يحتوي كل بروتوكول اختبار (Brinell، Rockwell، Vickers) على إجراءات خاصة بالكائن قيد الاختبار.يعد اختبار Rockwell t مفيدًا لاختبار الأنابيب ذات الجدران الرقيقة عن طريق قطع الأنبوب بالطول وفحص جدار الأنبوب بالقطر الداخلي بدلاً من القطر الخارجي.
إن طلب الأنابيب يشبه إلى حد ما الذهاب إلى وكالة سيارات وطلب سيارة أو شاحنة.يوجد الآن عدد كبير من الخيارات المتاحة التي تسمح للمشترين بتخصيص السيارة بعدة طرق - الألوان الداخلية والخارجية، وحزم القطع، وخيارات التصميم الخارجي، وخيارات مجموعة نقل الحركة، ونظام صوتي جيد تقريبًا مثل نظام الترفيه المنزلي.مع كل هذه الخيارات، ربما لن تكون راضيًا عن سيارة عادية خالية من الرتوش.
وهذا ينطبق على الأنابيب الفولاذية.لديها الآلاف من الخيارات أو المواصفات.بالإضافة إلى الأبعاد، تذكر المواصفات الخواص الكيميائية والعديد من الخواص الميكانيكية مثل الحد الأدنى من مقاومة الخضوع (MYS)، وقوة الشد القصوى (UTS)، والحد الأدنى من الاستطالة حتى الفشل.ومع ذلك، فإن العديد من العاملين في الصناعة - المهندسين ووكلاء الشراء والمصنعين - يستخدمون اختصار الصناعة ويدعون إلى الأنابيب الملحومة "البسيطة" ويذكرون خاصية واحدة فقط: الصلابة.
حاول أن تطلب سيارة وفقًا لخاصية واحدة ("أحتاج إلى سيارة ذات ناقل حركة أوتوماتيكي")، ومع البائع لن تذهب بعيدًا.عليه أن يملأ استمارة بالكثير من الخيارات.هذا هو الحال مع الأنابيب الفولاذية: للحصول على أنبوب مناسب للتطبيق، تحتاج الشركة المصنعة للأنابيب إلى معلومات أكثر بكثير من الصلابة.
كيف أصبحت الصلابة بديلاً مقبولاً للخصائص الميكانيكية الأخرى؟ربما بدأ الأمر مع مصنعي الأنابيب.نظرًا لأن اختبار الصلابة سريع وسهل ويتطلب معدات غير مكلفة نسبيًا، غالبًا ما يستخدم بائعو الأنابيب اختبار الصلابة لمقارنة نوعين من الأنابيب.كل ما يحتاجونه لإجراء اختبار الصلابة هو قطعة ناعمة من الأنابيب وجهاز اختبار.
ترتبط صلابة الأنابيب ارتباطًا وثيقًا بـ UTS والقاعدة الأساسية (النسبة المئوية أو نطاق النسبة المئوية) مفيدة لتقدير MYS، لذلك من السهل أن نرى كيف يمكن أن يكون اختبار الصلابة بديلاً مناسبًا للخصائص الأخرى.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الاختبارات الأخرى صعبة نسبيًا.في حين أن اختبار الصلابة يستغرق حوالي دقيقة واحدة فقط على جهاز واحد، فإن اختبارات MYS وUTS والاستطالة تتطلب إعداد عينة واستثمارًا كبيرًا في معدات المختبرات الكبيرة.بالمقارنة، يقوم مشغل مطحنة الأنابيب بإكمال اختبار الصلابة في ثوانٍ، بينما يقوم أخصائي المعادن بإجراء اختبار الشد في بضع ساعات.إجراء اختبار الصلابة ليس بالأمر الصعب.
هذا لا يعني أن الشركات المصنعة للأنابيب الهندسية لا تستخدم اختبارات الصلابة.من الآمن أن نقول إن الأغلبية تفعل ذلك، ولكن بما أنهم يقومون بتقييم قابلية تكرار الأداة وإمكانية تكرار نتائجها عبر جميع معدات الاختبار، فإنهم يدركون جيدًا القيود المفروضة على الاختبار.يستخدمه معظمهم لتقييم صلابة الأنبوب كجزء من عملية التصنيع، لكنهم لا يستخدمونه لتحديد خصائص الأنبوب.إنه مجرد اختبار نجاح/رسوب.
