Protokolle të ndryshme testimi (Brinell, Rockwell, Vickers) kanë procedura specifike për projektin nën testim. Testi Rockwell T është i përshtatshëm për inspektimin e tubave me mure të lehta duke e prerë tubin për së gjati dhe duke e testuar murin nga diametri i brendshëm në vend të diametrit të jashtëm.
Porositja e një tubi është pak si të shkosh në një shitës makinash dhe të porositësh një makinë ose kamion. Sot, opsionet e shumta në dispozicion u lejojnë blerësve ta personalizojnë automjetin në një sërë mënyrash - ngjyrat e brendshme dhe të jashtme, paketat e zbukurimeve të brendshme, opsionet e stilimit të jashtëm, zgjedhjet e sistemit të fuqisë dhe një sistem audio që pothuajse rivalizon një sistem argëtimi në shtëpi. Duke pasur parasysh të gjitha këto opsione, mund të mos jeni të kënaqur me një automjet standard dhe pa shumë detaje.
Tubat e çelikut janë pikërisht kjo. Ka mijëra opsione ose specifikime. Përveç dimensioneve, specifikimi rendit vetitë kimike dhe disa veti mekanike, të tilla si forca minimale e rrjedhjes (MYS), forca maksimale në tërheqje (UTS) dhe zgjatja minimale para dështimit. Megjithatë, shumë në industri - inxhinierë, agjentë blerjesh dhe prodhues - përdorin shkurtime të pranuara të industrisë që kërkojnë përdorimin e tubave të salduar "normalë" dhe specifikojnë vetëm një karakteristikë: fortësinë.
Provo të porositësh një makinë sipas një karakteristike të vetme ("Më duhet një makinë me transmision automatik") dhe nuk do të shkosh shumë larg me një shitës. Ai duhet të plotësojë një formular porosie me shumë opsione. Tubi është pikërisht kjo - për të marrë tubin e duhur për aplikimin, prodhuesi i tubave ka nevojë për më shumë informacion sesa vetëm fortësia.
Si bëhet fortësia një zëvendësim i njohur për vetitë e tjera mekanike? Ndoshta filloi me një prodhues tubash. Meqenëse testimi i fortësisë është i shpejtë, i lehtë dhe kërkon pajisje relativisht të lira, shitësit e tubave shpesh përdorin testimin e fortësisë për të krahasuar dy tuba. Për të kryer një test fortësie, e tëra çfarë u nevojitet është një gjatësi e lëmuar tubi dhe një stendë prove.
Fortësia e tubit korrelon mirë me UTS, dhe si rregull i përgjithshëm, përqindjet ose diapazoni i përqindjes janë të dobishme në vlerësimin e MYS, kështu që është e lehtë të shihet se si testimi i fortësisë mund të jetë një përfaqësim i përshtatshëm për vetitë e tjera.
Gjithashtu, testet e tjera janë relativisht komplekse. Ndërsa testimi i fortësisë zgjat vetëm një minutë a më shumë në një makinë të vetme, testimi i MYS, UTS dhe i zgjatjes kërkon përgatitjen e mostrës dhe investime të konsiderueshme në pajisje të mëdha laboratorike. Si krahasim, një operatori të mullirit të tubave i duhen sekonda për të kryer një test fortësie dhe orë për një teknik metalurgjik profesionist për të kryer një test tërheqjeje. Nuk është e vështirë të kryhet një kontroll i fortësisë.
Kjo nuk do të thotë që prodhuesit e tubave të projektuar nuk përdorin testimin e fortësisë. Mund të thuhet me siguri se shumica e njerëzve e bëjnë këtë, por për shkak se ata bëjnë vlerësime të përsëritshmërisë dhe riprodhueshmërisë me anë të matësit në të gjitha pajisjet e tyre të testimit, ata janë të vetëdijshëm për kufizimet e testit. Shumica e përdorin vlerësimin e fortësisë së tubit si pjesë të procesit të prodhimit, por nuk e përdorin atë për të përcaktuar vetitë e tubit. Ky është vetëm një test kalimtar/dështim.
Pse duhet të dini rreth MYS, UTS dhe zgjatimit minimal? Ato tregojnë se si do të sillet tubi gjatë montimit.
