شرکت خشکه و فولاد پایتخت

اصول طراحی شفت- محور، عضوی چرخشی یا ثابت و معمولاً با مقطع دایروی است. که روی آن اجزایی مانند چرخنده ها، چرخ تسمه، چرخ لنگر، لنگها، چرخ زنجیرها و سایر اجزای انتقال قدرت نصب می شوند. محورها ممکن است تحت بارهای خمشی، کششی، فشاری یا پیچشی که به تنهایی یا همراه با هم وارد می شوند قرار گیرند. هنگامی که این بارها ترکیب شوند.

اصول طراحی شفت

می توان انتظار داشت که استحکام استاتیکی و خستگی هر دو به عنوان ملاحظات مهم طراحی مد نظر قرار گیرد. چون هر محور به تنهایی ممکن است. تحت تنش های استاتیکی، تنش های معکوس شونده و تنش های تکراری که همگی در یک زمان اعمال می شوند قرار گیرد. لغت “محور” انواع مختلفی مانند اکسل ها و اسپیندل ها را در بر می گیرد. اکسل محوری است که ساکن یا چرخان است. و تحت بار پیچشی قرار نمی گیرد. محور کوتاه چرخشی، غالباً اسپیندل نام دارد.

از آنجایی که خیز جانبی یا پیچشی محور باعث در محدوده بسیار محدودی نگه داشته شود. قبل از تحلیل تنش ها باید ابعاد آن را بر اساس خیز تعیین کرد. دلیل این مطلب آن است که اگر محور به اندازه کافی محکم ایجاد شود. طوری که خیز چندان زیاد نباشد، احتمال دارد که تنش های حاصل ایمن باشند. ولی به هیچ وجه طراح نباید فرض کند که محور ایمن است. تقریباً همیشه محاسبات باید انجام گیرد.

تا معلوم شود که مقادیر در حد قابل قبول هستند. طراحی محور یک مسئله اساسی در طراحی و ساخت پمپ به شمار می رود. در طراحی محور، تمامی اصول طراحی که شامل طراحی یاتاقان ها و چرخنده ها می باشد. نیز مورد استفاده قرار می گیرد. محورهای انتقال گشتاور را از یک منطقه به منطقه ای دیگر انتقال می دهند. اسپیندل ها شفت های کوتاهی هستند و اکسل ها شفت های غیر چرخشی می باشند. در شکل زیر مثالی از یک طراحی معمولی از یک شفت را مشاهده می کنید.

بارهای یک شفت

.پیچش ناشی از گشتاور انتقالی

.خمش ناشی از بارهای متقاطع (چرخ دنده ها، پولیها و غیره)

اتصالات و مراکز تنش

انواع اتصالات مورد استفاده در شفت ها در شکل زیر مشاهده میشود:

موارد مورد استفاده در ساخت شفت

فولاد (فولاد با کربن کم تا متوسط)

چدن

برنز یا فولاد ضد زنگ

فولاد سخت کاری شده

انحراف در نتیجه میزان استحکام شفت نمی باشد. اما با استحکام مورد ارائه توسط مدول الاستیسیته که برای تماس فولادها ثابت می باشند. متناسب می باشد. بسیاری از شفت ها از فولادهای کربن پایین نورد گرم یا سرد. مثل فولادهای 1050-1020 (بر اساس استانداردهای مؤسسه استاندارد آمریکا). معمولی برای گرمکاری عبارتند از: (50-1340) (50-3140) (4140) (4340) (5140) (8650) .

برای شفت ها معمولاً نیازی به سخت کاری سطحی نمی باشد. مگر در حالتی که به عنوان تکیه گاه اصلی یاتاقان مورد استفاده قرار گیرند. مواد انتخابی برای سختکاری سطوح شامل درجات سختکاری سطحی مواد 1020،4320،4820،8620 فولادهای مورد سردکاری. معمولاً برای شفت هایی با قطر کمتر از سه اینچ استفاده می شوند.

قدرت شفت

قدرت شفت همان نرخ زمانی تغییرات انرژی می باشد (کار). کار برابر است با:

تمامی موارد بالا، می توانند در مواردی به صورت ترکیبی در غالب تئوری و رابطه فون میسس نیز ارائه شوند.

در شکل زیر خرابی های شفت را در بارگذاری های ترکیبی مشاهده می کنید.

طراحی شفت

در حالت کلی برای طراحی یک شفت موارد زیر می بایست مورد نظر باشد.

-برای کاهش انحرافات و تنش ها، طول شفت باید تا حد امکان کوتاه مورد نظر قرار گیرد.

-تیر کی که تنها در یک انتها بصورت صلب به تکیه گاهی متصل شده است. دارای انحراف بیشتری نسبت یک تیر محاط شده توسط پایه ها می باشد ( با همان طول، قطر و بار وارده).

-یک شفت توخالی دارای نسبت استحکام به جرم و فرکانس های طبیعی بیشتری نسبت به یک شفت تو پور است. اما این شفت دارای قطر و قیمت بالاتری خواهد بود.

-سعی شود تا حد امکان افزایش دهنده های تنش، از مکان های دارای ممان خمشی بزرگ دور نگه داشته شوند. و تأثیراتشان از طریق شعاع بزرگتر و آزادی بیشتری کاهش یابد.

اصول طراحی شفت

-فولادهای کربن پایین معمولی به خوبی فولادهای با مقاومت های بالاتر هستند.

-انحراف در محدوده یاتاقان ها نباید از حد 0.005 اینچ تجاوز کند. و شیب وابسته بین محور چرخ دنده ها باید کمتر از 0.03 درجه باشد.

-اگر از یاتاقان های ساده (غلاف دار) استفاده شود. میزان انحراف شفت باید از میزان ضخامت نوار روغن در یاتاقان کمتر باشد.

-اگر از یاتاقان های خود تراز نشوندنه استفاده شود. شیب شفت در قسمت پاتاقان ها باید از میزان 0.04 درجه کمتر باشد.

-اگر بازها تراست محوری موجود باشند. باید از طریق یک یاتاقان تراست تک در جهت هر بار به زمینه انتقال داده شوند. بارهای محوری را بین یاتاقان های تراست تقسیم نکنید. زیرا ممکن است انبساط حرارتی شفت سبب ایجاد بارهای اضافی در یاتاقان ها شود.

-اولین فرکانس طبیعی شفت باید به طور حداقل 3 برابر بالاترین فرکانس نیروی محرک سیستم باشد. یا حتی در بسیاری از موارد عدد بالاتری مورد نظرمی باشد.

طراحی کامل از روش کد ASME

در سال 1972 انجمن آمریکایی مهندسان مکانیک کدی را برای طراحی محورهای انتقال بنا نهاد. در حال حاضر، سالیان زیادی است که این کد کنار گذاشته شده است. ولی از لحاظ تاریخی قابل توجه می باشد. که مورد نظر، یک تنش برشی مجاز تعریف می کند. که مقدار کوچکتر، از میان دو مقدار زیر می باشد.

این کد می گوید که اگر تمرکز تنش ناشی از قوس پله یا جای خار ظاهر شود. این تنش باید 25 درصد کاهش یابد. اگر به جای T max در معادله ، tp را بگذاریم، خواهیم داشت.

در کد گشتاور خمشی و گشتاور پیچشی به ترتیب در ضریبهای ترکیبی شوک و خستگی Ct , Cm نسبت به شرایط هر کاربرد ضرب می شوند. پس خواهیم داشت.

با توجه داشت که تنش طراحی در معادله مقدار مجاز پیشینه است. و طراح آزاد است که در صورت اقتضای شرایط، آن را کاهش دهد.

-خمش معکوس شونده و پیچش پایدار

هر محور چرخانی که تحت گشتاورهای خمشی و پیچشی ساکن بارگذاری گردد. به دلیل چرخش محور، تحت تنشی کاملاً معکوس شونده تنش گذاری می شود. ولی تنش پیچشی پایا خواهد ماند. این حالت بسیار معمول است. و احتمالا بیش از سایر بارگذاریها رخ می دهد. با استفاده از اندیس a برای تنش متناوب و اندیس m برای تنش میانگین معادله ها را می توان به صورت زیر بیان کرد.

اگر Se را به عنوان حد دوام کاملاً تصحیح گردد و n را به عنوان ضریب ایمنی مشخص کنیم. معادله طراحی چنین خواهد شد.

-روش سادربرگ

در ساده ترین کاربرد نمودار سادربرگ که در قسمت زیر مشاهده می کنید. از آن برای تعیین اندازه های قطعه ماشینی استفاده می شود. که باید تنش پایا و تنش متناوبی از همان نوع را تحمل کند.