لماذا أحتاج إلى معرفة MYS وUTS والحد الأدنى من الاستطالة؟أنها تشير إلى أداء مجموعة الأنبوب.
MYS هو الحد الأدنى من القوة التي تسبب تشوهًا دائمًا للمادة.إذا حاولت ثني قطعة مستقيمة من السلك قليلاً (مثل الشماعة) وتحرير الضغط، فسيحدث أحد أمرين: ستعود إلى حالتها الأصلية (مستقيمة) أو ستظل منثنية.إذا كان لا يزال مستقيمًا، فهذا يعني أنك لم تتغلب على MYS بعد.إذا كان لا يزال عازمة، فاتك.
الآن أمسك طرفي السلك بالكماشة.إذا تمكنت من كسر سلك إلى نصفين، فقد تجاوزت UTS.تسحبه بقوة ولديك قطعتان من الأسلاك لإظهار جهودك الخارقة.إذا كان الطول الأصلي للسلك 5 بوصات، وكان مجموع الطولين بعد الفشل يصل إلى 6 بوصات، فسوف يمتد السلك بمقدار بوصة واحدة، أو 20%.يتم قياس اختبارات الشد الفعلية ضمن مسافة 2 بوصة من نقطة الكسر، ولكن بغض النظر عن ذلك - يوضح مفهوم شد الخط UTS.
يجب قطع عينات الصور المجهرية الفولاذية وصقلها وحفرها بمحلول حمضي ضعيف (عادة حمض النيتريك والكحول) لجعل الحبوب مرئية.يُستخدم التكبير 100 مرة بشكل شائع لفحص حبيبات الفولاذ وتحديد حجمها.
الصلابة هي اختبار لكيفية تفاعل المادة مع التأثير.تخيل أنه تم وضع أنبوب قصير في ملزمة ذات فكوك مسننة ورجها لإغلاق الملزمة.بالإضافة إلى محاذاة الأنبوب، تترك الفك الملزمة بصمة على سطح الأنبوب.
هذه هي الطريقة التي يعمل بها اختبار الصلابة، لكنه ليس بهذه الصعوبة.يحتوي الاختبار على حجم تأثير متحكم فيه وضغط متحكم فيه.تشوه هذه القوى السطح وتشكل فجوات أو فجوات.حجم أو عمق الانبعاج يحدد صلابة المعدن.
عند تقييم الفولاذ، يتم استخدام اختبارات صلابة برينل وفيكرز وروكويل بشكل شائع.كل واحد له مقياسه الخاص، وبعضها لديه طرق اختبار متعددة مثل Rockwell A، B، C، إلخ. بالنسبة للأنابيب الفولاذية، تشير مواصفات ASTM A513 إلى اختبار Rockwell B (يُختصر بـ HRB أو RB).يقيس اختبار Rockwell B الفرق في قوة الاختراق لكرة فولاذية بقطر 1/16 بوصة إلى الفولاذ بين التحميل المسبق الخفيف والحمل الأساسي الذي يبلغ 100 كجم.النتيجة النموذجية للفولاذ الطري القياسي هي HRB 60.
يعرف علماء المواد أن الصلابة لها علاقة خطية مع UTS.ولذلك، فإن الصلابة المعطاة تتنبأ بـ UTS.وبالمثل، تعرف الشركة المصنعة للأنابيب أن MYS وUTS مرتبطان.بالنسبة للأنابيب الملحومة، تكون نسبة MYS عادةً من 70% إلى 85% UTS.يعتمد المبلغ الدقيق على عملية تصنيع الأنبوب.تتوافق صلابة HRB 60 مع UTS 60,000 رطل لكل بوصة مربعة (PSI) وحوالي 80% MYS، أي 48,000 رطل لكل بوصة مربعة.
مواصفات الأنابيب الأكثر شيوعًا للإنتاج العام هي الصلابة القصوى.بالإضافة إلى الحجم، يهتم المهندسون أيضًا بتحديد الأنابيب الملحومة بالمقاومة (ERW) ضمن نطاق تشغيل جيد، مما قد يؤدي إلى رسومات جزئية بأقصى صلابة محتملة تبلغ HRB 60. وينتج عن هذا القرار وحده عدد من الخصائص النهائية الميكانيكية، بما في ذلك الصلابة نفسها.
