Expansão do calor do aço

Tipos de instrumentos de expansão térmica de aço

Os instrumentos projetados para medir a expansão térmica do aço são principalmente os seguintes:

• Análise termomecânica (TMA)

  A TMA para aço pode medir a expansão de amostras de aço sob diferentes temperaturas. Ela aplica uma certa força à amostra, medindo assim o alongamento ou encurtamento da amostra sob diferentes temperaturas. O dispositivo TMA pode fornecer curvas de expansão e conhecer a temperatura de transição de fase do aço.

• Dilatômetro

  O dilatômetro também pode ser usado para medir a expansão térmica do aço. Ele consiste em uma sonda de medição e um sensor de deslocamento de alta precisão. A sonda é inserida no forno e a amostra de aço é aquecida. O dilatômetro mede a variação do volume da amostra de aço à medida que a temperatura muda, fornecendo uma medição de expansão precisa e confiável.

• Microscópio óptico

  Alguns microscópios ópticos avançados com platinas de aquecimento também podem observar o processo de expansão térmica do aço. Primeiro, a amostra de aço precisa ser fixada na platina de aquecimento, e então a temperatura da amostra precisa ser ajustada. Durante o processo de aquecimento, o microscópio óptico pode observar a expansão da amostra em tempo real e tirar fotos ou gravar vídeos para análise posterior.

• Analisador de difração de raios-X

  A análise de difração de raios-X pode ser usada para estudar as características de expansão térmica do aço, alterando a temperatura. Esta máquina primeiro mede o padrão de difração do aço à temperatura ambiente e depois o aquece até a temperatura desejada. Após isso, ela medirá o padrão de difração novamente e comparará os dois conjuntos de dados. Dessa forma, as alterações na estrutura cristalina do aço podem ser conhecidas, incluindo expansão térmica, transição de fase, etc.

Especificações e Manutenção de Juntas de Expansão de Aço

• Parâmetros Funcionais

  Os parâmetros funcionais incluem faixa de movimento, faixa de temperatura do meio, faixa de pressão do meio, resposta de frequência de vibração, etc. Esses parâmetros funcionais devem ser totalmente compreendidos para que o tipo e o modelo corretos possam ser selecionados para corresponder às condições de trabalho.

• Estrutura

  Juntas de expansão de aço normalmente consistem em um fole, juntas de expansão de aço inoxidável, mangas de suporte de pressão, dispositivos de vedação e outros componentes. A estrutura inclui uma descrição dos materiais utilizados, dimensões e faixa de tolerância para cada componente.

• Desempenho

  O desempenho das juntas de expansão de aço inclui estanqueidade, resistência à fadiga, resistência à abrasão e resistência a altas temperaturas. Esses desempenhos precisam ser avaliados e testados de acordo com os padrões e especificações técnicas relevantes.

• Instalação

  O método de instalação e o dispositivo de fixação para juntas de expansão de aço são especificados. Ao mesmo tempo, as dimensões de instalação e os requisitos de precisão de instalação também estão incluídos na especificação.

• Manutenção

  O programa de manutenção e os métodos de reparo de juntas de expansão de aço são fornecidos, bem como a frequência de manutenção correspondente e as qualificações do pessoal de manutenção.

Além disso, a especificação também inclui algumas configurações opcionais e serviços personalizados, como a escolha de diferentes materiais ou tratamentos de superfície de acordo com condições de trabalho e requisitos especiais. As empresas podem ser parceiras de fornecedores e fabricantes de juntas de expansão em massa e de acordo com requisitos personalizados.

Cenários

• Pontes e Estruturas:

  Na construção e projeto arquitetônico de pontes e grandes edifícios, o comportamento de expansão do aço é cuidadosamente levado em consideração ao determinar o sistema de conexão e suporte. Por exemplo, juntas de expansão flexíveis são usadas na construção de pontes para absorver a expansão de vigas de aço e garantir que a ponte permaneça estável e não se deforme ou quebre devido às mudanças de temperatura.

• Tubulações:

  No projeto de grandes tubulações de aço, laços de expansão ou curvas são frequentemente usados para permitir que a tubulação se deforme livremente e evitar estresse excessivo e possíveis fraturas. Isso é particularmente importante na indústria de petróleo e gás, onde a expansão térmica do aço pode causar sérios problemas de segurança.

