Nachweis der Festigkeit von geformten Rohren durch mechanische Biegeversuche

Rohre aus rostfreiem Stahl: beeindruckende Duktilität, die Festigkeit und Umformbarkeit bietet

Die meisten Rohre, die wir bei Timeless Tube herstellen, werden aus mehreren Gründen aus Edelstahl gefertigt: Er ist stabil, biegsam und korrosionsbeständig und ermöglicht eine Vielzahl schöner Oberflächenbehandlungen. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen schneidet er bei der Analyse der Lebenszykluskosten am besten ab, was ihn zu einer nachhaltigen Wahl macht.

Nichtrostende Stähle eignen sich aufgrund ihrer beeindruckenden Duktilität gut für Druck- und Axialbelastungstests, sind jedoch komplexer als Kohlenstoffstähle. Faktoren wie die Güteklasse des nichtrostenden Stahls und die vor der Prüfung angewandten Herstellungsverfahren (z. B. Kaltverformung) wirken sich auf die Form der bei den Prüfungen beobachteten Spannungs-Dehnungskurve aus.  

Die Ergebnisse mechanischer Biege-/Axialbelastungstests, die unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden, in Kombination mit dem jahrelangen Wissen aus unserer Werkstatt ermöglichen es uns, vor der Herstellung einer neuen Größe oder Form zuverlässig vorherzusagen, welche Profile strukturell einwandfrei sind.

In diesem Beitrag werden zwei dieser mechanischen Biegeversuche sowie die typischen Biegeradiusberechnungen vorgestellt, die wir verwenden, um festzustellen, welche Biegeradien" geformte Rohre aushalten, bevor sie sich biegen, wenn bei der Herstellung weitere Biegungen erforderlich sind.

Mechanische Verformungstests für die geformten Profile von Timeless Tube

 Timeless hat die Stärke unserer einzigartig geformten Rohrprofile bewiesen, indem wir getestet haben, wie weit sich 1 m lange Edelstahl 316/L-Längen durchbiegen, wenn eine nach unten gerichtete Kraft von 400 kg auf den Mittelpunkt des Rohrs über eine Kontaktfläche von 50 mm gegen die Hauptachse des Rohrs ausgeübt wird.

Bei dieser unabhängigen Durchbiegungsprüfung wurden die Auswirkungen einer axialen Kraft auf jedes Profil bewertet, wobei das Rundrohr als Kontrolle diente. (Wir haben die Axialkraft getestet, da sie wohl die am häufigsten auf unsere Rohre ausgeübte Kraft ist, z. B. bei Handläufen, Türgriffen und Gepäckablagen für die Bahn). Die verschiedenen Spannungs-Dehnungs-Kurven für jedes Profil zeigten unterschiedliche Verformungspunkte in Reaktion auf die Druckbelastung.

Diese sorgfältig kontrollierten Experimente zeigen, dass unsere einzigartigen Profilformen die Standard-Rundrohre, aus denen sie geformt werden, übertreffen und eine bessere Festigkeit und Integrität bieten. Tatsächlich waren ovale Rohre mit flachen Seiten und gerundete Vierkantrohre (bündig) in diesen Biegeversuchen um bis zu 54 % stärker als Rundrohre.

 Erfahren Sie mehr über diese unabhängigen Verformungstests.

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Dreipunkt-Biegeversuche an ovalen Hohlprofilen, um deren Einsatz im Bauwesen zu rechtfertigen

 Professor Leroy Gardner vom Imperial College London führte zusammen mit Kollegen umfangreiche Tests an ovalen Hohlprofilen aus nichtrostendem Stahl durch und verwendete dabei einige große ovale Rohrgrößen, wie z. B. unsere 86x58x3 mm - alle mit einem Seitenverhältnis von etwa 1,5. Die Ergebnisse von Gardner et al. haben dazu beigetragen, dass ovale Hohlprofile als praktikabler Konstruktionswerkstoff in das Konstruktionshandbuch für nichtrostenden Baustahl aufgenommen wurden.

In der 2009 veröffentlichten Arbeit "Flexural behaviour of stainless steel oval hollow sections" von M. Theofanous, T. M. Chan und L. Gardner, wurden drei Größen von kaltgewalzten, nahtgeschweißten ovalen Rohren von Timeless - 121x76x2mm, 121×76×3mm und 86×58×3mm - in ebenen Dreipunkt-Biegeversuchen verwendet, um "eine Vielzahl von Querschnittsschlankheitswerten zu erfassen und eine Reihe von strukturellen Reaktionen abzudecken". Die Tests umfassten einen Haupt- und einen Nebenachsen-Biegeversuch für jede Rohrgröße.