MYS është forca minimale që shkakton deformim të përhershëm të materialit. Nëse përpiqeni të përkulni pak një tel të drejtë (si një varëse rrobash) dhe të lironi presionin, do të ndodhë një nga dy gjërat: ai do të kthehet në gjendjen e tij origjinale (drejt) ose do të mbetet i përkulur. Nëse është ende i drejtë, nuk e keni kaluar MYS-in. Nëse është ende i përkulur, e keni tejkaluar atë.
Tani, përdorni pinca për të shtrënguar të dy skajet e telit. Nëse mund ta grisni telin në dy pjesë, e keni tejkaluar UTS-në e tij. I vendosni shumë tension dhe keni dy tela për të treguar përpjekjen tuaj mbinjerëzore. Nëse gjatësia origjinale e telit është 5 inç, dhe dy gjatësitë pas prishjes arrijnë në 6 inç, teli është shtrirë me 1 inç, ose 20%. Testi aktual i zgjatjes matet brenda 2 inçëve nga pika e prishjes, por sidoqoftë - koncepti i telit tërheqës ilustron UTS-në.
Mostrat fotomikrografike të çelikut duhet të priten, të lëmohen dhe të gdhenden duke përdorur një tretësirë ​​paksa acidike (zakonisht acid nitrik dhe alkool (nitroetanol)) për t'i bërë kokrrat të dukshme. Zmadhimi 100x përdoret zakonisht për të inspektuar kokrrat e çelikut dhe për të përcaktuar madhësinë e kokrrave.
Fortësia është një provë se si një material reagon ndaj goditjes. Imagjinoni të vendosni një copë të shkurtër tubi në një mengë me nofulla të dhëmbëzuara dhe ta rrotulloni mengën për ta mbyllur. Përveç rrafshimit të tubit, nofullat e mengës lënë edhe gropëza në sipërfaqen e tubit.
Kështu funksionon testi i fortësisë, por nuk është aq i ashpër. Ky test ka një madhësi të kontrolluar të impaktit dhe një presion të kontrolluar. Këto forca deformojnë sipërfaqen, duke krijuar një gropëzim ose gropëzimin. Madhësia ose thellësia e gropës përcakton fortësinë e metalit.
Për vlerësimin e çelikut, testet e zakonshme të fortësisë janë Brinell, Vickers dhe Rockwell. Secili ka shkallën e vet, dhe disa kanë metoda të shumëfishta testimi, të tilla si Rockwell A, B dhe C. Për tubat e çelikut, Specifikimi ASTM A513 i referohet testit Rockwell B (shkurtuar si HRB ose RB). Testi Rockwell B mat ndryshimin në depërtimin e çelikut nga një top çeliku me diametër 1⁄16 inç midis një ngarkese paraprake të vogël dhe një ngarkese primare prej 100 kgf. Një rezultat tipik për çelikun e butë standard është HRB 60.
Shkencëtarët e materialeve e dinë që fortësia është linearisht e lidhur me UTS-në. Prandaj, një fortësi e caktuar mund të parashikojë UTS-në. Po kështu, prodhuesit e tubave e dinë që MYS dhe UTS janë të lidhur. Për tubat e salduar, MYS është zakonisht 70% deri në 85% të UTS-së. Sasia e saktë varet nga procesi i prodhimit të tubit. Fortësia e HRB 60 korrespondon me një UTS prej 60,000 paundësh për inç katror (PSI) dhe një MYS prej 80%, ose 48,000 PSI.
Specifikimi më i zakonshëm i tubave në prodhimin e përgjithshëm është fortësia maksimale. Përveç madhësisë, inxhinieri ishte i shqetësuar edhe me specifikimin e një tubi të salduar me rezistencë elektrike (ERW) brenda një diapazoni të mirë pune, gjë që mund të rezultonte në një fortësi maksimale prej ndoshta HRB 60 që të gjendej në vizatimin e komponentëve. Vetëm ky vendim çon në një gamë të vetive mekanike përfundimtare, duke përfshirë vetë fortësinë.