• Máquinas e Equipamentos:

  Em equipamentos mecânicos, montagens com assistência de calor são frequentemente usadas para facilitar a montagem de componentes. Por exemplo, na montagem de componentes de aço, como engrenagens e eixos, um componente é aquecido para expandi-lo, facilitando o encaixe em outro componente. Além disso, os projetistas incorporam componentes ajustáveis em sistemas mecânicos para permitir que ajustes periódicos sejam feitos à medida que os componentes se desgastam com o tempo ou para levar em conta as mudanças na expansão térmica do aço.

• Indústria Automobilística:

  Na fabricação de peças automotivas, os fabricantes costumam aplicar revestimentos de superfície para melhorar sua resistência à expansão térmica. Esses revestimentos podem reduzir o desgaste de peças que sofrem atrito e calor durante a operação do veículo, como componentes do motor e sistemas de freio. Além disso, o vácuo ou blindagem com gás inerte é usado durante a soldagem de componentes estruturais automotivos para evitar contaminação e garantir que as soldas não sejam afetadas negativamente pela expansão térmica. Essa técnica é especialmente importante para garantir a resistência e a segurança de elementos estruturais automotivos críticos.

Como escolher expansões térmicas de aço

O desempenho do aço de expansão térmica é medido principalmente por sua capacidade de absorver mudanças de temperatura. Mas, mais do que sua capacidade de absorção de calor, existem outros fatores que devem ser levados em consideração ao escolher aço de expansão térmica.

• Mudanças de temperatura que ocorrerão no ambiente

  Se o aço for usado em uma situação em que a temperatura flutua muito, é essencial usar uma junta de expansão que possa tolerar essas flutuações. Por exemplo, se o aço for colocado em um ambiente onde as temperaturas podem chegar a 8000 graus Fahrenheit, então ele deve ser capaz de suportar 10000 ciclos sem falhas na vizinhança de sua temperatura de serviço.

• Presença de elementos corrosivos no ambiente onde o aço será colocado

  Elementos corrosivos podem corroer o aço ou a junta de expansão, levando à falha. É essencial usar materiais que possam resistir aos elementos corrosivos do ambiente. Por exemplo, a presença de Cloro na expansão térmica do aço pode causar sua corrosão rápida. Isso significa que em alguns locais onde o Cloro pode estar presente, será importante usar um Aço Inoxidável Grau 316L ou Liga C-276 Ni-Mo-Cr-W ou alguma outra forma de sistemas de materiais híbridos que se mostraram eficazes na redução desses tipos de sistemas de materiais híbridos que se mostraram eficazes na redução desses tipos de corrosão induzida por Cloro.

• Cargas mecânicas que o braço rígido terá que suportar

  O braço rígido terá que suportar muitas cargas mecânicas, por isso é essencial usar um material que possa suportar essas cargas. O aço inoxidável 304 é comumente usado para braços rígidos, mas outros materiais podem ser mais adequados, dependendo da carga.

• Custos envolvidos no uso de um determinado tipo de material

  É preciso considerar os custos de usar um tipo específico de material. Os sistemas híbridos podem ser caros, mas podem valer o investimento, pois juntas de expansão mais finas podem falhar, levando a interrupções caras.

Q&A

P1: Como a expansão térmica funciona?

R1: Quando os materiais esquentam, suas moléculas se movem mais e se afastam, tornando o material maior.

P2: Quanto o aço se expande quando aquecido?

R2: O coeficiente de expansão linear para aço carbono é de aproximadamente 11 x 10-6 m/m/oC. Se uma estrutura de aço tem 1 metro de comprimento e a temperatura aumenta 50 graus Celsius, a expansão térmica seria de 0,000550 metros ou 0,55 milímetros.

P3: Quais são algumas maneiras de acomodar a expansão térmica em estruturas de aço?

R3: Use juntas de expansão, lacunas, materiais flexíveis ou mancais deslizantes para acomodar a expansão térmica.

P4: Por que é importante acomodar a expansão térmica em estruturas de aço?

R4: É importante acomodar a expansão térmica porque se a estrutura não puder se expandir, ela poderá ser danificada, levando a um risco de segurança.