Các giao thức thử nghiệm khác nhau (Brinell, Rockwell, Vickers) có các quy trình dành riêng cho dự án được thử nghiệm. Thử nghiệm Rockwell T phù hợp để kiểm tra các ống vách nhẹ bằng cách cắt ống theo chiều dọc và kiểm tra thành ống từ đường kính trong thay vì đường kính ngoài.
Đặt mua ống dẫn hơi giống như đến đại lý ô tô và đặt mua ô tô hoặc xe tải. Ngày nay, có nhiều tùy chọn cho phép người mua tùy chỉnh phương tiện theo nhiều cách khác nhau — màu sắc nội thất và ngoại thất, gói trang trí nội thất, tùy chọn kiểu dáng bên ngoài, lựa chọn hệ thống truyền động và hệ thống âm thanh gần như sánh ngang với hệ thống giải trí gia đình. Với tất cả các tùy chọn này, bạn có thể không hài lòng với một chiếc xe tiêu chuẩn, không rườm rà.
Ống thép chỉ có vậy. Nó có hàng ngàn tùy chọn hoặc thông số kỹ thuật. Ngoài kích thước, thông số kỹ thuật còn liệt kê một số tính chất cơ học và hóa học như cường độ năng suất tối thiểu (MYS), độ bền kéo cuối cùng (UTS) và độ giãn dài tối thiểu trước khi hỏng. Tuy nhiên, nhiều người trong ngành—kỹ sư, đại lý mua hàng và nhà sản xuất—sử dụng cách viết tắt được chấp nhận trong ngành yêu cầu sử dụng ống hàn "bình thường" và chỉ xác định một đặc điểm: độ cứng.
Hãy thử đặt mua một chiếc ô tô theo một đặc điểm duy nhất (“Tôi cần một chiếc ô tô có hộp số tự động”) và bạn sẽ không đi quá xa với người bán hàng. Anh ta phải điền vào một mẫu đơn đặt hàng với nhiều lựa chọn. Ống chỉ có vậy – để có được chiếc tẩu phù hợp cho ứng dụng, nhà sản xuất tẩu cần nhiều thông tin hơn là chỉ độ cứng.
Làm thế nào để độ cứng trở thành một chất thay thế được công nhận cho các tính chất cơ học khác? Có lẽ nó đã bắt đầu với một nhà sản xuất ống. Bởi vì việc kiểm tra độ cứng diễn ra nhanh chóng, dễ dàng và yêu cầu thiết bị tương đối rẻ tiền, những người bán ống thường sử dụng phương pháp kiểm tra độ cứng để so sánh hai ống. Để thực hiện kiểm tra độ cứng, tất cả những gì họ cần là một đoạn ống có chiều dài nhẵn và một giá đỡ để kiểm tra.
Độ cứng của ống tương quan tốt với UTS và theo nguyên tắc thông thường, tỷ lệ phần trăm hoặc phạm vi tỷ lệ phần trăm rất hữu ích trong việc ước tính MYS, do đó, thật dễ dàng để biết cách kiểm tra độ cứng có thể là đại diện phù hợp cho các thuộc tính khác.
Ngoài ra, các thử nghiệm khác tương đối phức tạp. Trong khi thử nghiệm độ cứng chỉ mất một phút hoặc lâu hơn trên một máy duy nhất, MYS, UTS và thử nghiệm độ giãn dài đòi hỏi phải chuẩn bị mẫu và đầu tư đáng kể vào thiết bị phòng thí nghiệm lớn. Để so sánh, người vận hành máy nghiền ống phải mất vài giây để thực hiện thử nghiệm độ cứng và hàng giờ để một kỹ thuật viên luyện kim chuyên nghiệp thực hiện thử nghiệm độ bền kéo. Không khó để thực hiện kiểm tra độ cứng.
Điều này không có nghĩa là các nhà sản xuất ống kỹ thuật không sử dụng thử nghiệm độ cứng. Có thể nói rằng hầu hết mọi người đều làm như vậy, nhưng vì họ thực hiện các đánh giá độ lặp lại và khả năng tái tạo của thiết bị đo trên tất cả các thiết bị thử nghiệm của mình nên họ nhận thức rõ các hạn chế của thử nghiệm. Hầu hết sử dụng đánh giá độ cứng của ống như một phần của quy trình sản xuất, nhưng họ không sử dụng nó để định lượng các đặc tính của ống. Đây chỉ là thử nghiệm đạt/không đạt.
Tại sao bạn cần biết về MYS, UTS và độ giãn dài tối thiểu? Chúng cho biết ống sẽ hoạt động như thế nào khi lắp ráp.
MYS là lực tối thiểu gây ra biến dạng vĩnh viễn cho vật liệu. Nếu bạn cố bẻ cong một chút dây thẳng (như móc áo) và nhả áp suất, một trong hai điều sẽ xảy ra: dây sẽ đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu (thẳng) hoặc nó sẽ vẫn bị uốn cong. Nếu dây vẫn thẳng, bạn chưa vượt qua MYS. Nếu dây vẫn bị uốn cong, bạn đã vượt quá giới hạn.
Bây giờ, hãy sử dụng kìm để kẹp cả hai đầu của dây. Nếu bạn có thể xé dây thành hai đoạn, thì bạn đã vượt qua UTS của nó. Bạn tạo lực căng lớn cho nó và bạn có hai sợi dây để thể hiện nỗ lực phi thường của mình. Nếu chiều dài ban đầu của dây là 5 inch và hai chiều dài sau khi hỏng cộng lại là 6 inch, thì dây sẽ được kéo dài thêm 1 inch hoặc 20%. Thử nghiệm độ giãn dài thực tế được đo trong phạm vi 2 inch tính từ điểm đứt, nhưng sao cũng được – khái niệm dây kéo minh họa cho UTS .
Các mẫu thép hiển vi quang học cần được cắt, đánh bóng và khắc bằng dung dịch axit nhẹ (thường là axit nitric và rượu (nitroethanol)) để làm cho các hạt có thể nhìn thấy được. Độ phóng đại 100 lần thường được sử dụng để kiểm tra các hạt thép và xác định kích thước hạt.
Độ cứng là một bài kiểm tra xem vật liệu phản ứng như thế nào với tác động. Hãy tưởng tượng đặt một đoạn ống ngắn vào một cái kẹp có răng cưa và xoay cái kẹp để đóng lại. Ngoài việc làm phẳng ống, các hàm của cái kẹp còn để lại vết lõm trên bề mặt của ống.
Đó là cách hoạt động của phép thử độ cứng, nhưng nó không thô bạo đến thế. Phép thử này có kích thước tác động được kiểm soát và áp suất được kiểm soát. Các lực này làm biến dạng bề mặt, tạo ra vết lõm hoặc vết lõm. Kích thước hoặc độ sâu của vết lõm xác định độ cứng của kim loại.
Để đánh giá thép, các phép thử độ cứng phổ biến là Brinell, Vickers và Rockwell. Mỗi loại có thang đo riêng và một số có nhiều phương pháp thử, chẳng hạn như Rockwell A, B và C. Đối với ống thép, Thông số kỹ thuật A513 của ASTM tham khảo phép thử Rockwell B (viết tắt là HRB hoặc RB). 60.
Các nhà khoa học vật liệu biết rằng độ cứng có liên quan tuyến tính với UTS. Do đó, một độ cứng nhất định có thể dự đoán UTS. Tương tự như vậy, các nhà sản xuất ống biết rằng MYS và UTS có liên quan với nhau. Đối với ống hàn, MYS thường bằng 70% đến 85% UTS. Lượng chính xác phụ thuộc vào quá trình chế tạo ống. Độ cứng của HRB 60 tương ứng với UTS là 60.000 pound trên inch vuông (PSI) và MYS là 80% hoặc 48.000 PSI.