Së pari, fortësia e HRB 60 nuk na tregon shumë. Leximi i HRB 60 është një numër pa dimensione. Materiali i vlerësuar me HRB 59 është më i butë se materiali i testuar me HRB 60, dhe HRB 61 është më i fortë se HRB 60, por me sa? Nuk mund të përcaktohet sasia si vëllimi (i matur në decibel), çift rrotullues (i matur në paund-këmbë), shpejtësia (e matur në distancë në lidhje me kohën) ose UTS (e matur në paund për inç katror). Leximi i HRB 60 nuk na tregon asgjë specifike. Kjo është një veti e materialit, por jo një veti fizike. Së dyti, testimi i fortësisë nuk është i përshtatshëm për përsëritshmëri ose riprodhueshmëri. Vlerësimi i dy vendndodhjeve në një mostër testimi, edhe nëse vendndodhjet e testimit janë afër njëra-tjetrës, shpesh rezulton në një ndryshim të madh në leximet e fortësisë. Për ta përkeqësuar këtë çështje është natyra e testit. Pasi të jetë matur një pozicion, ai nuk mund të matet një herë të dytë për të verifikuar rezultatet. Përsëritshmëria e testit nuk është e mundur.
Kjo nuk do të thotë që testimi i fortësisë është i papërshtatshëm. Në fakt, ai ofron një udhëzues të mirë për UTS-në e një materiali dhe është një test i shpejtë dhe i lehtë për t'u kryer. Megjithatë, të gjithë ata që janë të përfshirë në specifikimin, blerjen dhe prodhimin e tubave duhet të jenë të vetëdijshëm për kufizimet e tij si një parametër testimi.
Meqenëse tubi "normal" nuk është i përcaktuar mirë, kur është e nevojshme, prodhuesit e tubave shpesh e kufizojnë atë në dy tubat e çelikut dhe llojet e tubave më të përdorura të përcaktuara në ASTM A513: 1008 dhe 1010. Edhe pas eliminimit të të gjitha llojeve të tjera të tubave, mundësitë në aspektin e vetive mekanike të këtyre dy llojeve të tubave janë të hapura. Në fakt, këto lloje tubash kanë gamën më të gjerë të vetive mekanike të çdo lloji.
Për shembull, një tub përshkruhet si i butë nëse MYS është i ulët dhe zgjatimi është i lartë, që do të thotë se ai performon më mirë në tërheqje, devijim dhe ngurtësim sesa një tub i përshkruar si i fortë, i cili ka një MYS relativisht të lartë dhe zgjatim relativisht të ulët. Kjo është e ngjashme me ndryshimin midis telit të butë dhe të fortë, siç janë varëset e rrobave dhe trapanët.
Zgjatimi në vetvete është një faktor tjetër që ka një ndikim të rëndësishëm në aplikimet kritike të tubave. Tubat me zgjatim të lartë mund t'i rezistojnë forcave tërheqëse; materialet me zgjatim të ulët janë më të brishtë dhe për këtë arsye më të prirur ndaj dështimeve katastrofike të tipit lodhje. Megjithatë, zgjatimi nuk lidhet drejtpërdrejt me UTS, e cila është e vetmja veti mekanike që lidhet drejtpërdrejt me fortësinë.
Pse ndryshojnë kaq shumë vetitë mekanike të tubave? Së pari, përbërja kimike është e ndryshme. Çeliku është një tretësirë ​​e ngurtë e hekurit dhe karbonit dhe lidhjeve të tjera të rëndësishme. Për thjeshtësi, ne do të merremi vetëm me përqindjet e karbonit këtu. Atomet e karbonit zëvendësojnë disa nga atomet e hekurit, duke formuar strukturën kristalore të çelikut. ASTM 1008 është një gradë primare gjithëpërfshirëse me një përmbajtje karboni nga 0% deri në 0.10%. Zero është një numër shumë i veçantë që prodhon veti unike kur përmbajtja e karbonit në çelik është ultra e ulët. ASTM 1010 specifikon një përmbajtje karboni midis 0.08% dhe 0.13%. Këto ndryshime nuk duken të mëdha, por janë mjaft të mëdha për të bërë një ndryshim të madh diku tjetër.
Së dyti, tubi i çelikut mund të fabrikohet ose të prodhohet dhe më pas të përpunohet në shtatë procese të ndryshme prodhimi. ASTM A513 që lidhet me prodhimin e tubave ERW liston shtatë lloje:
Nëse përbërja kimike e çelikut dhe hapat e prodhimit të tubave nuk kanë efekt në fortësinë e çelikut, atëherë çfarë efekti ka? Përgjigja e kësaj pyetjeje do të thotë të shqyrtosh me kujdes detajet. Kjo pyetje ngre dy pyetje të tjera: Cilat detaje dhe sa afër?
