ท่อเหล็กสี่เหลี่ยม: ขนาดมาตรฐาน เกรดวัสดุ และเทคโนโลยีการประมวลผล

บทนำ: ความอเนกประสงค์ของส่วนกลวงสี่เหลี่ยม

ท่อเหล็กสี่เหลี่ยมหรือที่เรียกว่า Square Hollow Sections (SHS) เป็นหนึ่งในโปรไฟล์โครงสร้างที่หลากหลายที่สุดในการผลิตโลหะสมัยใหม่ โปรไฟล์เหล่านี้โดดเด่นด้วยหน้าตัดกลวงที่มีด้านเท่ากัน โดยผสมผสานอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงเข้ากับความสวยงามที่สะอาดตาและการเชื่อมต่อที่ง่ายดาย รูปทรงส่วนปิดให้ความแข็งแกร่งเชิงบิดเป็นพิเศษ—เหนือกว่าโปรไฟล์แบบเปิดอย่างมาก เช่น คานไอหรือช่อง—ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานต่อแรงบิด พื้นผิวเรียบและขนานกันช่วยลดความยุ่งยากในการเชื่อม การขันน็อต และการติดตั้งฉากยึด แผ่น และส่วนประกอบอื่นๆ ทำให้ท่อเหล็กสี่เหลี่ยมเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับภาคการก่อสร้าง วิศวกรรมเครื่องกล การขนส่ง และการเกษตร

ช่วงมิติมาตรฐานและข้อกำหนดทั่วโลก

ท่อเหล็กสี่เหลี่ยมผลิตขึ้นในหลากหลายขนาดเพื่อรองรับความต้องการทางโครงสร้างและทางกลที่หลากหลาย ในระบบเมตริก ขนาดภายนอกโดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ขนาดเล็กเพียง 10 มม. × 10 มม. ไปจนถึง 400 มม. × 400 มม. โดยความหนาของผนังโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.5 มม. ถึง 20 มม. สำหรับการใช้งานเบา เช่น เฟอร์นิเจอร์หรือโครงสร้างประดับ โดยทั่วไปจะระบุส่วนที่เล็กกว่า (13 มม.–50 มม.) ที่มีผนังบางกว่า (0.5 มม.–3 มม.) ส่วนขนาดกลาง (50 มม.–150 มม.) ที่มีความหนาของผนัง 3 มม.–8 มม. ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับการวางกรอบโครงสร้างทั่วไป ฐานเครื่องจักร และเสารองรับ ส่วนขนาดใหญ่ที่เกิน 150 มม. ซึ่งมักจะมีความหนาของผนังสูงถึง 12 มม. ขึ้นไป จะถูกใช้งานในงานที่รับน้ำหนักมาก โดยทั่วไปแล้วความยาวมาตรฐานจะมีขนาด 6 เมตร 12 เมตร หรือความยาวที่กำหนดเอง

ASTM A500: มาตรฐานอเมริกันสำหรับท่อโครงสร้าง

ข้อกำหนดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับท่อเหล็กสี่เหลี่ยมในอเมริกาเหนือคือ ASTM A500 ซึ่งครอบคลุมท่อโครงสร้างเหล็กกล้าคาร์บอนเชื่อมขึ้นรูปเย็นและไร้ตะเข็บสำหรับการก่อสร้างสะพานและอาคารแบบเชื่อม ตอกหมุด หรือยึดด้วยสลักเกลียว ภายใต้ ASTM A500 เกรด C เป็นวัสดุที่โดดเด่น โดยมีกำลังรับผลผลิตขั้นต่ำ 50 ksi (345 MPa) และความต้านทานแรงดึง 62 ksi (427 MPa) มาตรฐานครอบคลุมท่อที่มีเส้นรอบวงรวมสูงสุด 88 นิ้ว ซึ่งหมายความว่าขนาด HSS แบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสสูงสุดคือ 22 นิ้ว × 22 นิ้ว โดยมีความหนาของผนังไม่เกิน 1 นิ้วตามที่ระบุ ตัวอย่างเช่น การกำหนด HSS แบบสี่เหลี่ยมทั่วไปภายใต้ ASTM A500 จะแสดงเป็น HSS50x50x3 ซึ่งระบุขนาดภายนอก 50 มม. × 50 มม. พร้อมความหนาของผนัง 3 มม. ขนาดอิมพีเรียลทั่วไปมีตั้งแต่ 1/2″ × 1/2″ โดยมีความหนาของผนัง 0.063″ ไปจนถึง 8″ × 8″ โดยมีความหนาของผนัง 0.250″ (1/4″)