Thông số kỹ thuật ống phổ biến nhất trong sản xuất nói chung là độ cứng tối đa. Ngoài kích thước, kỹ sư còn quan tâm đến việc chỉ định ống hàn điện trở hàn (ERW) trong phạm vi hoạt động tốt, có thể dẫn đến độ cứng tối đa có thể là HRB 60 tìm thấy trên bản vẽ thành phần. Quyết định này một mình dẫn đến một loạt các tính chất cơ học cuối cùng, bao gồm cả độ cứng.
Đầu tiên, độ cứng của HRB 60 không cho chúng ta biết nhiều. Việc đọc HRB 60 là một con số không có thứ nguyên. Vật liệu được đánh giá bằng HRB 59 mềm hơn vật liệu được thử nghiệm bằng HRB 60 và HRB 61 cứng hơn HRB 60, nhưng bằng bao nhiêu? Việc sử dụng HRB 60 không cho chúng tôi biết bất cứ điều gì cụ thể. Đây là đặc tính của vật liệu, nhưng không phải là đặc tính vật lý. Thứ hai, kiểm tra độ cứng không phù hợp với độ lặp lại hoặc khả năng tái tạo. Đánh giá hai vị trí trên một mẫu thử, ngay cả khi các vị trí thử nghiệm gần nhau, thường dẫn đến sự khác biệt lớn về chỉ số độ cứng. Vấn đề này phức tạp là bản chất của thử nghiệm. Sau khi một vị trí đã được đo, không thể đo lần thứ hai để xác minh kết quả. Khả năng lặp lại thử nghiệm là không thể.
Điều này không có nghĩa là việc kiểm tra độ cứng là bất tiện. Trên thực tế, nó cung cấp một hướng dẫn tốt cho UTS của vật liệu và đó là một phép thử nhanh chóng và dễ thực hiện. Tuy nhiên, mọi người tham gia vào việc chỉ định, mua và sản xuất ống nên biết về những hạn chế của nó như một thông số thử nghiệm.
Do ống “bình thường” không được định nghĩa rõ ràng nên khi cần, các nhà sản xuất ống thường thu hẹp nó thành hai loại ống thép và ống được sử dụng phổ biến nhất được xác định trong tiêu chuẩn ASTM A513: 1008 và 1010. Ngay cả sau khi loại bỏ tất cả các loại ống khác, khả năng về tính chất cơ học của hai loại ống này vẫn còn rất rộng mở. Trên thực tế, các loại ống này có phạm vi tính chất cơ học rộng nhất so với bất kỳ loại nào.
Ví dụ: một ống được mô tả là mềm nếu MYS thấp và độ giãn dài cao, điều đó có nghĩa là nó hoạt động tốt hơn ở độ bền kéo, độ võng và định hình so với một ống được mô tả là cứng, có MYS tương đối cao và độ giãn dài tương đối thấp. Điều này tương tự như sự khác biệt giữa dây mềm và dây cứng, chẳng hạn như móc áo và máy khoan.
Bản thân độ giãn dài là một yếu tố khác có tác động đáng kể đến các ứng dụng đường ống quan trọng. Ống có độ giãn dài cao có thể chịu được lực kéo;vật liệu có độ giãn dài thấp sẽ giòn hơn và do đó dễ bị hỏng kiểu mỏi nghiêm trọng hơn. Tuy nhiên, độ giãn dài không liên quan trực tiếp đến UTS, đây là đặc tính cơ học duy nhất liên quan trực tiếp đến độ cứng.
