مقدمه:
سه خانواده اصلی ورق استیل در هنگام جوشکاری یا قرار گرفتن در آفتاب تابستان، رفتار متفاوتی با یکدیگر دارند. آلیاژهای دیگر نظیر فولادهای کربنی، آلومینیوم، آلیاژهای مس و غیره نیز در شرایط مختلف دمایی رفتار گوناگونی از خود نشان می دهند که این رفتارها به ضریب انبساط و هدایت حرارتی آنها بستگی دارد.
در حالی که آلیاژهای مس و آلومینیوم دارای ضرایب انبساط برابر یا بالاتر نسبت به ورق های استیل آستنیتی هستند، این ترکیب منحصر به فرد دارای انبساط حرارتی بالا و هدایت حرارتی کم است که نیاز به اقدامات احتیاطی و رویه های خاصی در طراحی و ساخت فولاد زنگ نزن متداولی مانند 304 یا L304 را برجسته می کند. همچنین گریدهای 316 یا L316 نیز جزء ورق استیل آستنیتی مورد استفاده در سازه ها و مخازن هستند که رفتار حرارتی آنها دارای اهمیت ویژه ای است.
اعوجاج ورق استیل 304 در حین جوشکاری:
عدم رسیدگی به انبساط و هدایت حرارتی می‌تواند منجر به اعوجاج شدید در حین جوشکاری شود، زیرا انبساط تفاضلی باعث می‌شود گرمای تولید شده توسط فرآیند جوشکاری موضعی باقی بماند و باعث شیب شدید دما و تنش‌های موضعی بالا یا اعوجاج سطحی شود.
روشهای استاندارد جوشکاری باید برای به حداقل رساندن ایجاد گرما در ناحیه جوش اتخاذ شود. اینها شامل استفاده از حداقل آمپر منطبق با کیفیت جوش خوب و کنترل دمای بین گذر با استفاده از دستورالعمل های ارائه شده در جداول استاندارد است. بستن تجهیزات با میلگردهای مسی یا آلومینیومی به عنوان هیت سینک روی جوش نیز ممکن است امکان پذیر باشد.
سایر اقدامات احتیاطی برای به حداقل رساندن اعوجاج در حین جوشکاری عبارتند از جیک کارآمد یا استفاده از انتها و توالی میانی جوش های چسبناک با فاصله نزدیک به جای اجرای مستقیم.
کتابچه راهنمای طراحی سازه با ورق استیل نشان می دهد که ورق های استیل آستنیتی 304 از همان نوع اعوجاج در حین جوشکاری مانند فولاد کربنی رنج می برند، اما ضریب انبساط بالاتر (17 میکرومتر بر متر درجه سانتی گراد در مقابل 12 میکرومتر بر متر درجه سانتی گراد برای فولاد کربنی) و هدایت حرارتی کمتر (تقریبا 30 درصد فولاد کربنی) باعث افزایش اعوجاج جوشکاری ورق استیل آستنیتی 304 می شود.
ورق استیل دوبلکس دارای ضریب انبساط حرارتی بین فولاد کربنی و ورق های استیل آستنیتی 304 است، اما رسانایی حرارتی مشابه ورق استیل 304 دارد، بنابراین کنترل حرارت همچنان مهم است. ورق های استیل فریتی دارای خواص جوشکاری حرارتی مشابه با فولاد کربنی هستند اما به دلایل متالورژی به جوشکارهای ماهر بیشتری نیاز دارند.
کتابچه راهنمای طراحی همچنین پیشنهاد می کند که تعدادی از اقدامات اضافی می تواند توسط طراح و سازنده برای به حداقل رساندن اعوجاج جوشکاری و عدم تطابق در تجهیزات در نظر گرفته شود.
اینها شامل طراحی با اتصالات متقارن، طراحی برای تطبیق تحمل ابعاد گسترده تر، کاهش سطح مقطع جوش در مقاطع ضخیم (به عنوان مثال جایگزینی آماده سازی Single "V" با Double "V" یا Double "U")، اطمینان از تناسب خوب و تراز قبل از جوشکاری و با استفاده از جوشکاری متعادل و توالی های مناسب مانند توالی های 'backstepping' و 'block' به دست می آیند.
مشکلات انبساط ورق استیل 304 پس از نصب:
یکی دیگر از مشکلات ناشی از ضریب انبساط بالای ورق های استیل آستنیتی 304 در مقایسه با تخته سه لا، انبساط دیفرانسیل است، اگرچه جذب آب نیز ممکن است یک مسئله باشد. مشکل دیگر زمانی است که پانل ها (حتی بسیار کوچک) در آفتاب کامل هستند و فضای انبساط برای جابجایی ندارند، زیرا در دمای مثلاً 20 درجه سانتیگراد تا 40 درجه سانتیگراد هوای روز، بیش از حد گرم شده و دچار اعوجاج می شوند.
در کاربردهای معماری با کارکردهای طولانی مانند سقف پروفیلی، باید از گیره های انبساط استفاده کرد تا امکان حرکت حرارتی بدون کمانش موضعی و خرابی فراهم شود. همانند سایر سیستم‌های پوشش فلزی و سقف‌های فلزی با ارتفاع 3 تا 9 متر یا بیشتر، برای ضخامت ورق استیل 304 استفاده شده محدودیت‌هایی برای حداکثر عرض پروفیل شکل‌دهی شده وجود دارد.
پروفیل تشکیل شده باید دارای سفتی و استحکام ستونی کافی برای تبدیل تنش های انبساط حرارتی به حرکت لغزشی در گیره های انبساط باشد. برای دویدن طولانی‌تر، درزهای انبساط باید هر 7 تا 12 متر، با فاصله 6 میلی‌متر در سطوح عمودی و 12 میلی‌متر در جایی که انتهای ناودان به دیوار نزدیک است، ایجاد شود.
در سیستم‌های لوله‌کشی فولاد ضدزنگ، تنش‌های انبساط حرارتی می‌تواند باعث پارگی نقاط تکیه‌گاه، کمانش لوله یا شکستگی تجهیزات متصل به لوله‌کشی شود، در صورتی که تغییرات در ابعاد توسط اتصالات انبساط یا انعطاف‌پذیری نصب لوله‌کشی جذب نشود.
راهنمای لوله‌کشی برای لوله‌های فولادی زنگ نزن برای ساختمان‌ها راهنمایی برای ارزیابی تنش‌ها و واکنش‌های حرارتی در تکیه‌گاه‌ها و نقاط لنگر، و همچنین راهنمایی برای تعیین اینکه آیا انعطاف‌پذیری لوله‌ها می‌تواند انبساط آن را جذب کند، ارائه می‌کند. دومی شامل یک فرمول تجربی است که مستلزم آن است که نقاط لنگر لوله‌کشی در انتهای لوله باشد، سیستم لوله‌کشی فاقد انشعاب بوده و هیچ تغییری در طول لوله (به عنوان مثال قطر، ضخامت، کیفیت مواد، دما و غیره) وجود نداشته باشد.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی