ค่าความเค้นที่ยอมรับได้คือเท่าไร?

ความเค้นที่ยอมรับได้ (σ_allow หรือ f หรือ S) คือความเค้นสูงสุดที่อนุญาตในงานออกแบบ โดยมีค่าเท่ากับความแข็งแรงของวัสดุหารด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัยที่กำหนดโดยมาตรฐานการออกแบบ (เช่น ASME VIII, EN 13445).

ตามมาตรฐาน ASME VIII คำนวณค่าความเค้นที่ยอมรับได้อย่างไร?

ASME VIII Div.1: S = min(Rp0.2/1.5, Rm/3.5) ที่อุณหภูมิห้อง ที่อุณหภูมิสูงขึ้น คุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับเวลา (การคืบตัว) อาจมีบทบาทสำคัญ ฉบับปี 2007 ได้ลดค่าตัวประกอบ UTS จาก 4 เหลือ 3.5.

ตามมาตรฐาน EN 13445 คำนวณค่าความเค้นที่ยอมรับได้อย่างไร?

EN 13445-3: f = min(Rp0.2/1.5, Rm/2.4) สำหรับเหล็กเฟอร์ริติก สำหรับเหล็กออสเทนิติก: f = max(Rp0.2/1.5, Rp1.0/1.2) แต่ ≤ Rm/3 ค่าที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจาก EN 10028.

เมื่อใดที่การเคลื่อนตัวของพื้นถนน (creep) จึงมีความสำคัญ?

การคืบตัวจะเกิดขึ้นอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูงกว่า ~350°C สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน, ~400°C สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ, ~450°C สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก และ ~500°C สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยสูง ที่อุณหภูมิสูงกว่านี้ ค่าความเค้นแตกหักที่ขึ้นอยู่กับเวลาจะเป็นตัวกำหนดค่าที่ยอมรับได้.

ประสิทธิภาพของรอยเชื่อมคืออะไร?

ประสิทธิภาพของรอยเชื่อม (E หรือ z) จะลดค่าความเค้นที่ยอมรับได้ตามระดับการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDE): E=1.0 สำหรับการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์แบบเต็มรูปแบบ, E=0.85 สำหรับการตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์เฉพาะจุด, E=0.7 สำหรับการตรวจสอบแบบไม่ทำลายโดยไม่มีการวัดปริมาตร ค่านี้คำนึงถึงข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นในรอยเชื่อมด้วย.

เครื่องมือวิศวกรรมฟรี

ความเค้นที่ยอมรับได้ตามวัสดุ

คำนวณค่าความเค้นที่ยอมรับได้ในการออกแบบตามมาตรฐาน ASME VIII Div.1 หรือ EN 13445-3 คุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ การตรวจสอบการแตกหักจากการคืบ ปัจจัยประสิทธิภาพของรอยเชื่อม รองรับวัสดุมากกว่า 12 เกรด.

ASME VIIIมาตรฐาน EN 13445σ_allowการตรวจสอบการคืบคลานปัจจัยการเชื่อม

เกรดวัสดุ

รหัสการออกแบบ

อุณหภูมิการออกแบบ (องศาเซลเซียส)

ประสิทธิภาพของรอยเชื่อม

ประเภทการโหลด

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าอย่างรวดเร็ว

ความเค้นที่ยอมรับได้ในการออกแบบ

ความเค้นที่ยอมรับได้ σ_allow × E

—

Rp0.2(T) / ปัจจัยด้านความปลอดภัย

—

Rm(20°C) / ปัจจัยด้านความปลอดภัย

—

σ_allow (ก่อนใช้ปัจจัยรอยเชื่อม)

—

เกณฑ์ที่เป็นตัวกำหนด

—

การตรวจสอบช่วงการคืบ

—

อนุญาตให้ปรับตามภาระ

—

คุณสมบัติของวัสดุที่อุณหภูมิ T

—

EN 13445-3 (เหล็กเฟอร์ริติก)

ASME VIII ภาค 1

การลดกำลังตามอุณหภูมิ

ทั้งค่าความแข็งแรงครากและค่าความแข็งแรงดึงสูงสุด (UTS) ลดลงตามอุณหภูมิ เครื่องคำนวณนี้ใช้เส้นโค้งการลดกำลังเชิงเส้นตามข้อมูล EN 10028 / ASME II-D:

ต่ำกว่า 100°C: คุณสมบัติจะอิงตามค่าที่อุณหภูมิห้อง
100–400°C: ลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป (ค่าครากลดลงเร็วกว่าค่า UTS)
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 400°C: การลดลงอย่างมีนัยสำคัญ; การคืบตัวอาจเป็นปัจจัยหลัก

ช่วงการคืบ

เมื่ออุณหภูมิที่ออกแบบไว้สูงกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของการคืบตัว ความเค้นแตกหักที่ขึ้นอยู่กับเวลาจะเป็นตัวกำหนด อุณหภูมิเริ่มต้นของการคืบตัวโดยทั่วไป:

ประเภทวัสดุ	จุดเริ่มต้นของการคืบตัว (°C)	อุณหภูมิออกแบบสูงสุดโดยทั่วไป
เหล็กกล้าคาร์บอน (S235, S355)	~350	400°C
ความดัน C-Mn (P265GH, P355GH)	~380	450°C
เหล็กกล้าโมลิบเดนัม (16Mo3)	~400	500°C
เหล็กกล้า CrMo (13CrMo4-5)	~450	550°C
2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10)	~470	600°C
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก (304, 316L)	~500	700°C