Tại sao tính chất cơ học của các ống lại khác nhau nhiều như vậy? Đầu tiên, thành phần hóa học là khác nhau. Thép là dung dịch rắn của sắt, cacbon và các hợp kim quan trọng khác. Để đơn giản, chúng ta sẽ chỉ xử lý phần trăm cacbon ở đây. Các nguyên tử cacbon thay thế một số nguyên tử sắt, tạo thành cấu trúc tinh thể của thép. M 1010 chỉ định hàm lượng carbon trong khoảng từ 0,08% đến 0,13%. Những khác biệt này có vẻ không lớn, nhưng chúng đủ lớn để tạo ra sự khác biệt lớn ở những nơi khác.
Thứ hai, ống thép có thể được chế tạo hoặc chế tạo và sau đó được xử lý trong bảy quy trình sản xuất khác nhau.ASTM A513 liên quan đến sản xuất ống ERW liệt kê bảy loại:
Nếu thành phần hóa học của thép và các bước sản xuất ống không ảnh hưởng đến độ cứng của thép thì đó là gì?
Thông tin chi tiết về các loại hạt tạo nên thép là câu trả lời đầu tiên. Khi thép được sản xuất tại một nhà máy thép sơ cấp, nó không nguội thành một khối lớn với một tính năng duy nhất. Khi thép nguội đi, các phân tử của thép tổ chức thành các mô hình lặp lại (tinh thể), tương tự như cách các bông tuyết hình thành. Các thớ thép rộng khoảng 64 µ hoặc 0,0025 inch. Mặc dù mỗi thớ thép tương tự như các thớ tiếp theo, nhưng chúng không giống nhau. Chúng hơi khác nhau về kích thước, hướng và hàm lượng carbon. Giao diện giữa các thớ được gọi là ranh giới thớ. Ví dụ, khi thép bị hỏng do các vết nứt do mỏi, nó có xu hướng bị hỏng dọc theo các đường biên của thớ.
Bạn phải nhìn bao xa để thấy rõ các hạt? Độ phóng đại 100 lần hoặc tầm nhìn của con người 100 lần là đủ. Tuy nhiên, chỉ cần nhìn vào thép chưa được xử lý ở 100 lần năng lượng sẽ không tiết lộ nhiều. Mẫu được chuẩn bị bằng cách đánh bóng mẫu và khắc bề mặt bằng axit (thường là axit nitric và rượu) được gọi là chất ăn mòn nitroethanol.
Chính các hạt và mạng bên trong của chúng quyết định độ bền va đập, MYS, UTS và độ giãn dài mà thép có thể chịu được trước khi hỏng.
Các bước sản xuất thép, chẳng hạn như cán nóng và nguội dải, tạo ứng suất vào cấu trúc hạt;nếu chúng thay đổi hình dạng vĩnh viễn, điều này có nghĩa là ứng suất làm biến dạng thớ thép. Các bước xử lý khác, chẳng hạn như cuộn thép thành cuộn, tháo cuộn và làm biến dạng các thớ thép thông qua máy nghiền ống (để tạo hình và kích thước ống). Kéo nguội ống trên trục cuốn cũng tạo áp lực lên vật liệu, cũng như các bước sản xuất như tạo hình và uốn đầu. Thay đổi cấu trúc thớ được gọi là trật khớp.
Các bước trên làm suy giảm độ dẻo của thép, đó là khả năng chịu ứng suất kéo (kéo mở). Thép trở nên giòn, có nghĩa là nó có nhiều khả năng bị gãy nếu bạn tiếp tục làm việc trên nó. Độ giãn dài là một thành phần của tính dẻo (khả năng nén là một yếu tố khác). Điều quan trọng là phải hiểu rằng sự hỏng hóc thường xảy ra nhất trong ứng suất kéo chứ không phải lực nén. Thép rất bền với ứng suất kéo do khả năng kéo dài tương đối cao. Tuy nhiên, thép dễ biến dạng dưới ứng suất nén - đó là tính dẻo - là một lợi thế.