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Die Ergebnisse haben dazu beigetragen, die Möglichkeiten für Bauingenieure zu verändern, da sie bewiesen haben, dass ovale Hohlprofile gemäß denselben kodifizierten Schlankheitsgrenzen für kreisförmige Hohlprofile aus nichtrostendem Stahl in Verbindung mit den vorgeschlagenen äquivalenten Durchmessern sicher verwendet werden können. Die kontrollierten Experimente haben die Auswirkungen des Seitenverhältnisses, der Querschnittsschlankheit und des Momentengradienten auf die Festigkeit und die Verformungsfähigkeit aufgezeigt. In Verbindung mit bestehenden Tests und FE-Versuchen sind die Ergebnisse sehr aufschlussreich.

Siehe Zeichnung 5.2 im Konstruktionshandbuch für nichtrostenden Baustahl für die Berechnungen, die von Bauingenieuren verwendet werden können, um sicher zu bestimmen, welche ovalen Hohlprofile in strukturellen Anwendungen verwendet werden können.

Radiusbiegen für Rohranwendungen  

Als Rohrverarbeiter werden wir oft gebeten, Rohre für verschiedene Anwendungen zu biegen - von Bootskanzelschienen bis hin zu Randabdeckungen, die um große Kinoventilatoren laufen. Manchmal können die gewünschten Biegungen erreicht werden, manchmal sind sie zu eng. (Wenn die geforderten Biegungen als zu eng erachtet werden, kann unser Fertigungsteam oft andere Möglichkeiten finden, das Rohr zu verbinden). 

Wenn ein ovales Rohr gebogen werden muss, verwenden wir Berechnungen auf der Grundlage mathematischer Modelle und unserer eigenen Erfahrungswerte, um zu ermitteln, ob der Radius dieser Biegung möglich ist oder ob er zu eng ist. Ein zu enger Biegewinkel führt dazu, dass der nichtrostende Stahl seine Elastizitätsgrenzen überschreitet, was zu Faltenbildung/Nackenbildung oder Scherung führt.  

Das Biegen in der A-Ebene (Biegen in der Nebenachse - oder horizontal) ist immer einfacher als das Biegen in der B-Ebene (Biegen in der Hauptachse - oder vertikal). In der Rohrindustrie wird dies oft als "schweres" und "leichtes" Biegen bezeichnet.

Für das Biegen von Rohren verwenden wir je nach Art der erforderlichen Biegung unterschiedliche Methoden: eine Dreifach-Rollenmaschine für weite Kurven und eine Biegemaschine mit festem Radius für engere Biegungen. Jedes Biegewerkzeug, das uns zur Verfügung steht - speziell für jede Profilgröße hergestellt - hat seine eigenen Biegefähigkeiten. Als Richtwert gilt, dass ein Rohr, das mit einer Biegemaschine mit festem Radius entweder auf der A- oder der B-Ebene gebogen werden muss, wahrscheinlich einen Mindestradius der Mittellinie von 2,75 mal der Achsendimension benötigt. Der minimale Mittellinienradius hängt jedoch von der Größe und Form des Profils ab.

Auch das Experimentieren mit der Wandstärke des Rohrs ist wichtig, um die optimale Biegung zu erreichen. Eine größere Wandstärke des Rohrs erfordert mehr Kraft, um die gewünschte Biegung zu erreichen, bedeutet aber, dass das Rohr weniger kollabieren kann als ein Rohr mit einer dünneren Wandstärke.

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Wir experimentieren mit neuen Profilen, um ihre Biegefähigkeit zu testen, wie z. B. mit dem relativ neuen, gerundeten Rechteck. Das fotografierte rechteckige Profil mit den Maßen 58x34x1,5 mm wurde auf einer Dreifach-Walzenmaschine gebogen, um zu sehen, wie weit wir es biegen können, bevor es einschnürt.

In der Praxis können unsere sehr erfahrenen Verarbeiter anhand von Konstruktionszeichnungen sehr schnell feststellen, ob die Biegungen machbar sind, auch wenn sie keine Diagramme für den Mittellinienradius zu Rate ziehen. Wenn Sie Biegeanforderungen haben, sprechen Sie mit unserem Team, um zu besprechen, was für Ihre Anwendung möglich ist.

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