أولاً، لا تخبرنا صلابة HRB 60 بالكثير.قراءة HRB 60 هي رقم بلا أبعاد.المواد التي تم تصنيفها عند HRB 59 هي أكثر ليونة من تلك التي تم اختبارها عند HRB 60، وHRB 61 أصعب من HRB 60، ولكن ما مقدارها؟لا يمكن قياسها كميًا مثل الحجم (المقاس بالديسيبل)، أو عزم الدوران (المقاس بالرطل/القدم)، أو السرعة (المقاسة بالمسافة مقابل الوقت)، أو UTS (المقاس بالجنيه لكل بوصة مربعة).قراءة HRB 60 لا تخبرنا بأي شيء محدد.إنها خاصية مادية، وليست خاصية مادية.ثانيا، تحديد الصلابة في حد ذاته ليس مناسبا تماما لضمان التكرار أو التكرار.إن تقييم موقعين في العينة، حتى لو كانت مواقع الاختبار قريبة من بعضها البعض، غالبًا ما يؤدي إلى قراءات مختلفة جدًا للصلابة.طبيعة الاختبارات تؤدي إلى تفاقم هذه المشكلة.بعد قياس موضع واحد، لا يمكن إجراء قياس ثانٍ للتحقق من النتيجة.تكرار الاختبار غير ممكن.
هذا لا يعني أن قياس الصلابة غير مريح.في الواقع، هذا دليل جيد لأشياء UTS، وهو اختبار سريع وسهل.ومع ذلك، يجب على أي شخص مشارك في تعريف الأنابيب وشرائها وتصنيعها أن يكون على دراية بحدودها كمعلمة اختبار.
نظرًا لعدم تحديد الأنابيب "العادية" بشكل واضح، يقوم مصنعو الأنابيب عادةً بتضييق نطاقها إلى النوعين الأكثر استخدامًا من الفولاذ والأنابيب كما هو محدد في ASTM A513: 1008 و1010 عندما يكون ذلك مناسبًا.وحتى بعد استبعاد جميع أنواع الأنابيب الأخرى، تظل احتمالات الخواص الميكانيكية لهذين النوعين من الأنابيب مفتوحة.في الواقع، تتمتع هذه الأنواع من الأنابيب بأكبر مجموعة من الخواص الميكانيكية لجميع أنواع الأنابيب.
على سبيل المثال، يعتبر الأنبوب ناعمًا إذا كان MYS منخفضًا واستطالة عالية، مما يعني أنه يؤدي أداءً أفضل من حيث التمدد والتشوه والتشوه الدائم من الأنبوب الموصوف بأنه صلب، والذي يحتوي على MYS مرتفع نسبيًا واستطالة منخفضة نسبيًا ..وهذا مشابه للفرق بين الأسلاك الناعمة والأسلاك الصلبة مثل الشماعات والمثاقب.
الاستطالة نفسها هي عامل آخر له تأثير كبير على تطبيقات الأنابيب الهامة.يمكن للأنابيب ذات الاستطالة العالية أن تتحمل التمدد؛المواد ذات الاستطالة المنخفضة تكون أكثر هشاشة وبالتالي أكثر عرضة لفشل الكلال الكارثي.ومع ذلك، لا ترتبط الاستطالة مباشرة بـ UTS، وهي الخاصية الميكانيكية الوحيدة المرتبطة مباشرة بالصلابة.
لماذا تختلف الأنابيب كثيرا في خواصها الميكانيكية؟أولا، التركيب الكيميائي مختلف.الصلب هو محلول صلب من الحديد والكربون، بالإضافة إلى سبائك أخرى مهمة.للتبسيط، سنتعامل فقط مع نسبة الكربون.تحل ذرات الكربون محل بعض ذرات الحديد، مما يؤدي إلى تكوين البنية البلورية للفولاذ.ASTM 1008 هي درجة أولية شاملة بمحتوى كربون يتراوح من 0% إلى 0.10%.الصفر هو رقم خاص يوفر خصائص فريدة بمحتوى منخفض للغاية من الكربون في الفولاذ.يحدد ASTM 1010 محتوى الكربون من 0.08% إلى 0.13%.لا تبدو هذه الاختلافات ضخمة، لكنها كافية لإحداث فرق كبير في أماكن أخرى.