Detajet rreth kokrrizave që përbëjnë çelikun janë përgjigjja e parë. Kur çeliku prodhohet në një fabrikë çeliku primar, ai nuk ftohet në një bllok të madh me një veçori të vetme. Ndërsa çeliku ftohet, molekulat e çelikut organizohen në modele përsëritëse (kristale), ngjashëm me mënyrën se si formohen flokët e dëborës. Pasi formohen kristalet, ato grumbullohen në grupe të quajtura kokrriza. Ndërsa ftohja përparon, kokrrizat rriten dhe formohen në të gjithë fletën ose pllakën. Kokrrizat ndalojnë së rrituri ndërsa molekulat e fundit të çelikut thithen nga kokrrizat. E gjithë kjo ndodh në nivel mikroskopik sepse madhësia mesatare e kokrrizave të çelikut është rreth 64 µ ose 0.0025 inç e gjerë. Ndërsa çdo kokërr është e ngjashme me tjetrën, ato nuk janë të njëjta. Ato ndryshojnë pak në madhësi, orientim dhe përmbajtje karboni. Ndërfaqja midis kokrrizave quhet kufi i kokrrizave. Kur çeliku dështon, për shembull për shkak të çarjeve nga lodhja, ai tenton të dështojë përgjatë kufijve të kokrrizave.
Sa larg duhet të shikoni për të parë kokrriza të dallueshme? Mjafton një zmadhim 100x, ose shikimi njerëzor 100x. Megjithatë, vetëm shikimi i çelikut të patrajtuar me fuqi 100 herë më të lartë nuk zbulon shumë. Mostra përgatitet duke e lëmuar mostrën dhe duke e gdhendur sipërfaqen me një acid (zakonisht acid nitrik dhe alkool) të quajtur një gdhendës nitroetanoli.
Janë kokrrat dhe rrjeta e tyre e brendshme që përcaktojnë rezistencën ndaj goditjes, MYS, UTS dhe zgjatjen që një çelik mund t'i rezistojë para dështimit.
Hapat e prodhimit të çelikut, siç janë petëzimi i nxehtë dhe i ftohtë i shiritit, ushtrojnë stres në strukturën e kokrrizave; nëse ato ndryshojnë përgjithmonë formën, kjo do të thotë që stresi deformon kokrrizat. Hapa të tjerë të përpunimit, siç janë mbështjellja e çelikut në spirale, zhmbështjellja e tij dhe deformimi i kokrrizave të çelikut përmes një mulliri tubash (për të formuar dhe për të dhënë madhësinë e tubit). Tërheqja e ftohtë e tubit në mandrel gjithashtu ushtron presion mbi materialin, ashtu si edhe hapat e prodhimit siç janë formimi i skajeve dhe përkulja. Ndryshimet në strukturën e kokrrizave quhen zhvendosje.
Hapat e mësipërm pakësojnë duktilitetin e çelikut, që është aftësia e tij për t'i bërë ballë stresit në tërheqje (hapje-tërheqje). Çeliku bëhet i brishtë, që do të thotë se ka më shumë gjasa të thyhet nëse vazhdoni të punoni me të. Zgjatimi është një komponent i duktilitetit (ngjeshshmëria është një tjetër). Është e rëndësishme të kuptohet se dështimi ndodh më shpesh gjatë stresit në tërheqje, jo gjatë ngjeshjes. Çeliku është shumë rezistent ndaj stresit në tërheqje për shkak të kapacitetit të tij relativisht të lartë të zgjatjes. Megjithatë, çeliku deformohet lehtësisht nën stresin në shtypje - është duktil - gjë që është një avantazh.
Betoni ka rezistencë të lartë ndaj shtypjes, por duktilitet të ulët në krahasim me betonin. Këto veti janë të kundërta me ato të çelikut. Kjo është arsyeja pse betoni i përdorur për rrugë, ndërtesa dhe trotuare shpesh pajiset me armatura. Rezultati është një produkt me rezistencën e dy materialeve: nën tension, çeliku është i fortë dhe nën presion, betoni.