نمودار سادربرگ استحکام برشی را نشان می دهد. تنش های برشی متناوب بر محور عمودی رسم می شوند. در حالی که تنش های برشی استاتیکی یا میانگین روی محور افقی رسم می شوند. همانگونه که در شکل معلوم و مشخص است. خط سادربرگ خط مستقیمی بین حد دوام برشی کاملاً تصحیحی Sse و استحکام تسلیم در برش Ssy است. باید توجه شود که حد دوام برشی، حد دوام جزء ماشین پس از به حساب آوری اندازه پرداخت سطح. قابلیت اعتماد، عمر، تمرکز تنش و غیره با استفاده از معادله زیر می باشد.

که در آن Se حد دوام جزء مکانیکی S’e حد دوام نمونه تیر چرخان، Ka ضریب سطح، Kb ضریب اندازه. Kc ضریب قابلیت اعتماد، Kd ضریب دما، Ke ضریب اصلاحی برای تمرکز تنش و Kf ضریب اثرهای دیگر می باشد. برای به دست آوردن ضریب ایمنی n می توان از رابطه یر استفاده کرد.

اصول طراحی شفت

روش گودمن

این روش، روشی محتاطانه است که می توان هرجا که احتمال گسیختگی خستگی وجود داشته باشد. از آن استفاده کرد. در روش جبری، رابطه گودمن به صورت زیر نوشته می شود.

اصول طراحی شفت

روش کلی

با توجه به ثابت های k,m,p ارائه شده در جدول شماره 2، از معادله زیر می توان برای بیان همه آنها استفاده کرد.

پس خواهیم داشت.

معادله بالا، معادله مارین نامیده می شود.

محاسبه سرعت بحرانی شفت

روتور دینامیک بعنوان شاخه ای از علم مکانیک معروف و مورد تأیید است. که سرعت بحرانی را بعنوان سرعت زاویه ای که فرکانس طبیعی بعضی از اجزای چرخشی را تحریک می کند، تعریف می کند. در مورد پمپ های سانتریفیوژی که سیستم انتقال قدرت از الکتروموتور به پروانه توسط شفت انجام می شود. این سرعت، چرخی اندازه گیری شده است. که در آن ارتعاشات طبیعی رخ دهد. بسیار دور از انتظار نیست که انحراف شعاعی مورد ایجاد به وسیله وزن پروانه. حتی با وجود نصب صحیح و متعادل پروانه، سبب ارتعاشات در یک پمپ افقی شود.

اصول طراحی شفت

ارتعاشاتی که در یک موتور، متوازن، در یک سرعت چرخشی مخصوص، ایجاد می شود. توسط اختلاف کوچکی در دانسیته روتور و انحراف کوچک تراشکاری ایجاد می شود. این موضوع سبب جابه جایی کوچک مرکز جرم از مرکز محور چرخش میشود. با افزایش سرعت، نیروهای الاستیک فلز و نیروهای شعاعی ایجاد شده به وسیله چرخش، نامتوازن می شوند. و ارتعاش اتفاق می افتد. این ارتعاشات طبیعی رخ دهد. بسیار دور از انتظار نیست که انحراف شعاعی ایجاد شده. به وسیله وزن پروانه، حتی با وجود نصب صحیح و متعادل پروانه سبب ارتعاشات در یک پمپ افقی شود.

ارتعاشاتی که در یک روتور متوازن، در یک سرعت چرخشی مخصوص، ایجاد می شود. توسط اختلاف کوچکی در دانسیته روتور و انحراف کوچک تراشکاری ایجاد می شود. این موضوع سبب جا به جایی کوچک مرکز جرم از مرکز محور چرخش می شود. با افزایش سرعت، نیروهای الاستیک فلز و نیروهای شعاعی ایجاد شده به وسیله چرخش، نامتوازن می شوند و ارتعاش اتفاق می افتد.

این ارتعاشات انحراف شفت را زیاد می کند. و میتواند سبب ساییدگی اجزاء، (آب بندها، یاتاقان ها) و حتی شکستگی شفت شود. اگر سرعت همچنان افزایش یابد، این فرکانس طبیعی ناپدید میشود. و ارتعاشات متوقف می شود. اما در سرعت های بالاتر با فرکانس طبیعی دیگر مواجه میشویم. پایین ترین سرعت چرخشی که این ارتعاش طبیعی اتفاق می افتد. سرعت بحرانی نام دارد. معمولاً محدوده سرعت بحرانی از محدوده سرعت کاری پمپ ها فاصله دارد. اگر محدوده سرعت بحرانی کوچک باشد، بهتر است قبل از سرعت کاری پمپ قرار گیرد. در این صورت شفت را انعطاف پذیر می گویند و در صورتی که بعد از سرعت کاری را قرار گیرد. شفت را صلب یا محکم می نامند. لازم به ذکر است که سرعت بحرانی پمپ و شفت مفهومی جدا از یکدیگر نمی باشند.

محاسبه سرعت بحرانی شفت (پمپ)

هنگامی که پمپ دارای شفت کوتاه و صلب باشد. و در سرعت طراحی خود عمل کند پدیده رزنانس مورد توجه قرار نمی گیرد. سرعت بحرانی پمپ به صورت مستقیم به انحراف استاتیکی. و انحراف استاتیکی به صورت مستقیم به وزن روتور، طول قسمت یک سر آزاد (آویخته) و قطر آن بستگی دارد. در حالت واقعی انحراف به دلایل الاستیسیتی، اینرسی، پایه های یاتاقان و طول متغییر شفت بسیار پیچیده می باشد. مقدار انحراف شفت در اثر بار وارد بر آن از رابطه زیر محاسبه می شود.

که در فرمول Y انحراف بر حسب اینچ یا میلی متر، W نیروی وارد بر پروانه. و یا وزن متعلقات چرخشی بر حسب پوند یا نیوتن، L طول شفت از مرکز یاتاقان داخلی تا مرکز پروانه. بر حسب اینچ یا میلی متر، E مدول الاستیسیته ی فلز مورد استفاده در شفت و 1 ممان اینرسی برای شفت می باشد. که برابر است با:

همچنین میزان انحراف شفت در اثر وزن خود شفت نیز از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن w وزن شفت بدون پروانه است.

که در نهایت، انحراف کلی حالت استاتیک شفت برابر است با:

حال اگر شفت مورد نظر ما شفتی با قطرهای متفاوت (چند قطری) بود از رابطه زیر محاسبه می کنیم.

که در آن داریم:

Y: انحراف شفت در خط مرکزی پروانه.

F: همان نیروی وارد بر پروانه است که در فرمول های بالا به شکل W بیان شده بود. (به این نیرو عدم توازن شعاعی هیدرولیکی نیز می گویند).

M&N: فاصله خط مرکز پروانه به طبقه های (پله ها) روی شفت.

L: فاصله خط مرکز پروانه به خطر مرکز یاتاقان داخلی.

X: فاصله بین دو خط مرکز یاتاقان ها.

Jx,Jn,Jm,Jl. ممان اینرسی قطرهای مختلف.

E: مدول الاستیسیته ماده مورد استفاده در شفت

برای محاسبه نیروی عدم توازن هیدرولیکی شعاعی خواهیم داشت:

که در آن K فاکتور تراست شعاعی (بین 0.3 تا 0.35)، S.G. گرانش مخصوص سیال H هد کلی بر حسب متر در حالت نقطه بالاترین کارائی، B2. پهنای پروانه شامل دیوارها به سانتی متر، D2 قطر خارجی پروانه به سانتی متر و داریم:

که در آن ? دبی حقیقی پمپ بر حسب متر مکعب بر ساعت و ?n دبی پمپ. در حالت نقطه بالاترین کارائی بر حسب متر مکعب بر ساعت می باشد.

در ادامه برای مقایسه دو پمپ با شفت های متفاوت و کاربردهای یکسان از پارامتری به نام فاکتور باریک شوندگی شفت استفاده می کنیم. این پارامتر با در نظر گرفتن پارامترهای ابعادی شفت. و نیز در نظر گرفتن ضرائب ثابت موجود در معادله 2 بصورت زیر به دست می آید:

اگر این فاکتور از لحاظ مقداری کمتر از عدد 2 باشد (در سیستم SI) ما مشکلات زیادی با میزان خمش شفت نخواهیم داشت. اما اگر این مقدار بیشتر از عدد 2 باشد امکان بروز مشکل در آب بندها، خود شفت و یاتاقان های پمپ وجود دارد.

فاکتور دیگری که در این قسمت مورد مطالعه قرار می گیرد. شامل فاکتور سختی یا انعطاف پذیری است. فاکتور سختی پارامتر مهمی در ماندگاری المان های چرخشی پمپ به حساب می آید. این فاکتور به ترتیب زیر محاسبه می شود:

که در آن X محدوده یاتاقان ها و d قطر شفت در محل قرار گرفتن پروانه می باشد. فاکتور انعطاف پذیری به طور مستقیم با انحراف استاتیکی شفت در ارتباط است. جدول زیر محدوده مقادیر خروج از مرکز شفت و روتور را بر حسب میزان فاکتور انعطاف پذیری نشان می دهد. (این جدول بر اساس استاندارد API610 می باشد).

