هر پروتکل تست (برینل، راکول، ویکرز) دارای رویه‌هایی خاص برای شی مورد آزمایش است.

هر پروتکل تست (برینل، راکول، ویکرز) دارای رویه‌هایی خاص برای شی مورد آزمایش است.آزمون تی راکول برای آزمایش لوله های جدار نازک با برش طولی لوله و بررسی دیواره لوله با قطر داخلی به جای قطر خارجی مفید است.
سفارش لوله کمی شبیه رفتن به یک نمایندگی خودرو و سفارش خودرو یا کامیون است.اکنون گزینه‌های زیادی وجود دارد که به خریداران اجازه می‌دهد خودرو را به روش‌های مختلف سفارشی کنند - رنگ‌های داخلی و خارجی، بسته‌های تزئینی، گزینه‌های ظاهری بیرونی، انتخاب‌های پیشرانه، و یک سیستم صوتی که تقریباً به خوبی یک سیستم سرگرمی خانگی است.با همه این گزینه ها، احتمالاً با یک خودروی استاندارد بدون زواید راضی نخواهید بود.
این در مورد لوله های فولادی صدق می کند.هزاران گزینه یا مشخصات دارد.علاوه بر ابعاد، مشخصات، خواص شیمیایی و چندین ویژگی مکانیکی مانند حداقل استحکام تسلیم (MYS)، مقاومت کششی نهایی (UTS) و حداقل ازدیاد طول تا شکست را ذکر می‌کند.با این حال، بسیاری در صنعت - مهندسان، نمایندگان خرید و تولیدکنندگان - از خلاصه صنعت استفاده می کنند و لوله های جوش داده شده "ساده" را می طلبند و تنها یک ویژگی را ذکر می کنند: سختی.
سعی کنید با توجه به یک ویژگی ("من به یک ماشین با گیربکس اتوماتیک نیاز دارم") سفارش دهید و با فروشنده راه زیادی نخواهید رفت.او باید فرمی را با گزینه های زیادی پر کند.این مورد در مورد لوله های فولادی است: برای بدست آوردن یک لوله مناسب برای یک کاربرد، سازنده لوله به اطلاعات بسیار بیشتری نسبت به سختی نیاز دارد.
چگونه سختی به یک جایگزین پذیرفته شده برای سایر خواص مکانیکی تبدیل شد؟احتمالاً با تولیدکنندگان لوله شروع شد.از آنجایی که تست سختی سریع، آسان است و به تجهیزات نسبتاً ارزانی نیاز دارد، فروشندگان لوله اغلب از تست سختی برای مقایسه دو نوع لوله استفاده می کنند.تنها چیزی که آنها برای انجام تست سختی نیاز دارند یک قطعه لوله صاف و یک دستگاه تست است.
سختی لوله ارتباط نزدیکی با UTS دارد و یک قانون سرانگشتی (محدوده درصد یا درصد) برای تخمین MYS مفید است، بنابراین به راحتی می توان فهمید که چگونه تست سختی می تواند یک پروکسی مناسب برای سایر ویژگی ها باشد.
علاوه بر این، تست های دیگر نسبتا دشوار هستند.در حالی که تست سختی روی یک ماشین تنها حدود یک دقیقه طول می کشد، آزمایش های MYS، UTS و ازدیاد طول نیاز به آماده سازی نمونه و سرمایه گذاری قابل توجهی در تجهیزات آزمایشگاهی بزرگ دارند.در مقایسه، اپراتور آسیاب لوله تست سختی را در چند ثانیه کامل می کند، در حالی که یک متالورژیست متخصص تست کشش را در چند ساعت انجام می دهد.انجام تست سختی کار سختی نیست.
این بدان معنا نیست که سازندگان لوله های مهندسی از تست های سختی استفاده نمی کنند.به جرات می توان گفت که اکثریت این کار را انجام می دهند، اما از آنجایی که آنها تکرارپذیری و تکرارپذیری ابزار را در تمام تجهیزات تست ارزیابی می کنند، به خوبی از محدودیت های تست آگاه هستند.اکثر آنها از آن برای ارزیابی سختی لوله به عنوان بخشی از فرآیند ساخت استفاده می کنند، اما از آن برای تعیین کمیت خواص لوله استفاده نمی کنند.این فقط یک آزمون قبولی/عدم قبولی است.