EN 10210 และ EN 10219: มาตรฐานยุโรปสำหรับส่วนที่ขึ้นรูปร้อนและขึ้นรูปเย็น

ในยุโรป ส่วนกลวงที่เป็นสี่เหลี่ยมอยู่ภายใต้มาตรฐานหลักสองมาตรฐาน: EN 10210 สำหรับส่วนกลวงของโครงสร้างที่อบร้อน และ EN 10219 สำหรับส่วนกลวงของโครงสร้างเชื่อมขึ้นรูปเย็น EN 10219 ครอบคลุมถึงส่วนกลวงโครงสร้างเชื่อมแบบเย็น ทรงกลม สี่เหลี่ยม และสี่เหลี่ยมที่ผลิตในความหนาของผนังสูงสุด 40 มม. โดยที่ส่วนสี่เหลี่ยมมีขนาดภายนอกสูงสุด 500 มม. × 500 มม. ส่วนสี่เหลี่ยมจัตุรัส EN 10219 ทั่วไปมีตั้งแต่ 20 มม. × 20 มม. โดยมีความหนาของผนัง 2.0 มม. จนถึง 300 มม. × 300 มม. โดยมีความหนาของผนังสูงถึง 12.5 มม. หรือมากกว่า มาตรฐานระบุความคลาดเคลื่อนของขนาด คุณสมบัติหน้าตัด และข้อกำหนดในการทำเครื่องหมาย โดยมีความยาวมาตรฐาน 6, 8 และ 12 เมตร มีการระบุรัศมีของมุมด้วย: สำหรับส่วน 20 มม. × 20 มม. × 2.0 มม. รัศมีมุมภายนอกคือ 4 มม. โดยมีรัศมีมุมภายใน 2 มม.

JIS G3466 และมาตรฐานสากลอื่นๆ

มาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น JIS G3466 ระบุข้อกำหนดสำหรับท่อเหล็กกล้าคาร์บอนทรงสี่เหลี่ยมและสี่เหลี่ยมที่ใช้สำหรับงานวิศวกรรมโยธา สถาปัตยกรรม และโครงสร้างอื่นๆ ความคลาดเคลื่อนของมิติภายใต้ JIS G3466 กำหนดให้ความยาวด้านข้างต่ำกว่า 100 มม. ค่าเผื่อคือ ±1.5 มม. สำหรับความยาวด้านที่เกิน 100 มม. ค่าเผื่อคือ ±1.5% ความคลาดเคลื่อนของความหนาของผนังคือ ± 10% และความคลาดเคลื่อนของน้ำหนักคือ ± 10% มาตรฐานจีน GB/T 6728 ครอบคลุมถึงส่วนกลวงของเหล็กขึ้นรูปเย็น โดยทั่วไปมีขนาดตั้งแต่ 20 มม. × 20 มม. ถึง 600 มม. × 600 มม. โดยมีเกรดวัสดุทั่วไปรวมถึง Q235B และ Q345B เกรดวัสดุทั่วไปในมาตรฐานเหล่านี้ได้แก่ ASTM A500 เกรด B และ C, S235JR, S355J0H, Q235B และ Q345B

กระบวนการผลิตท่อสี่เหลี่ยม: จากคอยล์ไปจนถึงโปรไฟล์สำเร็จรูป

การผลิตท่อเหล็กสี่เหลี่ยมเป็นไปตามขั้นตอนการผลิตที่เป็นระบบซึ่งเปลี่ยนขดลวดเหล็กแบนให้เป็นส่วนกลวงที่มีความแม่นยำ กระบวนการเริ่มต้นด้วยการเตรียมวัตถุดิบ โดยมีการตรวจสอบข้อบกพร่องที่พื้นผิวของเหล็กเส้น ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นเหล็กม้วนรีดร้อนหรือรีดเย็นเช่น Q195, Q235 หรือ Q345 และทำความสะอาดเพื่อขจัดสนิม น้ำมัน หรือสิ่งเจือปนอื่นๆ จากนั้นขดลวดจะถูกคลายออกและส่งผ่านเครื่องปรับระดับเพื่อทำให้แถบเรียบและบรรเทาความเครียดภายใน การตัดขอบจะตัดแถบเหล็กให้ได้ความกว้างที่ต้องการสำหรับการผลิตท่อสี่เหลี่ยม