در اینجا بهتر است یادآوری کنیم که هر قطعه ساخته شده از مواد الاستیک دارای دوره تناوبی طبیعی خواهد بود. این اتفاق به دلیل یکنواخت نبودن شفت و اختلاف دانسیته آن در هنگام ساخت می باشد. این خروج از مرکز در هنگامی که شفت در سرعتی بچرخد که نیروی گریز از مرکز آن از نیروی مقاومت الاستیک آن بیشتر باشد. سبب ایجاد انحراف می شود. در این سرعت شفت و متعلقات آن در صورت عدم توازن، مرتعش می شوند و این ارتعاش می تواند. سبب از بین رفتن آب بندها و یاتاقان ها و نیز خستگی خود شفت شود. به پایین ترین سرعتی که این اتفاقات رخ می دهد. سرعت بحرانی اول میگویند. پس از به دست آوردن میزان انحراف شفت در محل اتصال پروانه. برای بدست آوردن میزان سرعت بحرانی اول از یکی ا معادلات زیر استفاده می کنیم.

که در آن Nc سرعت بحرانی شفت می باشد.

برای ثابت نگه داشتن فواصل داخلی رینگ های سایشی پمپ های با پروانه. برای جلوگیری از برخورد پروانه به محفظه و یا صفحه پشتی در پمپ های پروانه باز، اغلب کمپانی های پمپ سازی تمایل دارند. که انحراف شفت پمپ خود را در بازه 0.005 تا 0.006 اینچی (0.125 تا 0.150 میلی متر) محدود کنند با این اعداد خواهیم داشت:

این محدودیت ها برای پمپ هایی با حداکثر دور 1750 دور بر دقیقه مناسب می باشد. ولی برای پمپ هایی با دور بالاتر این محدودیت ها قابل قبول نمی باشد.

برای دانستن میزان انحراف شفت در پمپ های سانتریفیوژ، داشتن اطلاعات کافی در مورد نیروی شعاعی موجود در پمپ بسیار ضروری می باشد.

مثال محاسبه سرعت بحرانی شفت پمپ سانتریفیوژ OH2-25-200L

مشخصات پمپ

1- قطر شفت در کمترین قسمت 16 میلی متر

2- قطر شفت در بیشترین قسمت 32 میلی متر

3- طول شفت از قسمت یاتاقان داخلی تا مرکز پروانه 160 میلی متر.

4- مدول الاستیسیته فلز مورد استفاده در ساخت شفت (کربن استیل) 106*0.2.

5- ممان اینرسی شفت 7853.98 می باشد.

6- وزن شفت و متعلقات آن برای محاسبه نیروی وارد بر پروانه 7.5 کیلوگرم. (وزن پروانه 1400 گرم، وزن شفت 4250 گرم و وزن بلبرینگ های آن 1850 گرم می باشد.

اصول طراحی شفت

ابتدا به محاسبه نیروی عدم توازن هیدرولیکی شعاعی می پردازیم. این نیرو طبق روابط زیر محاسبه می شود:

با توجه به دبی واقعی پمپ که 3 متر مکعب بر ساعت می باشد. و دبی آن در حالت بالاترین نقطه کارایی که 3.5 متر مکعب بر ساعت است. خواهیم داشت:

اصول طراحی شفت

فاکتور تراست فرمول بالا، از طریق سرعت مخصوص پمپ نمودار مربوطه که در شکل زیر مشاهده می کنید محاسبه می شود.

با توجه به الگوریتم زیر که برای محاسبه میران انحراف شفت و سرعت اول بحرانی نوشته شده است. مشاهده می شود که تفاوت بسیاری در این دو مورد مشاهده نمی شود.

اصول طراحی شفت

مشاهده می کنیم که این عدد با توجه به سرعت پمپ که 2900 دور بر دقیقه است. در حدود 33 درصد بالاتر از این سرعت می باشد. که با توجه به استاندارد API610 این سرعت باید حداقل 20 درصد بالاتر از سرعت عملکرد دائمی پمپ باشد. که این شرایط به طور کامل رعایت شده است.

از این رو می توان نتیجه گرفت که طراحی شفت پمپ صحیح و از ضریب ایمنی بالایی برخوردار می باشد.

گرد آوری / بخش تحقیق و توسعه گروه صنعتگران آریا سپهر کیهان

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام

استیل 321 – ورق استیل 321- میلگرد استیل 321 -لوله استیل 321-کاربردهای استیل 321 – تسمه استیل 321 – قوطی استیل – ویژگی های خاص فولاد ضد زنگ آستنیتی

 

 

 

 

 

ویژگی های خاص فولاد ضد زنگ آستنیتی

آلیاژ 321 (UNS S32100) یک فولاد ضد زنگ آستنیتی تیتانیوم مورد تثبیت با مقاومت به خوردگی خوب است.

پس از قرار گیری در معرض دما در محدوده بارندگی کروم کاربید. 800 – 1500 درجه فارنهایت (427 – 816 درجه سانتی گراد) مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی بین دانه ای دارد.

استیل 321 مقاومت به اکسیداسیون به 1500 درجه فارنهایت (816 درجه سانتی گراد) دارد.

دارای ویژگی های خزش و پارگی استرس نسبت به آلیاژهای استیل 304 و 304L است.

همچنین دارای چگالی کم دما است.

آلیاژ (UNS S32109) 32H کربن بالاتر (0.10-0.04) نسخه آلیاژ است.

این برای افزایش مقاومت خزش و برای افزایش مقاومت در دمای بالا توسعه یافت.

بالاتر از 1000 درجه فارنهایت (537 درجه سانتی گراد). در بیشتر موارد، محتوای کربن plate باعث صدور گواهینامه دوگانه می شود. با استفاده از کار سرد، نمک 321 نمیتواند توسط عملیات حرارتی سخت شود. این می تواند توسط شیوه های ساخت استاندارد پردازش و جوش انجام شود.

کاربردهای استیل 321

• منیفولد موتور هواپیما و پیستون
• فرآوری شیمیایی
• اتصالات انبساط
• فرآوری مواد غذایی و تجهیزات و ذخیره سازی
• پالایش نفت – سرویس اسید پلی اتیونیک
• تصفیه پسماند – اکسید کننده های حرارتی

در تولید ورق های استیل از انواع مختلفی از گریدهای استنلس استیل استفاده می شود که کاربردهای آنها را تعیین می کند. برخی گریدها هستند که در صنعت کاربرد بیشتری دارند. و شما به عنوان یک صنعتگر برای انتخاب بهترین متریال و ورق استیل، باید از آن ها اطلاع داشته باشید.

جوشکاری ورق استیل 321

فولادهای زنگ نزن آستنیتی به عنوان فولاد زنگ نزن با قابلیت بالای جوشکاری مورد نظر قرار می گیرد. و می توان آنها را با تمام فرایندهای جوشکاری جوش داد.

دو ملاحظه مهم در تولید اتصالات جوشکاری در فولادهای زنگ نزن آستنیتی عبارتند از:

1- حفظ مقاومت در برابر خوردگی

2- جلوگیری از ترک خوردگی

حفظ سطح عنصر تیتانیوم در فولاد زنگ نزن 321 در هنگام جوشکاری بسیار مهم است.برای جلوگیری از دریافت کربن از روغن و سایر منابع و ازت از هوا باید مراقبت شود. روش های جوشکاری که شامل توجه به تمیزی و محافظت از گاز بی اثر خوب برای این گریدهای که پایدار است. و همچنین سایر آلیاژهای آستنیتی غیر تثبیت شده توصیه می شود. فلز که مورد جوشکاری است. با ساختار کاملا آستنیتی در هنگام عمل جوشکاری بیشتر در معرض ترک خوردگی است.

به همین دلیل، استنلس استیل 321 برای تصفیه مجدد با مقدار کمی فریت که طراحی می شود. تا حساسیت به ترک خوردگی را به حداقل برساند.

فولادهای زنگ نزن پایدار شده کلمبیوم بیشتر از فولادهای زنگ نزن پایدار شده تیتانیوم مستعد ترک خوردگی داغ هستند. فلزات پرکننده همسان برای چوشکاری فولاد زنگ نزن پایدار شده نوع 321 در دسترس هستند. آلیاژهای پایدار شده ممکن است به سایر فولادهای زنگ نزن یا فولادهای کربنی متصل شوند.