چرا باید MYS، UTS و حداقل کشیدگی را بدانم؟آنها عملکرد مجموعه لوله را نشان می دهند.
MYS حداقل نیرویی است که باعث تغییر شکل دائمی مواد می شود.اگر سعی کنید یک تکه سیم مستقیم (مانند چوب لباسی) را کمی خم کنید و فشار را رها کنید، یکی از این دو اتفاق می افتد: به حالت اولیه خود (مستقیم) باز می گردد یا خمیده می ماند.اگر هنوز مستقیم است، پس هنوز از MYS غلبه نکرده اید.اگر هنوز خم است، از دست داده اید.
حالا دو سر سیم را با انبردست بگیرید.اگر بتوانید یک سیم را از وسط بشکنید، از UTS عبور کرده اید.آن را به سختی می کشی و دو تکه سیم برای نشان دادن تلاش های مافوق بشری داری.اگر طول اولیه سیم 5 اینچ باشد و دو طول پس از شکست به 6 اینچ برسد، سیم 1 اینچ یا 20 درصد کشیده می شود.آزمایش‌های کششی واقعی در 2 اینچ از نقطه شکست اندازه‌گیری می‌شوند، اما مهم نیست که چه چیزی - مفهوم کشش خط UTS را نشان می‌دهد.
نمونه های میکروگراف فولادی باید برش داده شوند، صیقل داده شوند و با محلول ضعیف اسیدی (معمولا اسید نیتریک و الکل) اچ شوند تا دانه ها قابل مشاهده باشند.معمولاً برای بررسی دانه های فولادی و تعیین اندازه آنها از بزرگنمایی 100 برابر استفاده می شود.
سختی آزمونی است که نشان می دهد چگونه یک ماده در برابر ضربه واکنش نشان می دهد.تصور کنید که یک لوله با طول کوتاه در یک گیره با فک های دندانه دار قرار داده شده و تکان داده شود تا گیره بسته شود.فک های گیره علاوه بر تراز کردن لوله، اثری بر روی سطح لوله می گذارند.
تست سختی به این صورت است، اما آنقدرها هم خشن نیست.این تست دارای اندازه ضربه کنترل شده و فشار کنترل شده است.این نیروها سطح را تغییر شکل می دهند و باعث ایجاد فرورفتگی یا فرورفتگی می شوند.اندازه یا عمق فرورفتگی سختی فلز را تعیین می کند.
هنگام ارزیابی فولاد، معمولاً از آزمون های سختی برینل، ویکرز و راکول استفاده می شود.هر کدام مقیاس مخصوص به خود را دارند و برخی از آنها دارای چندین روش تست مانند Rockwell A، B، C و غیره هستند. برای لوله های فولادی، مشخصات ASTM A513 به تست Rockwell B (به اختصار HRB یا RB) اشاره دارد.تست راکول B تفاوت نیروی نفوذ یک توپ فولادی با قطر 1/16 اینچ در فولاد را بین یک پیش بار سبک و یک بار پایه 100 کیلوگرمی اندازه گیری می کند.یک نتیجه معمولی برای فولاد نرم استاندارد HRB 60 است.
دانشمندان مواد می دانند که سختی رابطه خطی با UTS دارد.بنابراین، سختی داده شده UTS را پیش بینی می کند.به طور مشابه، سازنده لوله می داند که MYS و UTS به هم مرتبط هستند.برای لوله های جوش داده شده، MYS معمولاً 70٪ تا 85٪ UTS است.مقدار دقیق بستگی به فرآیند تولید لوله دارد.سختی HRB 60 مطابق با UTS 60000 پوند بر اینچ مربع (PSI) و حدود 80% MYS است که 48000 PSI است.