ตัวอย่างการปฏิบัติ

ตัวอย่าง — P265GH ที่อุณหภูมิ 250°C, EN 13445

ที่ให้ไว้: P265GH, Rp(20)=265 MPa, Rm=410 MPa, T=250°C, ค่าการเชื่อม E=1.0

Rp(250°C) ≈ 265 × 0.85 = 225.3 MPa (ปรับลดกำลังเนื่องจากอุณหภูมิ)

f_yield = 225.3 / 1.5 = 150.2 เมกะปาสคาล

f_UTS = 410 / 2.4 = 170.8 เมกะปาสคาล

f = min(150.2, 170.8) = 150.2 เมกะปาสคาล (ค่าครากเป็นตัวกำหนด)

เมื่อ E=1.0: σ_allow = 150.2 เมกะปาสคาล

การเปรียบเทียบวัสดุที่อุณหภูมิห้อง

วัสดุ	Rp0.2	Rm	f (EN)	S (ASME)
S235JR	235	360	150	103
S355JR	355	510	213	146
P265GH	265	410	171	117
P355GH	355	490	204	140
16Mo3	280	450	187	129
13CrMo4-5	295	460	192	131
10CrMo9-10	275	450	183	129
304 SS	210	520	140	138
316L SS	200	500	133	133
2205 ดูเพล็กซ์	450	620	258	177

⚠️ หมายเหตุ: เครื่องคำนวณนี้ให้ค่าโดยประมาณสำหรับการออกแบบเบื้องต้น โปรดตรวจสอบกับตารางมาตรฐานจริง (ASME II-D, EN 10028, EN 10222) สำหรับเกรดวัสดุ รูปทรงผลิตภัณฑ์ ความหนา และอุณหภูมิที่เฉพาะเจาะจงของคุณเสมอ.

ความเค้นที่ยอมให้คือความเค้นสูงสุดที่อนุญาตในชิ้นส่วนที่ออกแบบ เป็นความแข็งแรงของวัสดุหารด้วยตัวคูณความปลอดภัยที่มาตรฐานกำหนด การใช้ค่านี้ช่วยให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนจะไม่เสียหายภายใต้การรับภาระปกติ (หรือผิดปกติ) โดยมีส่วนเผื่อความปลอดภัยเพียงพอ

มาตรฐานต่าง ๆ ใช้ตัวคูณความปลอดภัยต่างกัน จึงให้ค่าความเค้นที่ยอมให้ต่างกันสำหรับวัสดุชนิดเดียวกัน

ASME VIII ใช้ตัวคูณความปลอดภัยสำหรับ UTS เท่ากับ 3.5 (ก่อนปี 2007 ใช้ 4.0) ขณะที่ EN 13445 ใช้ 2.4 หมายความว่า ASME ใช้เกณฑ์แบบอนุรักษ์นิยมมากกว่าสำหรับ UTS อย่างไรก็ตาม ทั้งสองมาตรฐานใช้ 1.5 สำหรับเกณฑ์การคราก

สำหรับวัสดุความแข็งแรงสูงที่เกณฑ์การครากเป็นตัวกำหนด (เช่น S355, 2205) ทั้งสองมาตรฐานให้ผลใกล้เคียงกัน สำหรับวัสดุความแข็งแรงต่ำกว่าที่ UTS เป็นตัวกำหนด ASME ใช้เกณฑ์แบบอนุรักษ์นิยมมากกว่าอย่างชัดเจน

ทั้งกำลังครากและ UTS ลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น กำลังครากลดลงเร็วกว่า เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดเริ่มเกิดการคืบ ความเค้นแตกขาดที่ขึ้นกับเวลาอาจกลายเป็นเกณฑ์ที่กำหนดค่าความเค้นที่ยอมให้

ตัวอย่าง: S355 ที่ 400°C มี Rp ≈ 297 MPa (เทียบกับ 355 ที่ RT) ดังนั้นค่าความเค้นที่ยอมให้จึงลดจาก 213 เหลือ ~173 MPa (EN)

การคืบมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า: ~350°C สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน, ~400°C สำหรับเหล็กกล้า Mo, ~450°C สำหรับ CrMo, ~500°C สำหรับ SS ออสเทนนิติก เมื่อสูงกว่าอุณหภูมิเหล่านี้ ความเค้นแตกขาดจากการคืบที่ 100,000h หารด้วยตัวคูณความปลอดภัย อาจต่ำกว่าค่าความเค้นที่ยอมให้ซึ่งอิงเกณฑ์การคราก

ประสิทธิภาพรอยต่อเชื่อม (E หรือ z) คำนึงถึงข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นในรอยเชื่อม:

E=1.0: ตรวจรอยเชื่อมทั้งหมดด้วยรังสีหรืออัลตราโซนิกอย่างครบถ้วน
E=0.85: ตรวจด้วยรังสีเฉพาะจุด (บางส่วน)
E=0.7: ไม่มี NDE เชิงปริมาตร (ตรวจด้วยสายตาเท่านั้น)

ค่าความเค้นที่ยอมให้ที่มีผลจริง = σ_allow × E การใช้ E=1.0 ต้องมี NDE มากขึ้น แต่ช่วยให้ใช้ผนังบางลงได้

ขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหน้านี้ได้รับการพัฒนาและทดสอบภาคสนามโดยทีมงาน Vibromera โดยใช้ Balanset-1A ซึ่งเป็นเครื่องบาลานซ์และเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแบบสองช่องสัญญาณชนิดพกพา สำหรับการบาลานซ์โรเตอร์หน้างาน

เครื่องคำนวณค่าความเค้นที่ยอมรับได้ | ASME VIII / EN 13445 | การลดค่าตามอุณหภูมิ | เครื่องมือฟรี