ขั้นตอนการขึ้นรูปใช้กระบวนการขึ้นรูปม้วนแบบก้าวหน้า: โรงขึ้นรูปจะค่อยๆ งอแถบให้เป็นท่อกลม จากนั้นจะถูกส่งผ่านเครื่องปรับขนาดหรือหน่วยปรับรูปร่างสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งจะแปลงท่อกลมให้เป็นหน้าตัดสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยม จากนั้นจึงใช้การเชื่อมด้วยความต้านทานไฟฟ้าความถี่สูง (ERW) เพื่อหลอมตะเข็บ ตามด้วยการขจัดเสี้ยนของรอยเชื่อมภายในและภายนอกโดยใช้เครื่องมือพันผ้าพันคอ จากนั้นท่อจะเคลื่อนผ่านลูกกลิ้งขนาดต่างๆ เพื่อกำหนดขนาดขั้นสุดท้ายและสร้างมุมที่แหลมคมตามต้องการ การอบชุบด้วยความร้อนแบบออนไลน์เสริม เช่น การอบอ่อน อาจนำไปใช้กับรอยเชื่อมเพื่อปรับปรุงคุณภาพและสมรรถนะทางกลโดยรวม เลื่อยบินหรือคัตเตอร์ที่มีความยาวคงที่จะตัดท่อต่อเนื่องตามความยาวที่ต้องการ ในที่สุด ท่อที่ตัดจะถูกยืดให้ตรงเพื่อกำจัดการโค้งงอหรือการบิด และอาจทำการเจียรหรือลบมุมพื้นผิวส่วนท้ายได้ การตรวจสอบคุณภาพประกอบด้วยการตรวจสอบด้วยภาพ การตรวจสอบมิติ และการตรวจสอบรอยเชื่อมโดยใช้การทดสอบอัลตราโซนิกหรือเอ็กซ์เรย์ ตามด้วยการบำบัดป้องกันสนิม (เช่น การหยอดน้ำมัน) และการมัดรวมสำหรับการจัดเก็บหรือการขนส่ง

การประมวลผลรอง: การตัด การดัด และการเชื่อม

นอกเหนือจากการผลิตขั้นต้นแล้ว ท่อสี่เหลี่ยมยังต้องผ่านการประมวลผลขั้นทุติยภูมิต่างๆ เพื่อตอบสนองข้อกำหนดการใช้งานเฉพาะ การตัด สามารถทำได้โดยใช้เลื่อยสำหรับการตัดตามความยาวทั่วไป การตัดด้วยเลเซอร์เพื่อความแม่นยำสูงและโปรไฟล์ที่ซับซ้อน หรือการตัดพลาสม่าสำหรับท่อที่มีความหนาปานกลาง การตัดด้วยเลเซอร์ด้วยหลอดใช้ลำแสงเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงในการหลอมหรือทำให้วัสดุหลอดกลายเป็นไอในพื้นที่ ให้การประมวลผลแบบไม่สัมผัสและมีพลังงานความหนาแน่นสูงพร้อมคุณภาพคมตัดที่ยอดเยี่ยม การดัด จะเปลี่ยนท่อตรงเป็นส่วนประกอบโค้งสำหรับโครง ราวจับ และองค์ประกอบทางสถาปัตยกรรม เครื่องดัดท่อ CNC ใช้แมนเดรลและดายไวเปอร์เพื่อสร้างท่อสี่เหลี่ยมให้เป็นรัศมีเรียบโดยไม่ทำให้ผนังพังทลาย การเชื่อม จะประกอบส่วนประกอบแต่ละท่อให้เป็นโครงสร้างขนาดใหญ่โดยใช้การเชื่อมอาร์กโลหะด้วยแก๊ส (MIG) หรือการเชื่อมอาร์กทังสเตนด้วยแก๊ส (TIG) พร้อมการเตรียมข้อต่อที่เหมาะสมและการประกอบที่จำเป็นสำหรับคุณภาพการเชื่อม การประมวลผลรองเพิ่มเติม ได้แก่ การเจาะรู การกัดร่อง การเจาะ และการตกแต่งพื้นผิว เช่น การชุบสังกะสี การทาสี หรือการเคลือบสีฝุ่น