شکل دهی ورق استیل 321

این آلیاژ کاملاً در دمای پایین شکل پذیر است و به راحتی شکل می گیرد. برای شکل دهی گرم نیز دمای کاری 2100 – 2300 درجه فارنهایت (1149 – 1260 درجه سانتی گراد). برای فورج و سایر فرآیندهای گرم کاری توصیه می شود.

همچنین توصیح شده این آلیاژ را در دمای زیر 1700 درجه فارنهایت (927 درجه سانتی گراد) شکل دهی نکنید. برای رسیدن به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی، مواد باید آب آن را شسته یا کاملاً آنیل شوند.

استاندارد

ASTM A240

ASME SA 240

AMS 5510

استیل 321

مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ 321

• آلیاژ 321 دارای مقاومت خوردگی بینظیری می باشد که قابل مقایسه با 304 است.
• برای استفاده در محدوه بارندگی کربن کاربید 1500 – 1800 درجه فارنهایت (427 -816 درجه سانتی گراد). جایی که آلیاژهای ثبات ناپذیر مانند 304 در معرض حمله بین گرانول قرار می گیرند.
• آلیاژ را می توان در اکثر اسیدهای آلی که رقیق است. در دمای متوسط و در اسید فسفریک خالص در دماهای پایین تر و تا 10% محلول های که رقیق است. در دمای بالا استفاده کرد.
• آلیاژ 321 در برابر ترک خوردگی فولاد مقاوم در برابر خوردگی در خدمات هیدروکربن مقاومت می کند.
• همچنین می تواند در محلول های اکسید کلراید یا فلوراید آزاد در دمای متوسط استفاده شود.
• آلیاژ 321 در محلول کلراید حتی در غلظت های کوچک یا در خدمات اسید سولفوریک کارایی خوبی ندارد.

داده های ساخت استیل 321

آلیاژ 321 را می توان به راحتی جوش می دهندو با شیوه های ساخت استاندارد پردازش کرد.

ماشینکاری

میزان سخت شدن کار سرد 321 باعث می شود. ماشینکاری کمتر از فولاد ضد زنگ 410، اما مشابه 304.

فولاد نسوز آستنیتی

هنگامی که نیکل (بیش از 8%) به فولادهای کروم آهن اضافه شود، ساختار فولاد به ساختار آستنیتی، بدون تغییر تبدیل می شود.

در این صورت فولاد دارای یک ساختار کریستالی مکعبی با وجوه پر می باشد.

فولاد نسوز آلیاژی -فولادهای آستنیتی از استحکام، انعطاف پذیری و مقاومت به خزش بیشتری نسبت به فولادهای نسوز فریتی / مارتنزیتی برخوردارند.

چقرمگی بالای این فولادها، باعث می شود در برابر نیروهای ضربه و تغییرات ناگهانی دما، حساس نباشند. در این فولادها، درشت شدن دانه در دمای بالا اتفاق نمی افتد.

این فولادها، از استحکام دمایی و همچنین استحکام خزشی بالاتری نسبت به فولادهای فریتی برخوردار هستند.

فولادهای آستنیتی، در دمای اتاق چقرم تر بوده و شکل پذیری خوبی دارند. به طور کلی ساخت این فولاد آسانتر بوده و به گازهای سولفور حساس هستند.

ماشینکاری این فولادها، در مقایسه با فولادهای فریتی دشوارتر است و به دلیل داشتن آلیاژ بیشتر گران تر هستند.

گریدهای فولاد نسوز آستنیتی

• 1.4828 Wnr
• 1.4841 Wnr
• 1.4845 Wnr

فولادهای نسوز آستنیتی : نسبت به فولادهای فریتی دارای درجه حرارت و استحکام خزشی بسیار بالاتری هستند.

• (8-H) 1.4828 Wnr: به خوردگی بین مرزدانه ای حساس نیست، مقاومت به خوردگی کمی در برابر اکسیداسیون و کاهش گازهای گوگردی ایجاد می کند. مقاوم در برابر حرارت تا 1000 درجه سانتی گراد
• (9-H) 1.4845 Wnr: مقاوم در برابر حرارت تا 1050 درجه سانتی گراد
• (H-10) 1.4841 Wnr: مقاوم در برابر حرارت تا 1150 درجه سانتی گراد
• 1.4878 Wnr : خواص مکانیکی خوب، مقاوم در برابر حرارت تا 850 درجه سانتی گراد

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.
ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

بررسی مودهای شکست لرزه ای و راهکارهای مقاوم سازی مخازن استوانه ای فولادی مهارنشده در یک مجتمع نفتی

بررسی مودهای شکست

چکیده

مخازن استوانه ای فولادی رو زمینی به طور وسیع در مجتمع های نفتی و از جمله انبارهای نفت ایران به کار گیری می شوند. تجربه زلزله های گذشته در کشورهای مختلف نظیر ژاپن، ایالات متحده، ترکیه و غیره نشان می دهد. که این گونه مخازن در مقابل حرکات نیرومند زمین در زلزله بسیار آسیب پذیر بوده. و مطالعات آسیب پذیری و مقاوم سازی آنها از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مقاله رفتار لرزه ای 5 مخزن فولادی رو زمینی مهار نشده. در یک مجتمع نفتی با نسبت های ارتفاع به قطر (H/D) مختلف مورد مطالعه قرار گرفتند.

و انواع مودهای آسیب شامل کمانش پافیلی، کمانش الماسی. آسیب دیدگی سقف در اثر نوسان سیال، لغزش، واژگونی، بلندشدگی کف و نشست نامتقارن با تحلیل غیر خطی بررسی گردید. در این مطالعات، علاوه بر ارزیابی ضوابط آیین نامه های معتبر از جمله API650 و ASCE. تحلیل های استاتیکی، مودال، طیفی (خطی) و تاریخچه زمانی (غیر خطی) نیز بکارگیری شد. نتایج مطالعات موردی نشان می دهد که با در نظرگیری ارتفاع آزاد سیال داخل مخازن (free Board). برابر 13 درصد ارتفاع آنها، خطر آسیب دیدگی سقف از بین می رود. همچنین مخازن با نسبت ارتفاع به قطر بزرگتر و یا مساوی با یک (≤H/D) ناپایدار می باشند. سایر مودهای آسیب مذکور در مورد مخازن مورد مطالعه حاکم نمی باشند.

مقدمه یکی از انواع سازه های مهم که کاربرد فراوانی در پالایشگاه های نفتی دارد. مخازن فولادی رو زمینی نفتی هستند. که به شکل استوانه ای طراحی و اجرا می گردند. در واقع مخزن را وقتی رو میزی گویند که کف آن متکی بر بستر خاک یا پی باشد. یک مخزن فولادی از سه جزء اصلی تشکیل یافته است. بدنه، کف و سقف. کف مخزن ورق تختی می باشد که متکی بر بستر متراکم و یا شالوده گسترده بوده. و سقف آن نیز بسته به نوع ماده ذخیره شده به صورت ثابت و یا متحرک ساخته می شود.

بررسی مودهای شکست

مخازن رو زمینی نسبت به شرایط تکیه گاهی، به دو گروه تقسیم می شوند. مهار شده و مهار نشده. در یک مخزن مهار شده از حرکت قائم نسبی جداره در سطح پی جلوگیری شده است. در حالیکه یک مخزن مهار نشده در اثر تکان های شدید می تواند از روی زمین یا پی بلند شود. و بنابراین برای تحلیل دقیق دینامیکی آن آنالیز غیر خطی لازم است.

رفتار دینامیکی مخازن اولین بار توسط هاوزنر مدل سازی شد. و مبنای طرای آیین نامه ها قرار گرفت. وی چنین عنوان کرد که در یک مخزن دارای سطح آزاد که در معرض شتاب دینامیکی افقی قرار دارد. سیال از دو طریق بر روی جداره اثر می گذارد. 1) فشار نوسانی 2) فشار ضربانی. فشار نوسانی در اثرحرکت سیال مواج در بالای مخزن پدید می آید. و فشار ضربانی در اثر حرکت قسمتی از سیال در پایین مخزن و هماهنگ با پوسته ایجاد می گردد. فرکانس حرکت نوسانی به میزان قابل توجهی پایین تر از فرکانس حرکت ضربانی است. بدین معنی که این مود در پریودهای بالای زلزله تحریک می گردد.

در سال 2003 میلادی علی الزینی استاد و محقق دانشگاه کالیفرنیا. مقاله ای تحت عنوان ((بررسی پارامترهای مؤثر در پاسخ لرزه ای غیر خطی مخازن مهار نشده)) ارائه کرد. وی در این تحقیق اثراث فشار هیدرودینامیکی سیال را بر روی جداره مخازن مهار نشده در طول ارتعاشات ناشی از زلزله مورد بررسی قرار داد. و همچنین نتیجه گرفت که احداث مخازن بر روی فوندانسیون های انعطاف پذیر مناسب تر از اجرای آنها بر روی فوندانسیون های صلب می باشد. زیرا نرمی فوندانسیون سبب طولانی شدن پریود ارتعاشی مخازن در برابر نیروهای هیدرودینامیکی می گردد.