رایج ترین مشخصات لوله برای تولید عمومی حداکثر سختی است.علاوه بر اندازه، مهندسان همچنین علاقه مند به مشخص کردن لوله های جوشی مقاومتی (ERW) در محدوده عملیاتی خوب هستند، که می تواند منجر به نقشه های قطعات با حداکثر سختی احتمالی HRB 60 شود. این تصمیم به تنهایی منجر به تعدادی خواص مکانیکی انتهایی می شود از جمله خود سختی
اول، سختی HRB 60 چیز زیادی به ما نمی گوید.قرائت HRB 60 یک عدد بدون بعد است.موادی که در HRB 59 رتبه بندی شده اند، نرم تر از مواد آزمایش شده در HRB 60 هستند، و HRB 61 سخت تر از HRB 60 هستند، اما چقدر؟نمی‌توان آن را مانند حجم (اندازه‌گیری شده در دسی‌بل)، گشتاور (اندازه‌گیری شده بر حسب پوند فوت)، سرعت (اندازه‌گیری شده در فاصله در مقابل زمان)، یا UTS (اندازه‌گیری شده بر حسب پوند بر اینچ مربع) کمیت کرد.خواندن HRB 60 چیز خاصی را به ما نمی گوید.این یک خاصیت مادی است نه یک خاصیت فیزیکی.ثانیاً، تعیین سختی به خودی خود برای اطمینان از تکرارپذیری یا تکرارپذیری مناسب نیست.ارزیابی دو محل روی یک نمونه، حتی اگر محل های آزمایش نزدیک به هم باشند، اغلب منجر به خوانش سختی بسیار متفاوت می شود.ماهیت آزمایش ها این مشکل را تشدید می کند.پس از یک اندازه گیری موقعیت، نمی توان اندازه گیری دوم را برای بررسی نتیجه انجام داد.تکرار تست امکان پذیر نیست.
این بدان معنا نیست که اندازه گیری سختی ناخوشایند است.در واقع، این راهنمای خوبی برای موارد UTS است، و یک تست سریع و آسان است.با این حال، هر کسی که در تعریف، تهیه و ساخت لوله‌ها نقش دارد، باید از محدودیت‌های آن‌ها به عنوان پارامتر آزمایش آگاه باشد.
از آنجایی که لوله «معمولی» به وضوح تعریف نشده است، سازندگان لوله معمولاً آن را به دو نوع فولاد و لوله که در ASTM A513:1008 و 1010 مورد استفاده قرار می‌گیرند محدود می‌کنند.حتی پس از حذف سایر انواع لوله ها، احتمال خواص مکانیکی این دو نوع لوله باز است.در واقع این نوع لوله ها دارای وسیع ترین طیف خواص مکانیکی در بین انواع لوله ها هستند.
به عنوان مثال، اگر MYS کم و ازدیاد طول زیاد باشد، یک لوله نرم در نظر گرفته می شود، به این معنی که از نظر کشش، تغییر شکل و تغییر شکل دائمی بهتر از لوله توصیف شده به عنوان صلب است که دارای MYS نسبتاً بالا و کشیدگی نسبتاً کم است. ..این مشابه تفاوت بین سیم نرم و سیم سخت مانند رخت آویز و مته است.
ازدیاد طول خود عامل دیگری است که تأثیر قابل توجهی بر کاربردهای حیاتی لوله دارد.لوله های با کشیدگی بالا می توانند کشش را تحمل کنند.مواد با کشیدگی کم شکننده تر هستند و بنابراین بیشتر مستعد شکست خستگی فاجعه بار هستند.با این حال، ازدیاد طول ارتباط مستقیمی با UTS ندارد، که تنها خاصیت مکانیکی است که مستقیماً با سختی مرتبط است.
چرا لوله ها از نظر خواص مکانیکی بسیار متفاوت هستند؟اول، ترکیب شیمیایی متفاوت است.فولاد محلول جامدی از آهن و کربن و سایر آلیاژهای مهم است.برای سادگی، فقط به درصد کربن می پردازیم.اتم های کربن جایگزین برخی از اتم های آهن می شوند و ساختار کریستالی فولاد را ایجاد می کنند.ASTM 1008 یک گرید اولیه جامع با محتوای کربن از 0٪ تا 0.10٪ است.صفر عدد خاصی است که خواص منحصر به فردی را در محتوای کربن بسیار کم در فولاد ارائه می دهد.ASTM 1010 محتوای کربن را از 0.08٪ تا 0.13٪ تعریف می کند.این تفاوت ها زیاد به نظر نمی رسند، اما برای ایجاد تفاوت بزرگ در جاهای دیگر کافی هستند.
