेंगे। कार्बन परमाणु कुछ लोहे के परमाणुओं की जगह लेते हैं, जिससे स्टील की क्रिस्टल संरचना बनती है। ASTM 1008 एक सर्वव्यापी प्राथमिक ग्रेड है जिसमें 0% से 0.10% तक कार्बन सामग्री होती है। शून्य एक बहुत ही विशेष संख्या है जो स्टील में कार्बन सामग्री के बहुत कम होने पर अद्वितीय गुण पैदा करती है। ASTM 1010 0.08% और 0.13% के बीच कार्बन सामग्री निर्दिष्ट करता है। ये अंतर बहुत बड़े नहीं लगते हैं, लेकिन वे कहीं और बड़ा अंतर पैदा करने के लिए पर्याप्त हैं।
दूसरा, स्टील पाइप का निर्माण या निर्माण किया जा सकता है और बाद में सात अलग-अलग विनिर्माण प्रक्रियाओं में संसाधित किया जा सकता है। ईआरडब्ल्यू पाइप उत्पादन से संबंधित एएसटीएम ए513 सात प्रकार सूचीबद्ध करता है:
यदि इस्पात की रासायनिक संरचना और ट्यूब निर्माण चरणों का इस्पात की कठोरता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, तो क्या होगा? इस प्रश्न का उत्तर देने का अर्थ है विवरणों पर गहनता से विचार करना। यह प्रश्न दो और प्रश्न उठाता है: कौन से विवरण, और कितने निकट?
स्टील बनाने वाले कणों के बारे में विवरण पहला उत्तर है। जब स्टील एक प्राथमिक स्टील मिल में बनाया जाता है, तो यह एकल विशेषता वाले एक विशाल ब्लॉक में ठंडा नहीं होता है। जैसे ही स्टील ठंडा होता है, स्टील के अणु दोहराए जाने वाले पैटर्न (क्रिस्टल) में व्यवस्थित होते हैं, ठीक उसी तरह जैसे बर्फ के टुकड़े बनते हैं। क्रिस्टल बनने के बाद, वे अनाज नामक समूहों में एकत्र हो जाते हैं। जैसे-जैसे ठंडा होने की प्रक्रिया आगे बढ़ती है, दाने बढ़ते हैं और पूरी शीट या प्लेट में बन जाते हैं। जैसे ही अंतिम स्टील अणु अनाज द्वारा अवशोषित कर लिए जाते हैं, दाने बढ़ना बंद हो जाते हैं। यह सब सूक्ष्म स्तर पर होता है क्योंकि औसत आकार का स्टील का दाना लगभग 64 µ या 0.0025 इंच चौड़ा होता है। जबकि प्रत्येक दाना अगले के समान होता है, वे समान नहीं होते हैं।
आपको स्पष्ट कणों को देखने के लिए कितनी दूर तक देखना होगा? 100x आवर्धन, या 100x मानवीय दृष्टि, पर्याप्त है। हालाँकि, 100 गुना शक्ति पर अनुपचारित स्टील को देखने से बहुत कुछ पता नहीं चलता है। नमूना पॉलिश करके और सतह को एक एसिड (आमतौर पर नाइट्रिक एसिड और अल्कोहल) के साथ नक़्क़ाशी करके तैयार किया जाता है जिसे नाइट्रोएथेनॉल एचेंट कहा जाता है।
यह कण और उनकी आंतरिक जालक ही है जो प्रभाव शक्ति, एमवाईएस, यूटीएस और बढ़ाव को निर्धारित करती है जिसे स्टील विफलता से पहले झेल सकता है।
इस्पात निर्माण के चरण, जैसे कि पट्टी की गर्म और ठंडी रोलिंग, दानों की संरचना पर दबाव डालती है; यदि वे स्थायी रूप से आकार बदल देते हैं, तो इसका अर्थ है कि दबाव दानों को विकृत कर देता है। अन्य प्रसंस्करण चरण, जैसे कि इस्पात को कुंडलियों में लपेटना, खोलना, तथा ट्यूब मिल के माध्यम से इस्पात के दानों को विकृत करना (ट्यूब को आकार देने और आकार देने के लिए)। ट्यूब को खराद पर ठंडा करके खींचने से भी सामग्री पर दबाव पड़ता है, जैसा कि विनिर्माण चरण जैसे कि सिरे को बनाना और मोड़ना, दबाव डालते हैं। दानों की संरचना में परिवर्तन को अव्यवस्था कहा जाता है।
उपरोक्त कदम स्टील की तन्यता को कम करते हैं, जो कि तन्य (खींचकर खोलने) तनाव को झेलने की इसकी क्षमता है। स्टील भंगुर हो जाता है, जिसका अर्थ है कि यदि आप इस पर काम करते रहेंगे तो इसके टूटने की संभावना अधिक है। विस्तार तन्यता का एक घटक है (संपीड़नशीलता दूसरा है)। यह समझना महत्वपूर्ण है कि विफलता अक्सर तन्यता तनाव के दौरान होती है, संपीड़न के दौरान नहीं। स्टील अपनी अपेक्षाकृत उच्च विस्तार क्षमता के कारण तन्यता तनाव के लिए बहुत प्रतिरोधी है। हालांकि, संपीड़न तनाव के तहत स्टील आसानी से विकृत हो जाता है - यह तन्य है - जो एक फायदा है।