در سال 2004 میلادی نیز مارتین کولر به همراه پراوین مالهوترا مقاله ای تحت عنوان ((ارزیابی لرز های مخازن مهار نشده)) ارائه نمودند. که درآن هفت مخزن با نسبت های ارتفاع به شعاع مختلف (H/R) تحت بررسی قرار گرفت. آنها چنین عنوان کردند که یک ارتباط تنگاتنگ بین نسبت (H/R) و بلندشدگی کف مخازن وجود دارد.

مطالعات آسیب پذیری لرز ه ای مخازن فولادی موجود در یک مجتمع پالایشگاهی در سال 2006 نشان داد. که حدود 40 درصد مخازن موجود بسیار آسیب پذیر بوده و نیازمند مقاوم سازی اساسی هستند.

در این تحقیق، 5 مخزن موجود در یک مجتمع پالایشگاهی با نسبت های ارتفاع به قطر مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر کنترل ضوابط آیین نامه ای تحلیل های استاتیکی، مودال، طیفی و تاریخچه زمانی غیر خطی برای هریک از مخازن صورت پذیرفت.

مودهای آسیب مخازن

آسیب های وارده به مخازن را می توان در قالب هفت معیار آسیب پذیری بیان نمود. که به صورت مختصر عبارتند از:

واژگونی

وقتی نسبت ارتفاع به قطر زیاد می شود. پایداری مخزن در برابر این آسیب دیدگی کاهش می یابد. علت این پدیده بالا رفتن ارتفاع مرکز ثقل مخزن می باشد. این معیار با استفاده از ضوابط آیین نامه API650 و بر اساس نسبت M[D2(WL+Wt)] کنترل می گردد. در این رابطه M لنگر واژگونی مخزن بر حسب (N/m) و WL وزن محتویات مخزن. و در واحد طول محیط (N/m) و Wt وزن ورق جداره در واحد طول محیط مخزن بر حسب (N/m) می باشند. در صورتی که این نسبت بیشتر از 1/57 باشد مخزن ناپایدار بوده و واژگون خواهد شد.

کمانش الماسی جداره

تنش های فشاری که ایجاد شد در جداره مخازن سبب بروز کمانش در قسمت های میانی آن می گردد. که کمانش الماسی (کمانش الاستیک) نام دارد. مخازن با ارتفاع زیاد معمولاً دچار چنین آسیبی می شوند. این آسیب با محدود کردن تنش فشاری ایجاد شده. در جداره مخزن و مقایسه آن با تنش مجاز جداره مطابق با ضوابط آیین نامه api650 کنترل می گردد.

کمانش پافیلی جداره

کمانش پافیلی (کمانشی الاستوپلاستیک) معمولاً در مخازن بزرگ و در ارتفاع 1/5 تا 2/5 متری از کف مخزن رخ می دهد. علت ایجاد چنین کمانشی آن است که در هنگام بلند شدن قسمتی از کف مخزن تحت اثر نیروهای جانبی زلزله. در طرف مقابل آن تنش فشاری قائم به شدت جلوگیری از افزایش می یابد. در این حالت ترکیب دو تنش کششی حلقوی و فشاری قائم باعث ایجاد این کمانش در جداره می گردد. بدین ترتیب جلوگیری از افزایش بیش از حد تنش کششی حلقوی در جداره مخزن معیاری برای کنترل کمانش پافیلی محسوب می شود.

لغزش مخزن

نیروهای برشی ناشی از زلزله در تراز کف مخزن ممکن است بر نیروی اصطکاک غلبه کرده و باعث لغزش مخزن گردد. برای کنترل مخزن در برابر لغزش، برش پایه به عنوان نیروی محرک و نیروی اصطکاک کف مخزن با بستر. به عنوان نیروی مقاوم در نظرگیری می شود. بر اساس پیشنهاد دستورالعمل ASCE برای تأسیسات موجود، حداقل ضریب اطمینان لازم در مقابل لغزش برابر 1/5 می باشد. برای محاسبه نیروی مقاوم در برابر لغزش، ضریب اصطکاک بین کف مخزن و پی برابر 0/4 پیشنهاد گردید.

آسیب دیدگی سقف

نیروی ارتعاشی ناشی از زلزله باعث ارتعاش مخزن و سیال درون آن می گردد. ارتعاش سیال با فرکانش خیلی پایین تر از فرکانس جداره رخ می دهد. ارتعاش سیال متأثر از ارتعاش جداره نیست. بلکه عموماً به محتوای فرکانسی زلزله بستگی دارد. بنابراین، اگر پیش بینی های لازم صورت نگیرد. ممکن است پوشش سقف مخزن صدمه ببیند و یا محتویات درون آن به بیرون پاشش شود. عامل کنترل کننده در این حالت ارتفاع موج سیال می باشد.

بلند شدگی کف

بلند شدگی کف مخازن مهار نشده یکی از مودهای آسیب در زلزله های گذشته محسوب می شود. در صورتی که مقدار این بلند شدگی از مقدار مجاز آن (30 سانتیمتر) بیشتر شود. ممکن است منجر به پارگی جداره مخزن و یا شکستگی لوله های متصل به آن گردد.

نشست نامتقارن بستر

تنش های ناشی از لنگر واژگونی و ضربه های ناشی از بلند شدگی کف مخزن در هنگام زلزله. موجب نشست نامتقارن در تراز پایه می گردد. در نتیجه امکان آسیب دیدگی و خسارت مخزن وجود دارد. حداکثر نشست نامتقارن بستر طبق دستورالعمل های موجود به 5 سانتیمتر محدود گردید.

بررسی مودهای شکست

مدل سازی و تحلیل مخازن

مشخصات هندسی مخازن مورد بررسی به اختصار در جدول (1) بیان گردید و معلوم مشخص است. همچنین مدل سه بعدی یکی از مخازن به همراه چگونگی مش بندی آن در شکل (1) نمایان و مشخص است.

برای مدل سازی رفتار دقیق مخازن به هنگام تحریک زلزله، هم جداره فولادی. و هم سیال درون مخزن به کمک نرم افزار Ansys مدل سازی شده اند. برای مدل کردن جداره از المان Shell63 استفاده شده است. این المان یک المان خمشی – غشائی است. که قابلیت تحلیل نیروهای درون صفحه عمود بر صفحه را دارا می باشد. به علاوه، این المان قابلیت سخت شدگی کرنش و تغییر مکان های بزرگ را دارا می باشد.

بررسی مودهای شکست

برای مدل سازی سیال از المان Fluid80 استفاده شده است. این المان برای مدل کردن سیال بدون جریان مناسب است. و برای محاسبه فشار هیدرواستاتیک و اندرکنش سیال و سازه کاربرد دارد. همچنین برای مدل کردن بلند شدگی کف مخزن از المان Gap (Link10) استفاده شده است. این المان یک فتر فشاری است که سختی آن در هنگام کشش صفر می گردد.

تحلیل استاتیکی

به عنوان اولین گام در تحلیل کمی، مخازن تحت اثر وزن جداره و فشار هیدرواستاتیک سیال تحیلیل شده اند. نتایج این تحلیل بیانگر تنش های کششی حلقوی ایجاد شده در جداره مخزن تحت اثر فشار هیدرواستاتیک می باشد. همچنین، نتایج این تحلیل در ترکیبات بارگذاری مربوط به بارهای ثقلی و زلزله مورد استفاده قرار می گیرد.

بررسی مودهای شکست

تحلیل مودال

مشخصات ارتعاشی یک مخزن شامل فرکانس های طبیعی و شکل های مودی. از جمله پارامترهای مهم در تحلیل دینامیکی آن محسوب می شود. که با تحلیل مودال حاصل می شود. تعیین و بررسی این پارامترها می تواند در تفسیر رفتار دینامیکی مخزن مفید باشد. مودهای نوسانی و ضربانی از جمله مهمترین مودهای ارتعاشی محسوب می شوند که حداکثر جرم مؤثر را به خود اختصاص می دهند. و در تحلیل های دینامیکی حائز اهمیت هستند.

تحلیل طیفی

پس از انجام تحلیل مودال و تعیین مودهای اصلی مخزن تحلیل طیفی انجام پذیرفت. در این تحلیل برای ترکیب مودها از روش جذر مجموع مربعات (CQC) مورد کاربرد قرار گرفت. طیف طرح ویژه ساختگاه به صورت سه مؤلفه ای با نسبت های 100،30،30 استفاه شده است. نوع خاک محل تیپ III مطابق استاندارد 2800 زلزله ایران می باشد. مطابق دستورالعمل ASCE برای ارزیابی لرزه ای تأسیسات نفتی از طیف طرح ویژه ساختگاه. با احتمال گذر 10 درصد در 50 سال (دوره بازگشت 475 سال) استفاده گردیده که در شکل (2) ملاحظه می شود.