Gjatë përpunimit në të ftohtë, ndërsa duktiliteti i çelikut zvogëlohet, fortësia e tij rritet. Me fjalë të tjera, ai do të ngurtësohet. Në varësi të situatës, kjo mund të jetë një përfitim; megjithatë, mund të jetë një disavantazh pasi fortësia barazohet me brishtësinë. Kjo do të thotë, ndërsa çeliku bëhet më i fortë, ai bëhet më pak elastik; prandaj, ka më shumë gjasa të dështojë.
Me fjalë të tjera, çdo hap i procesit konsumon një pjesë të duktilitetit të tubit. Ai bëhet më i fortë ndërsa pjesa punon, dhe nëse është shumë i fortë është praktikisht i padobishëm. Fortësia është brishtësi, dhe një tub i brishtë ka të ngjarë të dështojë kur përdoret.
A ka prodhuesi ndonjë mundësi në këtë rast? Shkurt, po. Ky opsion është kalitja, dhe ndërsa nuk është tamam magjik, është sa më afër magjisë që mund të jesh.
Me fjalë të thjeshta, pjekjeja largon të gjitha efektet e stresit fizik në metal. Ky proces e ngroh metalin në një temperaturë lehtësimi të stresit ose rikristalizimi, duke eliminuar kështu zhvendosjet. Në varësi të temperaturës dhe kohës specifike të përdorur në procesin e pjekjes, procesi kështu rikthen një pjesë ose të gjithë duktilitetin e tij.
Pjekja dhe ftohja e kontrolluar nxisin rritjen e kokrrizave. Kjo është e dobishme nëse qëllimi është të zvogëlohet brishtësia e materialit, por rritja e pakontrolluar e kokrrizave mund ta zbusë shumë metalin, duke e bërë atë të papërdorshëm për përdorimin e synuar. Ndërprerja e procesit të pjekjes është një tjetër gjë pothuajse magjike. Shuarja në temperaturën e duhur me agjentin e duhur shuarës në kohën e duhur e ndalon shpejt procesin për të marrë vetitë e rikuperimit të çelikut.
A duhet ta heqim specifikimin e fortësisë? Jo. Karakteristikat e fortësisë janë të vlefshme kryesisht si pikë referimi kur specifikohen tubat e çelikut. Një masë e dobishme, fortësia është një nga disa karakteristika që duhet të specifikohen kur porositen materiale tubulare dhe të kontrollohen pas marrjes (dhe duhet të regjistrohet me çdo dërgesë). Kur inspektimi i fortësisë është standardi i inspektimit, ai duhet të ketë vlera të përshtatshme në shkallë dhe diapazon kontrolli.
Megjithatë, nuk është një provë e vërtetë për kualifikimin (pranimin ose refuzimin) e materialit. Përveç fortësisë, prodhuesit duhet të testojnë herë pas here dërgesat për të përcaktuar vetitë e tjera relevante, të tilla si MYS, UTS ose zgjatja minimale, varësisht nga aplikimi i tubit.
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 u bë revista e parë e dedikuar për t'i shërbyer industrisë së tubave metalikë në vitin 1990. Sot, ajo mbetet botimi i vetëm në Amerikën e Veriut i dedikuar kësaj industrie dhe është bërë burimi më i besueshëm i informacionit për profesionistët e tubave.
Tani me akses të plotë në edicionin dixhital të The FABRICATOR, akses të lehtë në burime të vlefshme të industrisë.
Edicioni dixhital i The Tube & Pipe Journal tani është plotësisht i arritshëm, duke ofruar qasje të lehtë në burime të vlefshme të industrisë.
Shijoni akses të plotë në edicionin dixhital të STAMPING Journal, i cili ofron përparimet më të fundit teknologjike, praktikat më të mira dhe lajmet e industrisë për tregun e stampimit të metaleve.
Shijoni akses të plotë në edicionin dixhital të Raportit Additive për të mësuar se si prodhimi aditiv mund të përdoret për të përmirësuar efikasitetin operacional dhe për të rritur fitimet.
Tani me akses të plotë në edicionin dixhital të The Fabricator en Español, akses të lehtë në burime të vlefshme të industrisë.