Ống thép vuông: Kích thước tiêu chuẩn, loại vật liệu và công nghệ xử lý

Giới thiệu: Tính linh hoạt của các phần rỗng vuông

Ống thép vuông, còn được gọi là Phần rỗng vuông (SHS), là một trong những cấu trúc linh hoạt nhất trong chế tạo kim loại hiện đại. Đặc trưng bởi mặt cắt ngang rỗng, bằng nhau, các cấu hình này kết hợp tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao với tính thẩm mỹ rõ ràng và dễ dàng kết nối. Hình dạng mặt cắt kín của chúng mang lại độ cứng xoắn đặc biệt—cao hơn đáng kể so với các biên dạng mở như dầm chữ I hoặc kênh—làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chống lại lực xoắn. Các bề mặt phẳng, song song giúp đơn giản hóa việc hàn, bắt vít và lắp giá đỡ, tấm và các bộ phận khác, khiến ống thép vuông trở thành vật liệu được ưa chuộng trong các lĩnh vực xây dựng, cơ khí, giao thông và nông nghiệp.

Phạm vi kích thước tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật toàn cầu

Ống thép vuông được sản xuất với nhiều kích cỡ khác nhau để đáp ứng các yêu cầu về kết cấu và cơ khí đa dạng. Trong hệ mét, kích thước bên ngoài điển hình trải dài từ nhỏ tới 10 mm × 10 mm đến 400 mm × 400 mm, với độ dày thành thường dao động từ 0,5 mm đến 20 mm. Đối với các ứng dụng nhẹ như đồ nội thất hoặc cấu trúc trang trí, các phần nhỏ hơn (13mm–50mm) với thành mỏng hơn (0,5mm–3mm) thường được chỉ định. Tiết diện trung bình (50mm–150mm) với độ dày thành từ 3mm–8mm đóng vai trò là vật liệu chính cho khung kết cấu chung, bệ máy và cột đỡ. Các phần lớn vượt quá 150 mm, thường có độ dày thành lên tới 12 mm trở lên, được sử dụng trong các ứng dụng chịu tải nặng. Chiều dài tiêu chuẩn thường được cung cấp dưới dạng 6 mét, 12 mét hoặc chiều dài tùy chỉnh.

ASTM A500: Tiêu chuẩn Mỹ về ống kết cấu

Thông số kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất cho ống thép vuông ở Bắc Mỹ là ASTM A500, bao gồm ống kết cấu thép carbon liền mạch và hàn nguội để xây dựng cầu và tòa nhà bằng hàn, đinh tán hoặc bắt vít. Theo tiêu chuẩn ASTM A500, loại C là vật liệu chiếm ưu thế, có cường độ chảy tối thiểu là 50 ksi (345 MPa) và độ bền kéo là 62 ksi (427 MPa). Tiêu chuẩn bao gồm các ống có tổng chu vi tối đa là 88 inch, nghĩa là kích thước HSS vuông tối đa là 22 inch × 22 inch, với độ dày thành danh nghĩa lên tới 1 inch. Ví dụ: ký hiệu HSS hình vuông điển hình theo tiêu chuẩn ASTM A500 được biểu thị là HSS50x50x3, biểu thị kích thước bên ngoài 50mm × 50mm với độ dày thành 3 mm. Kích thước đế quốc phổ biến dao động từ 1/2 ″ × 1/2 ″ với độ dày thành 0,063 ″ lên đến 8 ″ × 8 ″ với độ dày thành 0,250 ″ (1/4 ″).

EN 10210 và EN 10219: Tiêu chuẩn Châu Âu dành cho các mặt cắt tạo hình nóng và tạo hình nguội

Ở Châu Âu, tiết diện rỗng hình vuông được điều chỉnh bởi hai tiêu chuẩn chính: EN 10210 dành cho tiết diện rỗng kết cấu được hoàn thiện nóng và EN 10219 dành cho tiết diện rỗng kết cấu hàn tạo hình nguội. EN 10219 bao gồm các phần rỗng kết cấu hình tròn, hình vuông và hình chữ nhật hàn nguội được sản xuất ở độ dày thành lên đến 40mm, với các phần hình vuông có kích thước bên ngoài lên đến 500mm × 500mm. Tiết diện vuông EN 10219 điển hình có kích thước từ 20mm × 20mm với độ dày thành 2,0mm lên đến 300mm × 300mm với độ dày thành lên tới 12,5mm trở lên. Tiêu chuẩn này quy định dung sai kích thước, đặc tính mặt cắt và yêu cầu đánh dấu với chiều dài tiêu chuẩn là 6, 8 và 12 mét. Bán kính góc cũng được chỉ định: đối với phần 20 mm × 20 mm × 2,0mm, bán kính góc ngoài là 4 mm và bán kính góc trong là 2 mm.