همچنین بر اساس ضمینه E آیین نامه API650 میرایی 2 درصد برای مود ضربانی و میرایی 0/5 درصد. برای مود نوسانی مخزن در نظر گرفته شده است.

تحلیل تاریخچه زمانی

با آنالیز تاریخچه زمانی میتوان علیه عوامل غیر خطی را در آنالیز وارد کرد. هدف از تحلیل دینامیکی حل معادلات حرکت حاکمه طبق رباطه (1) تحت اثر نیروهای زلزله می باشد.

این روابط به صورت غیر خطی تحلیل می شوند. و برای بر آورد میزان بلند شدگی کف مخزن و مقادیر دقیق پاسخ های سازه از این نوع تحلیل مورد کاربرد قرار گرفت.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

tps://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام

ورق استیل 201 جایگزینی با هزینه کمتر نسبت به ورق استیل 304 می باشد.

ورق استیل 201

اگر در آلیاژ 304 نیمی از نیکل را حذف کرده و جای آن عناصر آلیاژی منگنز و نیتروژن اضافه شود. استنلس استیل 201 را خواهیم داشت. که نتیجه آن استحکامی بالاتر نسبت به 304 را در بر خواهد داشت. برای جبران نرخ کارسختی عنصر مس نیز به آلیاژ اضافه می گردد. بنابراین استیل 201 نسبت به ورق استیل 304 انعطاف و شکل پذیری کمتری خواهد داشت. با این حال خواص دما پایین آن عالی می باشد.

همچنین از لحاظ جوش پذیری فوق العاده است. معمولاً در اکثر گریدهای ورق استیل برای اینکه خواص مقاومت در برابر خوردگی بعد از جوشکاری حفظ شود. عملیات حرارتی آنیل لازم می باشد. که در مورد استنلس استیل 201 و نوع کم کربن آن نیاز به چنین عملیاتی احساس نمی شود. و علت آن حفظ خواص مقاومت در برابر خوردگی بعد از جوشکاری می باشد.

شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی خوب آلیاژ 201. باعث شده که این آلیاژ برای ساخت ادوات فلزی، تجهیزات پخت و پز و تجهیزات آشپزخانه ای نیاز به کشش عمیق دارند، بسیار مناسب باشد. البته استحکام خوب موجب شده که این آلیاژ در ساخت تسمه، بست های فلزی و انواع کابل نیز مناسب می باشد. و ویژگی عالی دما پایین آن سبب شده که برای ساخت مخازن برودتی انتخاب اول سازندگان باشد. این آلیاژ در شرایط آنیل غیر مغناطیسی (نگیر) می باشد. اما با کار سرد ممکن است کمی مغناطیسی (بگیر) شود.

ترکیب شیمیایی ورق استیل 201

آنالیز استاندارد ورق استیل 201

استنلس استیل 201 و 201LN با توجه به استانداردهای زیر آنالیز می شوند.

ASTM A240,A480,A666,A262

SAME SA240,SA480,SA666

خواص مکانیکی ورق استیل 201

مقاومت در برابر اکسیداسیون استنلس استیل 201

حداکثر دمایی که آلیاژهای 201 مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن از خود نشان می دهند. متناوب : 750 درجه سانتی گراد

مداوم: 780 درجه سانتی گراد

مقاومت خوردگی ورق استیل 201

اگرچه از لحاظ مقیاسی مقاومت در برابر خوردگی کمتری دارد. اما آلیاژ 201 در اکثر محیط ها می تواند جایگزین مناسبی برای استنلس استیل 301 باشد.

عملیات حرارتی ورق استیل 201

ورق استیل 201 قابلیت سخت شدن با عملیات حرارتی را ندارد. عملیات حرارتی آنیل: گرم کردن تا گستره دمایی 1010 تا 1066 درجه سانتی گراد، سپس سریعاً در آب سرد می شود.

شکل پذیری

آلیاژ 201 قابلیت شکل پذیری با انواع روش های موجود را دارا می باشد. و از لحاظ خمکاری کاملاً مشابه با گرید 301 می باشد.

جوش پذیری

کلاس های آستنیتی استنلس استیل، عموماً جوش پذیری مناسبی با هر دو روش نفوذی و مقاومتی از خود نشان می دهند.

کاربرد

ساخت تجهیزات آشپزخانه، لوازم پخت و پز، صنعت ماشین سازی، نرده و درب و پنجره، واگن، تریلر و غیره

انواع ورق استیل

در طبقه بندی این محصول، ورق ها بر اساس آلیاژ تقسیم بندی می شوند. استیل ها چند سری دارند. از جمله سری 300 و 400 اما معروف ترین و رایج ترین در بازار سری 300 است. که ضد زنگ می باشد و به انواع مختلفی مانند 304,305,321,316,347 تقسیم می شود. که در بین همه موارد ورق استیل 304 از سایرین پر مصرف تر است.

اما استیل سری 400 بیشتر در زندگی روزمره و وسایل کوچک استفاده می شود. مثلاً استیل 410 در برابر سایش مقاوم است. اما نسبت به خوردگی مقاومت کمی دارد. در استیل 420 می توانیم آن را پولیش کنیم و همین قابلیت باعث می شود که برای کارد و چنگال و قاشق استفاده شود. استیل 430 نیز برای تزئینات و دکوراسیون استفاده می شود. مثلاً برای طراحی های داخلی خودروها و منازل استفاده میشوند. این فلز قابلیت شکل پذیری خوبی دارد. و به خاطر عناصری که در این ورق است قیمت ارزانتری از استیل سری 300 دارد.

• ورق استیل 304
• استیل 430
• ورق استیل 420
• ورق استیل 309
• استیل 310
• ورق استیل 316
• استیل 201
• ورق استیل رنگی
• و ورق استیل طرح دار

ابعاد ورق

این محصول در ابعاد مختلفی عرضه می شود. به طور مثال در ابعاد 2*1 و 1.25*2.50 متر، 1.22*2.44 متر,3*1.5 متر و 2*6 متر تولید میشود. تمامی این ابعاد با ضخامت های مختلفی مانند 35 صدم میلی متر تا 20 میلی متر در بازار موجود است. عرض این ورقها به صورت 100 و 125 و 150 سانتی متر تولید و عرضه می شود. البته که ورق های استیل فابریک در دو انداز? 200*100 سانتی متر، 250*125 سانتی متر و 122*244 سانتی متر موجود است.

جدول زیر وزن ورق های استیل با ضخامت های مختلف را نشان می دهد. که در محاسبات عددی شما را یاری می نماید.

برای محاسبه وزن ورق های استیل از فرمول زیر می توان آن را به دست آورد.

ورق ورق استیل = طول*عرض*ضخامت*چگالی ورق استیل

چرا ورق استنلس ضد زنگ است؟

در بالا اشاره نمودیم که اگر به استیل ساده کربن عناصری مثل کروم اضافه شود. خاصیت ضد زنگی به آن می دهد. اگر در استیل حداقل 10،5 درصد کروم داشته باشد. این ویژگی را پیدا می کند. علاوه بر آن کروم پس از ترکیب با اکسیژن هوا به اکسید کروم تبدیل می شود. این لایه را با چشم نمی شود دید. اما این عنصر باعث می شود که لایه ای به وجود بیاورد که بین هوا و فلز مانع ایجاد کند. تا استیل محفوظ و سالم بماند.

استیل بگیر و نگیر چیست؟

در بازار دو اصطلاح متداول است. استیل بگیر، به فولاد زنگ نزنی می گویند که خاصیت جذب توسط آهن ربا را داشته باشد. و به فولاد زنگ نزنی که به آهن ربا جذب نشود، استیل نگیر می گویند. فولادهای زنگ نزن که در بازار وجود دارند مانند ورق استیل 304 و 316 است. که کروم و نیکل دارند و همین دو عنصر باعث نگیر بودن استیل می شود. نیکل باعث می شود که ساختار فریتی تشکیل نشود. شاید این نکته برایتان جالب باشد که استیل سری 400 دارای کروم است که خاصیت مغناطیسی فولاد زنگ نزن را حفظ می کند.

آیا ورق های استیل استنلس قابل بازیافت هستند؟

ورق های استیل را می توان با قاطعیت گفت که قابل بازیافت هستند. و میتوان آنها را به صورت 100 درصد بازیافت کرد. می توان استیل های ضایعاتی را در کارگاه و کارخانه ها ذوب کرد. و دوباره قالب گیری شود. بیشتر استیل های موجود در جهان یعنی حدود 65 تا 80 درصد استنلس به روش بازیافت تولید می شود.