ثانيًا، يمكن تصنيع أو تصنيع الأنابيب الفولاذية ومن ثم معالجتها في سبع عمليات تصنيع مختلفة.ASTM A513 فيما يتعلق بإنتاج أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب يسرد سبعة أنواع:
إذا كان التركيب الكيميائي للصلب ومراحل تصنيع الأنابيب لا تؤثر على صلابة الفولاذ، فماذا إذن؟الجواب على هذا السؤال يعني دراسة التفاصيل بعناية.ويقود هذا السؤال إلى سؤالين آخرين: ما التفاصيل وما مدى قربها؟
المعلومات التفصيلية حول الحبوب التي يتكون منها الفولاذ هي الإجابة الأولى.عندما يتم إنتاج الفولاذ في مطحنة أولية، فإنه لا يبرد إلى كتلة ضخمة ذات خاصية واحدة.عندما يبرد الفولاذ، تشكل جزيئاته أنماطًا متكررة (بلورات)، تشبه كيفية تشكل رقاقات الثلج.بعد تكوين البلورات، يتم دمجها في مجموعات تسمى الحبوب.عندما تبرد الحبوب، فإنها تنمو، وتشكل الورقة أو اللوحة بأكملها.يتوقف نمو الحبوب عندما تمتص الحبوب آخر جزيء من الفولاذ.يحدث كل هذا على المستوى المجهري، حيث يبلغ عرض حبة الفولاذ متوسطة الحجم حوالي 64 ميكرون أو 0.0025 بوصة.في حين أن كل حبة تشبه الأخرى، إلا أنها ليست هي نفسها.وهي تختلف قليلاً عن بعضها البعض في الحجم والاتجاه ومحتوى الكربون.تسمى الواجهات بين الحبوب حدود الحبوب.عندما يفشل الفولاذ، على سبيل المثال بسبب شقوق الكلال، فإنه يميل إلى الفشل عند حدود الحبوب.
ما مدى قربك من النظر لرؤية الجزيئات المميزة؟التكبير 100 مرة أو 100 مرة من حدة البصر للعين البشرية يكفي.ومع ذلك، فإن مجرد النظر إلى الفولاذ الخام بقوة 100 لا يفعل الكثير.يتم تحضير العينات عن طريق تلميع العينة ونقش السطح بحمض، عادة حمض النيتريك والكحول، وهو ما يسمى نقش حمض النيتريك.
إن الحبيبات وشبكتها الداخلية هي التي تحدد قوة التأثير، MYS، UTS، والاستطالة التي يمكن أن يتحملها الفولاذ قبل الفشل.
خطوات صناعة الصلب مثل الدرفلة على الساخن والبارد تنقل الضغط إلى هيكل الحبوب؛إذا تغير شكلها باستمرار، فهذا يعني أن الضغط قد شوه الحبوب.خطوات المعالجة الأخرى مثل لف الفولاذ إلى ملفات، والفك والمرور عبر مطحنة الأنبوب (لتشكيل الأنبوب والحجم) تشوه حبيبات الفولاذ.كما أن السحب البارد للأنبوب على الشياق يضغط على المادة، كما تفعل خطوات التصنيع مثل تشكيل النهاية والثني.تسمى التغييرات في بنية الحبوب بالخلع.
تستنزف الخطوات المذكورة أعلاه ليونة الفولاذ وقدرته على تحمل إجهاد الشد (التمزق).يصبح الفولاذ هشًا، مما يعني أنه من المرجح أن ينكسر إذا واصلت العمل مع الفولاذ.الاستطالة هي أحد مكونات اللدونة (الانضغاط هو عنصر آخر).من المهم أن نفهم هنا أن الفشل يحدث غالبًا في التوتر وليس في الضغط.الفولاذ مقاوم تمامًا لضغوط الشد بسبب استطالته العالية نسبيًا.ومع ذلك، يتشوه الفولاذ بسهولة تحت ضغط الضغط، فهو قابل للطرق، وهذه ميزة.
قارن هذا بالخرسانة التي تتمتع بقوة ضغط عالية جدًا ولكن ليونة منخفضة.هذه الخصائص تتعارض مع الفولاذ.ولهذا السبب غالباً ما يتم تسليح الخرسانة المستخدمة في الطرق والمباني والأرصفة.والنتيجة هي منتج يتمتع بنقاط قوة كلتا المادتين: الفولاذ قوي في الشد والخرسانة قوية في الضغط.