Bê tông có cường độ nén cao nhưng độ dẻo thấp so với bê tông. Những đặc tính này trái ngược với thép. Đó là lý do tại sao bê tông được sử dụng cho đường, tòa nhà và vỉa hè thường được lắp với cốt thép. Kết quả là tạo ra một sản phẩm có sức mạnh của hai vật liệu: dưới sức căng, thép bền và dưới áp lực, bê tông.
Trong quá trình gia công nguội, khi độ dẻo của thép giảm, độ cứng của nó tăng lên. Nói cách khác, nó sẽ cứng lại. Tùy thuộc vào tình huống, đây có thể là một lợi ích;tuy nhiên, nó có thể là một nhược điểm vì độ cứng tương đương với độ giòn. Nghĩa là, khi thép trở nên cứng hơn, nó trở nên kém đàn hồi hơn;do đó, nó có nhiều khả năng thất bại.
Nói cách khác, mỗi bước quy trình tiêu thụ một số độ dẻo của ống. Nó trở nên khó hơn khi bộ phận hoạt động và nếu quá cứng thì về cơ bản là vô dụng. Độ cứng là độ giòn và ống giòn có khả năng bị hỏng khi sử dụng.
Nhà sản xuất có bất kỳ tùy chọn nào trong trường hợp này không? Tóm lại là có. Tùy chọn đó là ủ, và mặc dù nó không hoàn toàn kỳ diệu, nhưng nó gần giống như ma thuật mà bạn có thể nhận được.
Theo thuật ngữ phổ thông, ủ loại bỏ tất cả các tác động của ứng suất vật lý lên kim loại. Quá trình này làm nóng kim loại đến nhiệt độ giảm ứng suất hoặc nhiệt độ kết tinh lại, do đó loại bỏ sự lệch vị trí. Tùy thuộc vào nhiệt độ và thời gian cụ thể được sử dụng trong quá trình ủ, quá trình này sẽ khôi phục một phần hoặc toàn bộ tính dẻo của nó.
Quá trình ủ và làm mát có kiểm soát thúc đẩy sự phát triển của hạt. Điều này có lợi nếu mục tiêu là giảm độ giòn của vật liệu, nhưng sự phát triển của hạt không được kiểm soát có thể làm mềm kim loại quá nhiều, khiến kim loại không sử dụng được cho mục đích sử dụng. Dừng quá trình ủ là một điều gần như kỳ diệu khác. Làm nguội ở nhiệt độ thích hợp với chất làm nguội phù hợp vào đúng thời điểm sẽ khiến quá trình dừng lại nhanh chóng để thu được các đặc tính phục hồi của thép.
Chúng ta có nên bỏ thông số kỹ thuật về độ cứng không?
Tuy nhiên, đây không phải là phép thử thực sự để xác định chất lượng (chấp nhận hoặc từ chối) vật liệu. Ngoài độ cứng, các nhà sản xuất thỉnh thoảng nên kiểm tra các lô hàng để xác định các đặc tính liên quan khác, chẳng hạn như MYS, UTS hoặc độ giãn dài tối thiểu, tùy thuộc vào ứng dụng của ống.
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.
Tạp chí Tube & Pipe trở thành tạp chí đầu tiên chuyên phục vụ ngành công nghiệp ống kim loại vào năm 1990. Ngày nay, nó vẫn là ấn phẩm duy nhất ở Bắc Mỹ dành riêng cho ngành này và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia về đường ống.
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng truy cập vào các tài nguyên ngành có giá trị.
Phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí Tube & Pipe hiện có thể truy cập đầy đủ, giúp dễ dàng truy cập các tài nguyên công nghiệp có giá trị.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào ấn bản kỹ thuật số của Tạp chí DẤU, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào ấn bản kỹ thuật số của Báo cáo bồi đắp để tìm hiểu cách sử dụng sản xuất bồi đắp để cải thiện hiệu quả hoạt động và tăng lợi nhuận.
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, bạn có thể dễ dàng truy cập vào các tài nguyên ngành có giá trị.