कंक्रीट में कंक्रीट की तुलना में उच्च संपीड़न शक्ति होती है, लेकिन कम लचीलापन होता है। ये गुण स्टील के विपरीत हैं। यही कारण है कि सड़कों, इमारतों और फुटपाथों के लिए उपयोग किए जाने वाले कंक्रीट में अक्सर सरिया लगाया जाता है। परिणाम एक ऐसा उत्पाद होता है जिसमें दो सामग्रियों की ताकत होती है: तनाव के तहत, स्टील मजबूत होता है, और दबाव के तहत, कंक्रीट।
शीत कर्मण के दौरान, जैसे-जैसे इस्पात की तन्यता घटती है, उसकी कठोरता बढ़ती जाती है। दूसरे शब्दों में, यह कठोर हो जाएगा। स्थिति के आधार पर, यह एक लाभ हो सकता है; तथापि, यह एक नुकसान भी हो सकता है, क्योंकि कठोरता को भंगुरता के बराबर माना जाता है। अर्थात्, जैसे-जैसे इस्पात कठोर होता जाता है, यह कम लोचदार होता जाता है; इसलिए, इसके विफल होने की संभावना अधिक होती है।
दूसरे शब्दों में, प्रत्येक प्रक्रिया चरण पाइप की कुछ लचीलापन का उपभोग करता है। जैसे-जैसे भाग काम करता है, यह कठोर होता जाता है, और यदि यह बहुत कठोर है तो यह मूलतः बेकार है। कठोरता भंगुरता है, और भंगुर ट्यूब के उपयोग के दौरान विफल होने की संभावना होती है।
क्या निर्माता के पास इस मामले में कोई विकल्प है? संक्षेप में, हां। वह विकल्प है एनीलिंग, और हालांकि यह पूरी तरह से जादुई नहीं है, लेकिन यह जादू के जितना करीब हो सकता है, उतना करीब है।
आम भाषा में कहें तो, तापानुशीतन से धातु पर पड़ने वाले भौतिक तनाव के सभी प्रभाव दूर हो जाते हैं। यह प्रक्रिया धातु को तनाव-मुक्ति या पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान तक गर्म कर देती है, जिससे अव्यवस्था समाप्त हो जाती है। तापानुशीतन प्रक्रिया में प्रयुक्त विशिष्ट तापमान और समय के आधार पर, यह प्रक्रिया इसकी कुछ या सभी तन्यता को पुनः स्थापित कर देती है।
एनीलिंग और नियंत्रित शीतलन कणों की वृद्धि को बढ़ावा देते हैं। यदि लक्ष्य सामग्री की भंगुरता को कम करना है तो यह लाभदायक है, लेकिन अनियंत्रित कणों की वृद्धि धातु को बहुत अधिक नरम कर सकती है, जिससे यह अपने इच्छित उपयोग के लिए अनुपयोगी हो जाती है। एनीलिंग प्रक्रिया को रोकना एक और लगभग जादुई चीज है। सही समय पर सही शमन एजेंट के साथ सही तापमान पर शमन करने से प्रक्रिया को तुरंत रोक दिया जाता है, जिससे स्टील के पुनर्प्राप्ति गुण प्राप्त होते हैं।
क्या हमें कठोरता विनिर्देश को छोड़ देना चाहिए? नहीं। कठोरता विशेषताएँ मुख्य रूप से स्टील पाइप को निर्दिष्ट करते समय संदर्भ बिंदु के रूप में मूल्यवान होती हैं। एक उपयोगी उपाय, कठोरता कई विशेषताओं में से एक है जिसे ट्यूबलर सामग्री का ऑर्डर करते समय निर्दिष्ट किया जाना चाहिए और रसीद पर जांच की जानी चाहिए (और प्रत्येक शिपमेंट के साथ दर्ज किया जाना चाहिए)। जब कठोरता निरीक्षण निरीक्षण मानक होता है, तो इसमें उपयुक्त पैमाने के मूल्य और नियंत्रण सीमाएँ होनी चाहिए।
हालांकि, यह सामग्री को योग्य बनाने (स्वीकार या अस्वीकार करने) के लिए सही परीक्षण नहीं है। कठोरता के अतिरिक्त, निर्माताओं को कभी-कभी ट्यूब के अनुप्रयोग के आधार पर अन्य प्रासंगिक गुणों, जैसे MYS, UTS, या न्यूनतम बढ़ाव का निर्धारण करने के लिए शिपमेंट का परीक्षण करना चाहिए।
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