أثناء التصلب، تقل ليونة الفولاذ، وتزداد صلابته.وبعبارة أخرى، فإنه يصلب.اعتمادًا على الموقف، يمكن أن يكون هذا ميزة، ولكنه قد يكون أيضًا عيبًا، حيث أن الصلابة تعادل الهشاشة.أي أنه كلما كان الفولاذ أكثر صلابة، كلما كان أقل مرونة، وبالتالي زاد احتمال فشله.
وبعبارة أخرى، كل خطوة من العملية تتطلب بعض ليونة الأنابيب.مع معالجة الجزء، يصبح أثقل، وإذا كان ثقيلا جدا، فمن حيث المبدأ فهو عديم الفائدة.الصلابة هي الهشاشة، والأنابيب الهشة عرضة للفشل أثناء الاستخدام.
هل لدى الشركة المصنعة خيارات في هذه الحالة؟باختصار، نعم.هذا الخيار هو التلدين، وعلى الرغم من أنه ليس سحريًا تمامًا، إلا أنه سحري قدر الإمكان.
بعبارات بسيطة، التلدين يزيل جميع آثار التأثير المادي على المعادن.في هذه العملية، يتم تسخين المعدن إلى درجة حرارة تخفيف الضغط أو إعادة التبلور، مما يؤدي إلى إزالة الاضطرابات.وبالتالي، فإن العملية جزئيًا أو كليًا تستعيد الليونة، اعتمادًا على درجة الحرارة المحددة والوقت المستخدم في عملية التلدين.
الصلب والتبريد المتحكم فيه يعزز نمو الحبوب.يعد هذا مفيدًا إذا كان الهدف هو تقليل هشاشة المادة، لكن نمو الحبوب غير المنضبط يمكن أن يؤدي إلى تليين المعدن أكثر من اللازم، مما يجعله غير قابل للاستخدام للغرض المقصود منه.يعد إيقاف عملية التلدين أمرًا سحريًا آخر.يؤدي التبريد عند درجة الحرارة المناسبة باستخدام عامل التقسية المناسب في الوقت المناسب إلى إيقاف العملية بسرعة واستعادة خصائص الفولاذ.
هل يجب أن نتخلى عن مواصفات الصلابة؟لا.تعتبر خصائص الصلابة ذات قيمة، في المقام الأول، كمبدأ توجيهي في تحديد خصائص الأنابيب الفولاذية.تعد الصلابة قياسًا مفيدًا وواحدة من الخصائص العديدة التي يجب تحديدها عند طلب مادة أنبوبية وفحصها عند الاستلام (موثقة لكل شحنة).عند استخدام اختبار الصلابة كمعيار اختبار، يجب أن يكون له قيم مقياس مناسبة وحدود تحكم.
ومع ذلك، هذا ليس اختبارًا حقيقيًا لاجتياز (قبول أو رفض) المادة.بالإضافة إلى الصلابة، يجب على الشركات المصنعة فحص الشحنات من وقت لآخر لتحديد الخصائص الأخرى ذات الصلة مثل MYS أو UTS أو الحد الأدنى من الاستطالة، اعتمادًا على تطبيق الأنابيب.
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.
تم إطلاق مجلة Tube & Pipe في عام 1990 كأول مجلة مخصصة لصناعة الأنابيب المعدنية.واليوم، يظل المنشور الصناعي الوحيد في أمريكا الشمالية وأصبح مصدر المعلومات الأكثر ثقة لمحترفي الأنابيب.
أصبح الوصول الرقمي الكامل إلى The FABRICATOR متاحًا الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
يتوفر الآن الوصول الرقمي الكامل إلى The Tube & Pipe Journal، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
استمتع بإمكانية الوصول الرقمي الكامل إلى STAMPING Journal، وهي مجلة سوق ختم المعادن التي تحتوي على أحدث التطورات التكنولوجية وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة.
الوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي The Fabricator en Español متاح الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
في الجزء الثاني من عرضنا المكون من جزأين مع آدم هيفنر، مالك ومؤسس متجر ناشفيل...
وقت النشر: 27 يناير 2023