JIS G3466 và các tiêu chuẩn quốc tế khác

Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản JIS G3466 quy định các yêu cầu đối với ống thép cacbon hình vuông và hình chữ nhật dùng cho công trình dân dụng, kiến ​​trúc và các kết cấu khác. Dung sai kích thước theo JIS G3466 yêu cầu đối với chiều dài cạnh dưới 100mm, dung sai là ±1,5mm; đối với chiều dài cạnh vượt quá 100mm, dung sai là ± 1,5%. Dung sai độ dày của tường là ±10% và dung sai trọng lượng là ±10%. Tiêu chuẩn GB/T 6728 của Trung Quốc bao gồm các phần rỗng bằng thép tạo hình nguội, thường có kích thước từ 20 mm × 20 mm đến 600 mm × 600 mm, với các loại vật liệu phổ biến bao gồm Q235B và Q345B. Các loại vật liệu phổ biến theo các tiêu chuẩn này bao gồm ASTM A500 Cấp B và C, S235JR, S355J0H, Q235B và Q345B.

Quy trình sản xuất ống vuông: Từ cuộn đến thành phẩm

Việc sản xuất ống thép vuông tuân theo quy trình sản xuất có hệ thống, biến cuộn thép phẳng thành các phần rỗng chính xác. Quá trình này bắt đầu với việc chuẩn bị nguyên liệu thô, trong đó dải thép—thường là cuộn cán nóng hoặc cán nguội thuộc các loại như Q195, Q235 hoặc Q345—được kiểm tra các khuyết tật bề mặt và được làm sạch để loại bỏ rỉ sét, dầu hoặc các tạp chất khác. Sau đó, cuộn dây được tháo ra và đưa qua máy san phẳng để làm phẳng dải và giảm bớt ứng suất bên trong. Cắt cạnh cắt dải thép theo chiều rộng cần thiết để sản xuất ống vuông.

Giai đoạn tạo hình sử dụng quy trình tạo hình cuộn lũy tiến: máy nghiền tạo hình dần dần uốn dải thành ống tròn, sau đó được đưa qua máy nghiền định cỡ hoặc bộ phận định hình lại hình vuông để biến ống tròn thành mặt cắt ngang hình vuông hoặc hình chữ nhật. Sau đó, hàn điện trở tần số cao (ERW) được áp dụng để kết dính đường may, sau đó loại bỏ các vệt hàn bên trong và bên ngoài bằng các công cụ quàng. Sau đó, ống đi qua nhiều con lăn định cỡ để cố định kích thước cuối cùng và tạo thành các góc nhọn theo yêu cầu. Xử lý nhiệt trực tuyến tùy chọn, chẳng hạn như ủ, có thể được áp dụng cho đường hàn để cải thiện chất lượng và hiệu suất cơ học tổng thể của nó. Sau đó dùng cưa bay hoặc máy cắt có chiều dài cố định để cắt ống liên tục theo chiều dài mong muốn. Cuối cùng, các ống cắt được làm thẳng để loại bỏ các vết uốn cong hoặc xoắn, và có thể thực hiện mài hoặc vát cạnh bề mặt cuối. Kiểm tra chất lượng bao gồm kiểm tra trực quan, xác minh kích thước và kiểm tra mối hàn bằng cách sử dụng thử nghiệm siêu âm hoặc tia X, sau đó là xử lý chống gỉ (chẳng hạn như tra dầu) và đóng gói để bảo quản hoặc vận chuyển.

Gia công thứ cấp: Cắt, uốn và hàn

Ngoài sản xuất sơ cấp, ống vuông còn trải qua nhiều hoạt động xử lý thứ cấp khác nhau để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Việc cắt có thể được thực hiện bằng cách sử dụng cưa để cắt chiều dài có mục đích chung, cắt laser cho các cấu hình phức tạp và có độ chính xác cao hoặc cắt plasma cho các ống có độ dày trung bình. Cắt laser ống sử dụng chùm tia laser sợi quang công suất cao để làm tan chảy hoặc làm bay hơi vật liệu ống cục bộ, mang lại khả năng xử lý không tiếp xúc, mật độ năng lượng cao với chất lượng cạnh tuyệt vời. Uốn biến các ống thẳng thành các bộ phận cong cho khung, tay vịn và các thành phần kiến ​​trúc. Máy uốn ống CNC sử dụng trục gá và khuôn gạt nước để tạo thành các ống vuông thành bán kính nhẵn mà không làm sập thành. Hàn lắp ráp các bộ phận ống riêng lẻ thành các cấu trúc lớn hơn bằng cách sử dụng Hàn hồ quang kim loại khí (MIG) hoặc Hàn hồ quang vonfram khí (TIG), với việc chuẩn bị mối nối thích hợp và lắp đặt cần thiết cho chất lượng mối hàn. Quá trình xử lý thứ cấp bổ sung bao gồm đục lỗ, xẻ rãnh, khoan và hoàn thiện bề mặt như mạ điện, sơn hoặc sơn tĩnh điện.