ثانیاً، لوله‌های فولادی را می‌توان تولید یا تولید کرد و متعاقباً در هفت فرآیند تولید مختلف پردازش کرد.ASTM A513 در مورد تولید لوله های ERW هفت نوع را فهرست می کند:
اگر ترکیب شیمیایی فولاد و مراحل ساخت لوله بر سختی فولاد تاثیری نداشته باشد، پس چه؟پاسخ به این سوال به معنای مطالعه دقیق جزئیات است.این سوال منجر به دو سوال دیگر می شود: چه جزئیات و چقدر نزدیک؟
اطلاعات دقیق در مورد دانه های تشکیل دهنده فولاد اولین پاسخ است.وقتی فولاد در یک آسیاب اولیه تولید می شود، با یک خاصیت به یک توده عظیم تبدیل نمی شود.همانطور که فولاد سرد می شود، مولکول های آن الگوهای تکراری (کریستال) را تشکیل می دهند، شبیه به شکل گیری دانه های برف.پس از تشکیل کریستال ها، آنها را در گروه هایی به نام دانه ها ترکیب می کنند.همانطور که دانه ها سرد می شوند، رشد می کنند و کل ورقه یا صفحه را تشکیل می دهند.رشد دانه زمانی متوقف می شود که آخرین مولکول فولاد توسط دانه جذب شود.همه اینها در سطح میکروسکوپی اتفاق می افتد، با یک دانه فولادی با اندازه متوسط ​​حدود 64 میکرون یا 0.0025 اینچ عرض دارد.در حالی که هر دانه مشابه دانه بعدی است، آنها یکسان نیستند.آنها از نظر اندازه، جهت و محتوای کربن کمی با یکدیگر متفاوت هستند.فصل مشترک بین دانه ها را مرز دانه می گویند.هنگامی که فولاد شکست می خورد، برای مثال به دلیل ترک های ناشی از خستگی، تمایل به شکست در مرزهای دانه دارد.
برای دیدن ذرات متمایز چقدر باید نگاه کرد؟بزرگنمایی 100 برابر یا 100 برابر حدت بینایی چشم انسان کافی است.با این حال، نگاه ساده به فولاد خام تا توان 100 کار چندانی انجام نمی دهد.نمونه ها از صیقل دادن نمونه و اچ کردن سطح با اسید، معمولاً اسید نیتریک و الکل تهیه می شود که به آن اچ با اسید نیتریک می گویند.
این دانه ها و شبکه داخلی آنها هستند که استحکام ضربه، MYS، UTS و ازدیاد طولی که فولاد می تواند قبل از شکست تحمل کند را تعیین می کند.
مراحل فولادسازی مانند نورد نوار گرم و سرد، تنش را به ساختار دانه منتقل می کند.اگر دائماً شکل آنها تغییر کند، به این معنی است که تنش دانه ها را تغییر شکل داده است.سایر مراحل پردازش مانند سیم پیچی فولاد به شکل سیم پیچ، باز کردن و عبور از یک آسیاب لوله (برای تشکیل لوله و اندازه) دانه های فولاد را تغییر شکل می دهد.کشش سرد لوله بر روی سنبه نیز مانند مراحل ساخت مانند شکل‌دهی انتهایی و خمش، بر مواد فشار وارد می‌کند.تغییرات در ساختار دانه را دررفتگی می گویند.
مراحل فوق باعث کاهش شکل پذیری فولاد، توانایی آن در مقاومت در برابر تنش کششی (پارگی) می شود.فولاد شکننده می شود، به این معنی که در صورت ادامه کار با فولاد، احتمال شکستن آن بیشتر است.ازدیاد طول یکی از اجزای پلاستیسیته است (تراکم پذیری جزء دیگر).درک این نکته مهم است که در اینجا شکست اغلب در کشش رخ می دهد و نه در فشرده سازی.فولاد به دلیل ازدیاد طول نسبتا زیاد در برابر تنش های کششی کاملاً مقاوم است.با این حال، فولاد به راحتی تحت تنش فشاری تغییر شکل می‌دهد - شکل‌پذیر است - که یک مزیت است.