نامگذاری استیل های 304 و 316 و … چگونه انجام شد؟

اولین بار در دنیا انجمن آهن و فولاد آمریکا ورق ها را دسته بندی کرد. و در این تقسیم بندی برای استنلس استیل گروه و دسته هایی را ایجاد کرد. که مطابق با مشخصات فیزیکی و شیمیایی و خواص و شرایط تولید آنها بود.

استیل 304 دارای 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل است. اما استیل 316 علاوه بر کروم و نیکل، مولیبدن نیز دارد. یعنی کروم 16 درصد، نیکل 10 درصد و 2 درصد مولیبدن دارد. مولیبدن مقاوم است و در برابر خوردگی تحمل بالایی دارد. به ویژه در برابر آب شور دریا. به 316 استیل ضد زنگ گرید دریایی هم می گویند. وبرای همین در صنایع کشتی سازی و دریایی از آن استفاده می کنند.

ویژگی های ورق های استیل

این محصول براق، صاف، ضد زنگ و مقاوم به خوردگی است. این محصول به دو صورت رول و شیت در بازار عرضه می شود می توان چند ویژگی مهم آن را به صورت زیر بیان کرد.

• ورق استیل به صورت براق و مات در بازار وجود دارد.
• نسوز است
• ضد اسید است
• ورق استیل روکش دار است.

تولید کنندگان این محصول

این نوع محصول در کشور ما وارداتی است. در ایران ورق استنلس استیل تولید نمی گردد. تولیدکنندگان آن از دیگر کشورها هستند. از معروفترین تولیدکنندگان این محصول می توان به کشورهایی چون، آلمان، فرانسه، اوکراین، تایوان، کره جنوبی، چین، ژاپن، آفریقای جنوبی و آمریکا اشاره نمود. البته در گذشته این ورق ها از آمریکا، ژاپن و آلمان وارد می شد. که امروزه بیشتر از چین، تایوان، کره جنوبی و آفریقای جنوبی است. و درصد چین بیش از همه کشورهاست. اگرچه کیفیت تایوان و کره جنوبی مناسب و خوب برآورد میشود.

قیمت ورق استیل

قیمتگذاری برای این محصول به معیارهای مختلفی وابسته است. و با توجه به شرایط اقتصادی و بالا و پایین شدن نرخ ارز نوسانات آن نیز متفاوت است.

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

tps://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام

فولاد 1181- carbon cast steels -فولاد عملیات حرارت پذیر کربنی – فولاد غیر آلیاژی با قابلیت عملیات حرارتی دارای سختی پذیری متوسط. و شکل پذیری عالی و همچنین ماشین کاری خیلی خوب

فولاد 1181

نام های دیگر: 1550- W6W – R3 – V935 – S1181 – C35 – S35C – 1035 – 060A35 – 35

دمای پیش گرم:150 الی 200 درجه سانتیگراد

الکترود جوشکاری:Ok78.16- E9018-G

Heat Treatment °C

Forging: 850-1100

Annealing: 650-700

Hardening: 840-870*850-880

Quenching: water-oil

فولاد ck35 یا همان 1181 فولاد با خلوص بالا برای ساخت و اجزاء تحت تنش اندکی بالاتر از خودروها.مهندسی مکانیک، ساخت موتور، خودرو، قطعات ماشین سازی، محور قطار و ساخت پیچ و مهره ها. مقاوم در دمای بالا برده شده تا حداکثر 400 درجه سانتی گراد به کار می رود.

خصوصیت: فولاد غیر آلیاژی با قابلیت عملیات حرارتی دارای سختی پذیری متوسط و شکل پذیری عالی و همچنین ماشین کاری خیلی خوب

کاربرد: قابل استفاده در اجزاء سازه ای در صنایع ماشین سازی، قابل استفاده در قطعات موتور

فولاد کربنی چیست؟ و فولاد کم آلیاژ-فولاد آلیاژی

که فولاد کربنی، نوعی فولاد است که حداکثر درصد وزنی کربن ان 2.1% است. طبق تعریف مؤسسه آهن و فولاد آمریکا، AISI، زمانی به فولاد را فولاد کربنی می گویند که:

• هیچ حداقل مقداری برای عناصر کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم، زیرکونیم مشخص نشده باشد.
• حداقل میزان مس مشخص از 0.4 درصد جرمی بیشتر نباشد.
• یا حداکثر درصد جرمی عناصر مورد بیان از این مقادیر بیشتر نباشد. منگنز 1.65 درصد، سیلیکن 0.6 درصد، مس 0.6 درصد.

ممکن است از واژه (فولاد کربنی) برای تفکیک قائل شدن با (فولاد زنگ نزن) استفاده گردد. در این حالت منظور از فولاد کربنی می تواند شامل فولادهای آلیاژی نیز شود.

با افزایش درصد کربن در فولادها، امکان سختکاری و افزایش استحکام آن نیز از طریق عملیات حرارتی افزایش می یابد. ولی از طرفی این کار باعث کاهش شکل پذیری آن می شود. جدای از عملیات حرارتی، افزایش درصد کربن باعث کاهش خاصیت جوشکاری فولادها می شود. در فولادهای کربنی هر چه درصد کربن افزایش یابد، دمای ذوب فولاد کاهش می یابد.

بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال جوشکاری اصطکاکی فولاد ck35 به فولاد 18CrMo4

قطعات ماشین آلات به کمک روش های مختلف نظیر فروجینگ، ماشین کاری، ریخته گری و جوشکاری تولید می شوند. انتخاب روش های تولید وابسته به هزینه تولید است. در این بین جوشکاری اصطکاکی با توجه به هزینه های پایین تولید و امکان اتصال قطعات از جنس غیر مشابه اهمیت فراوانی پیدا کرده است. در این تحقیق ریزساختار و خواص مکانیکی جوش اصطکاکی بین دو فولاد غیر مشابه ck35 (فولاد 1181) و 18CrMo4 مورد ارزیابی قرار می گیرد.

بدین منظور از آزمون های مکانیکی نظیر کشش، خمش و سختی. و بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری کمک گرفته شد. نتایج نشان داد بالاترین استحکام کششی (576 مگاپاسکال). و حداکثر زاویه خمش (30 درجه) در زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه بدست می آید. بررسی های ریزساختاری حاکی از حضور نواحی فلز پایه، ناحیه متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در دو طرف ناحیه جوش اصطکاکی است. همچنین بالاترین سختی در ناحیه جوش بدست می آید.

جوشکاری اصطکاکی یکی از روش های اقتصادی و پر مصرف در اتصال فلزات و آلیاژهای غیر همجنس در صنعت است. در این روش جوشکاری، گرما از طریق تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی در فصل مشترک اتصال در قطعه کار. در اثر چرخش با سرعت بالا و اعمال فشار بوجود می آید. از مزایای جوشکاری اصطکاکی می توان به زمان تولید بسیار کم. صرفه جویی بالا از طریق مواد مصرفی پایین و امکان جوشکاری فلزات و آلیاژهای غیر همجنس اشاره نمود. از پارامترهای مؤثر بر جوشکاری اصطکاکی می توان به زمان اصطکاک. فشار در هنگام اصطکاک دو قطعه، زمان و فشار فورجینگ و سرعت چرخش اشاره نمود. فاکتورهای مورد بیان در بالا برای رسیدن به یک اتصال با خواص مناسب بایستی تحت کنترل درآیند.

در این روش در مرحله فورج مقداری زائده ایجاد می شود که بایستی در مرحله ماشین کاری حذف شود. فرآیند جوشکاری اصطکاکی به دو دسته تقسیم می شود. 1- جوشکاری اصطکاکی لحظه ای و 2-جوشکاری اصطکاکی مداوم در جوشکاری اصطکاکی مداوم. یکی از اجزاء در حال چرخش با سرعت ثابت و دیگری ثابت است و بنابراین حرارت در سطوح تحت اصطکاک بوجود می آید. هنگامی که حرارت کافی ایجاد گردید، حرکت دورانی با ترمز متوقف می شود و فشار نهایی اعمال می شود.

تحقیقات زیادی در مورد جوشکاری اصطکاکی انجام پذیرفت. بعنوان مثال Dobrovidov شرایط بهینه در جوشکاری اصطکاکی فولاد تندبر را به فولاد ساده کربنی با 0.45 درصد کربن را بررسی نمود. در تحقیق دیگری که توسط Sahin بر روی جوشکاری اصطکاکی قطعات از جنس فولاد ck40 انجام پذیرفت، مشاهده گردید. استحکام کششی در ناحیه جوش در حدود 90 درصد فلز پایه می باشد. همچنین استحکام ضربه در ناحیه جوش کمی بالاتر از فلز پایه می باشد.

در تحقیق دیگری همین محقق پارامترهای مؤثر بر جوشکاری اصطکاکی فولاد تندبر را به فولاد ساده کربنی بررسی نمود. نتایج این تحقیق نشان داد بالاترین استحکام کششی در زمان اصطکاک 3.7 ثانیه و فشار اصطکاک 600 مگاپاسکال بدست می آید. در تحقیق دیگری که توسط Satyanarayana بر روی جوشکاری اصطکاکی غیر همجنس فولاد زنگ نزن آستنیتی به فولاد زنگ نزن فریتی انجام پذیرفت. مشاهده گردید انرژی ضربه و خواص استحکامی در ناحیه جوش در مقایسه با فلز پایه (فولاد زنگ نزن فریتی) بهبود یافت. و در داخل کشور تحقیقات بسیار کمی در مورد جوشکاری اصطکاکی انجام پذیرفت. در تحقیق حاضر جوشکاری اصطکاکی فولاد کم آلیاژ کروم، مولیبدن وانادیوم دار به فولاد ساده کربنی Ck35 (فولاد 1181). که در تهیه محور فرمان نیسان کاربرد دارد بررسی گردیده. و شرایط بهینه در تولید این قطعه نظیر زمان اصطکاک و زمان فورج مشخص می گردد.

مواد و روش تحقیق

ترکیب شیمیایی فولادهای مورد مصرف در تحقیق شامل 18CrMo4 و Ck35 به ترتیب در جدول (1) و (2) مشخص است. در این تحقیق پارامترهای فشار فورج اولیه، فشار فورج ثانویه. و سرعت چرخش بترتیب برابر با 25 بار. 45 بار و 1500 دور بر دقیقه مد نظر قرار گرفت. عملیات جوشکاری اصطکاکی در دو زمان فورج 3 و 5 ثانیه و زمان های اصطکاک 8،11،16،13،17،19 ثانیه انجام گردید.

برای بررسی خواص مکانیکی ناحیه جوش اصطکاکی از آزمون های کشش مطابق بااستاندارد EN10002-1 (توسط دستگاه ZIM مدل YMM). سختی (توسط دستگاه کوپا مدل MH1 و نیروی 5 کیلو گرم) و خمش مطابق با استاندارد ENISO15620 استفاده گردید. نحوه انجام آزمون خمش بر روی نمونه های محور فرمان نیسان تولیدی به روش جوشکاری اصطکاکی در شکل (1) نمایان است.

برای بررسی ریزساختار ناحیه جوش،نمونه ها پس از (اچ) در محول نایتال 4% توسط میکروسکوپ نوری Olympus مدل PGM3. و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ساخت شرکت JEO1 استفاده گردید. همچنین برای بررسی نمونه هادر حالکت ماکرو از محلول (اچ) با ترکیب کلرور مس (20 گرم). و اسید کلریدریک (100 گرم) و آب (100 گرم) استفاده گردید.

نتایج و بحث

در شکل (2) و (3) ارتباط بین زمان اصطکاک و استحکام کششی در زمان فورج 3 و 5 ثانیه نمایان است. همانطوریکه مشاهده می گردد. در زمان فورج 3 ثانیه و زمان اصطکاک 13 ثانیه بالاترین استحکام کششی (Mpa 570) حاصل گردید. دلیل این مسئله در ارتباط با آن است. که در زمان های اصطکاک کم حرارت تولیدی بسیار کم است. و بنابراین منجر به جوش با استحکام بالا نمی شود.

همچنین در زمان های اصطکاک یا فورج بالاتر، دمای ناحیه جوش افزایش یافت. و بنابراین پهنای ناحیه متأثر از حرارت افزایش می یابد (همراه با درشت شدن دانه ها) و بنابراین استحکام کاهش می یابد. بنابراین بالاترین استحکام کششی (570Mpa) مربوط به زمان اصطکاک 13ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه است. که منجر به دمای 930 درجه سانتی گراد در لحظه فورج می شود. نتایج بالا توسط محققین دیگر و در مورد آلیاژهای دیگر مورد اثبات قرار دارد. بررسی نتایج حاصل از آزمون خمش بیانگر بالاترین زاویه خمش در لحظه شکست (30 درجه). برای نمونه با زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه می باشد. بررسی های ریزساختاری حاکی از حضور سه ناحیه فلز پایه، ناحیه متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در دو طرف ناحیه جوش است. (شکل 4 و 5) از بررسی این مناطق (با توجه به شکل 4 و 5)، نتایج زیر حاصل می شود:

1- ساختار فلز پایه : در فولاد ساده کربنی شامل فریت و پرلیت و در فولاد کم آلیاژ مارتنزیت تمپر هستند.

2- ساختار ناحیه متأثر از حرارت: وسعت این ناحیه بسیار کم و دارای ساختاری درشت دانه تر در مقایسه با فلز پایه است.

3- ساختار ناحیه ترمومکانیکال: ساختار این ناحیه بدلیل تغییر فرم پلاستیک، ریزدانه تر و ظریف تر می باشد.

4- ناحیه جوش: وسعت این ناحیه بسیار کم می باشد. دلیل این مسئله آن است که در اثر جوشکاری قسمت زیادی از این ناحیه به بیرون پس زده می شود. و زائده جوش را تشکیل می دهد (شکل 6). همچنین اندازه زائده جوش در طرف ck35، 3.1 میلی متر و در طرف 18CrM04، 2.9 میلی متر است. که با توجه به کمتر بودن استحکام کششی فولاد ck35 در مقایسه با فولاد 18CrMo4 قابل توجیه است.

فولاد 1181

شکل (4) : ریزساختار نواحی مختلف جوش اصطکاکی دو فولاد 18CrMo4 و Ck35 در نمونه با زمان فورج 3 ثانیه و زمان اصطکاک 13 ثانیه.

شکل (5): ریزساختار تهیه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی. از نواحی مختلف جوش اصطکاکی دو فولاد 18CrMo و Ck35 در نمونه با زمان فورج 3 ثانیه و زمان اصطکاک 13 ثانیه.

نتایج حاصل از بررسی سختی نمونه ها در جدول (3) نمایان است. همانطوریکه مشاهده می گردد سختی در نواحی متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال در مقایسه با فلز پایه کاهش یافته است. همچنین بالاترین سختی در ناحیه جوش حاصل گردید. دلیل این مسئله در ارتباط با ریز شدن دانه ها و تأثیر عملیات فورج در این ناحیه می باشد.

فولاد 1181

نتیجه گیری

در تحقیق حاضر اتصال از طریق جوشکاری اصطکاکی فولاد ck35 به فولاد 18CrMo4. که در ساخت محور فرمان نیسان کاربرد دارد انجام پذیرفته و نتایج زیر حاصل گردید.

1- بالاترین استحکام کششی (576 مگاپاسکال) و حداکثر زاویه خمش (30 درجه). در زمان اصطکاک 13 ثانیه و زمان فورج 3 ثانیه بدست آمد. که با توجه به استحکام کششی فولاد ck35 در حالت آنیل شده (650 مگاپاسکال). استحکام کششی ناحیه جوش 0/88 فلز پایه است.

2- بالاترین سختی در ناحیه جوش بدست می آید که با توجه به تأثیر عملیات فورج بر ریز شدن دانه ها قابل توجیه است.

3-بررسی های ریزساختاری حضور نواحی فلز پایه، ناحیه متأثر از حرارت و ناحیه ترمومکانیکال را در دو طرف ناحیه جوش اصطکاکی تأیید می نماید.

4- با توجه به کمتر بودن استحکام کششی فولاد ck35 در مقایسه با فولاد 18CrMo4. تغییر فرم بیشتری در آن رخ داده و بنابراین اندازه زائده جوش در طرف ck35 بزرگتر است.

کامران امینی-علی فاتحی، علی بروجردی

دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهرمجلسی-شرکت فرمان خودرو سپاهان اصفهان-شرکت آزمونه فولاد اصفهان

شرکت خشکه و فولاد پایتخت (( مدیریت : جواد دلاکان )) صنعتگران عزیز، افتخار داریم. که سی سال تجربه گرانبهای خویش را در زمینه عرضه انواع ورق آلیاژی. و انواع فولاد آلیاژی برای خدمت رسانی به شما هموطنان کشور عزیزمان ایران ارائه می دهیم. پیشاپیش از اینکه شرکت خشکه و فولاد پایتخت را جهت خرید خود انتخاب می نمایید سپاسگزاریم.ارتباط با ما:
09121224227
09371901807
تلفن: 02166800251
فکس: 66800546

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی

https://t.me/foolad_paytakht تلگرام

https://www.instagram.com/folad_paytakht اینستاگرام

https://www.instagram.com/foolad_paytakht.ir اینستاگرام