این را با بتن مقایسه کنید که مقاومت فشاری بسیار بالایی دارد اما شکل پذیری کمی دارد.این خواص برخلاف فولاد است.به همین دلیل است که بتن مورد استفاده برای جاده ها، ساختمان ها و پیاده روها اغلب تقویت می شود.نتیجه محصولی است که دارای مقاومت هر دو ماده است: فولاد در کشش و بتن در فشار قوی است.
در هنگام سخت شدن، شکل پذیری فولاد کاهش می یابد و سختی آن افزایش می یابد.به عبارت دیگر سفت می شود.بسته به موقعیت، این می تواند یک مزیت باشد، اما همچنین می تواند یک نقطه ضعف باشد، زیرا سختی برابر با شکنندگی است.یعنی هرچه فولاد سخت‌تر باشد، کشش آن کمتر است و در نتیجه احتمال شکست آن بیشتر می‌شود.
به عبارت دیگر، هر مرحله از فرآیند نیاز به شکل پذیری لوله دارد.همانطور که قطعه پردازش می شود، سنگین تر می شود و اگر بیش از حد سنگین باشد، در اصل بی فایده است.سختی شکنندگی است و لوله های شکننده در حین استفاده مستعد خرابی هستند.
آیا سازنده در این مورد گزینه هایی دارد؟به طور خلاصه بله.این گزینه بازپخت است و اگرچه دقیقاً جادویی نیست، اما تقریباً جادویی است.
به زبان ساده، بازپخت تمام اثرات ضربه فیزیکی روی فلزات را از بین می برد.در این فرآیند، فلز تا دمای کاهش تنش یا تبلور مجدد گرم می شود که منجر به حذف نابجایی ها می شود.بنابراین، این فرآیند بسته به دما و زمان خاص مورد استفاده در فرآیند بازپخت، انعطاف پذیری را تا حدی یا به طور کامل بازیابی می کند.
بازپخت و خنک سازی کنترل شده باعث رشد دانه می شود.اگر هدف کاهش شکنندگی مواد باشد، مفید است، اما رشد غیرقابل کنترل دانه می تواند فلز را بیش از حد نرم کند و آن را برای استفاده مورد نظر غیرقابل استفاده کند.توقف فرآیند بازپخت یکی دیگر از چیزهای تقریبا جادویی است.کوئنچ در دمای مناسب با عامل سخت کننده مناسب در زمان مناسب به سرعت فرآیند را متوقف می کند و خواص فولاد را بازیابی می کند.
آیا باید مشخصات سختی را رها کنیم؟نهخواص سختی، اول از همه، به عنوان یک راهنما در تعیین ویژگی های لوله های فولادی ارزشمند است.سختی یک اندازه گیری مفید و یکی از چندین ویژگی است که باید هنگام سفارش مواد لوله ای مشخص شود و پس از دریافت بررسی شود (مستند شده برای هر محموله).هنگامی که یک تست سختی به عنوان یک استاندارد تست استفاده می شود، باید دارای مقادیر مقیاس مناسب و محدودیت های کنترلی باشد.
با این حال، این یک آزمون واقعی برای قبولی (پذیرش یا رد) مطالب نیست.علاوه بر سختی، تولیدکنندگان باید هر از چندگاهی محموله ها را بررسی کنند تا سایر خصوصیات مرتبط مانند MYS، UTS، یا حداقل کشیدگی را، بسته به کاربرد لوله، تعیین کنند.
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.
Tube & Pipe Journal در سال 1990 به عنوان اولین مجله اختصاص داده شده به صنعت لوله های فلزی راه اندازی شد.امروزه، این تنها نشریه صنعتی در آمریکای شمالی است و به معتبرترین منبع اطلاعات برای متخصصان لوله‌سازی تبدیل شده است.
دسترسی دیجیتالی کامل به FABRICATOR اکنون در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می کند.
اکنون دسترسی دیجیتالی کامل به The Tube & Pipe Journal در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می کند.
از دسترسی دیجیتالی کامل به STAMPING Journal، مجله بازار مهر و موم فلزات با آخرین پیشرفت های تکنولوژیکی، بهترین شیوه ها و اخبار صنعت لذت ببرید.
دسترسی کامل به نسخه دیجیتال The Fabricator en Español اکنون در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می کند.
در قسمت دوم نمایش دو قسمتی ما با آدام هفنر، مالک و موسس فروشگاه نشویل…