سلسلة من سبائك الصلب من الدرجة 100: القوة والمواصفات والسلامة

سلسلة من سبائك الصلب من الدرجة 100 توفر أعلى نسبة قوة إلى وزن بين جميع سلاسل الرفع العلوية القياسية، مع حد حمل العمل تقريبًا أعلى بنسبة 25% من سلسلة الدرجة 80 بنفس القطر . ينبع هذا الأداء من المعالجة الحرارية التي يتم التحكم فيها بدقة والتي تنتج بنية دقيقة من المارتنسيت مع قوة شد نهائية لا تقل عن 1000 ميجا باسكال (145000 رطل لكل بوصة مربعة). بالنسبة لمهندسي الرفع والمشرفين على معدات الحفر، فإن النتيجة العملية واضحة ومباشرة: سلسلة مقاس 13 مم من الدرجة 100 تحل محل سلسلة من الدرجة 80 مقاس 16 مم بشكل قانوني في مجموعة حبال، مما يقلل من وزن الحبال بنسبة 35% تقريبًا مع الحفاظ على قدرة مماثلة.

الأساس المعدني والمعالجة الحرارية

تشير تسمية "الدرجة 100" إلى الحد الأدنى من قوة الشد النهائية للسلسلة البالغة 1000 نيوتن/مم² (100 كجم/مم²، ومن هنا جاءت تسمية الدرجة 100). المادة الأساسية عبارة عن سبائك فولاذية متوسطة الكربون معالجة بالبورون، وعادةً ما تكون معدلة بـ 23MnNiMoCr54 أو ما يعادلها من الدرجة المتوافقة مع DIN 17115. البورون بتركيزات 0.0008% إلى 0.003% يزيد بشكل كبير من قابلية الصلابة دون تحمل تكلفة المحتوى العالي من النيكل أو الموليبدينوم، مما يسمح للسلسلة بتحقيق تصلب كامل بأقطار تصل إلى 45 مم.

يبدأ تسلسل التصنيع الحاسم باللحام التناكبي بالمقاومة الكهربائية للوصلة بعد التشكيل. يتم قطع فلاش اللحام ساخنًا، ويدخل طول السلسلة بالكامل في فرن الأوستنيتي المستمر الموجود فيه 880 درجة مئوية إلى 920 درجة مئوية (1616 درجة فهرنهايت إلى 1688 درجة فهرنهايت) . يتبع التبريد مباشرة في محلول بوليمر مائي يبرد السلسلة بسرعة كافية لتجنب مقدمة الفريت والبيرلايت في مخطط تحويل التبريد المستمر. هدأ في 400 درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت إلى 932 درجة فهرنهايت) يخفف الضغوط المتبقية ويستبدل جزءًا صغيرًا من قوة الشد القصوى بمتانة الصدمات، مما يؤدي إلى نطاق صلابة نهائي يتراوح من 30 إلى 38 HRC. يجب أن تظهر البنية المجهرية الناتجة، عند فحصها بتكبير 500x، مصفوفة مارتنسيت مخففة بالكامل وخالية من شبكات كربيد حدود الحبوب أو إزالة الكربنة بشكل أعمق من 0.15 مم من السطح.

حدود حمل العمل ومتطلبات عامل التصميم

سلسلة الصف 100 تخضع دوليًا لمعيار EN 818-2 وفي أمريكا الشمالية بواسطة ASTM A973/A973M ومعيار ASME B30.9 للقاذفة. جميع الرموز الثلاثة تنص على أ عامل التصميم 4:1 على الحد الأدنى من قوة الكسر النهائية لرافعات السلسلة ذات الساق الواحدة في خدمة الرفع العامة. وهذا يعني أن حد حمل العمل (WLL) هو بالضبط ربع الحد الأدنى لقوة الكسر التي تم التحقق منها. يحد عامل التصميم وحمل العمل من الحجم المتوقع عبر نطاق القطر القياسي من 8 مم إلى 32 مم.

ينطبق عامل التصميم 4:1 فقط على السلسلة الجديدة في حالة سليمة. عند استخدام حبال سلسلة من الدرجة 100 في تكوين وصلة الجر، يجب إلغاء تصنيف WLL بواسطة 20% إلى 25% لأن نصف قطر الانحناء الضيق عند نقطة الاختناق يقدم ضغوط انحناء وشد مشتركة تتركز عند تاج الوصلة. وبالمثل، فإن وصلة الجر السلة ذات زوايا الأرجل التي تتجاوز 60 درجة من الوضع الرأسي تقلل من السعة لأن مكون القوة الأفقية يؤدي إلى تضخيم التوتر في كل ساق. يجب ألا تتجاوز الزاوية المضمنة بين أرجل الرافعة 120 درجة؛ عند 120 درجة، ترى كل ساق 100% من وزن الحمل، مما يضاعف بشكل فعال طلب الشد مقارنةً بالرفع الرأسي.

- تمييز الدرجة 100 عن الدرجات الأدنى

يجب أن تكون سلسلة الدرجة 100 قابلة للتعريف بشكل مرئي ودائم لمنع الاستبدال غير المقصود للسلسلة ذات السعة المنخفضة في مجموعة الرفع المقدرة. يحمل كل رابط من الدرجة 100 علامة تعريف الشركة المصنعة المختومة والرقم "10" أو "100" يتم نقشها في جسم الرابط على فترات منتظمة، وعادة ما يكون كل رابط أو كل رابط آخر بأقطار أصغر. وبالمقارنة، فإن سلسلة الدرجة 80 تحمل العلامة "8" أو "80" ولها قوة شد نهائية لا تقل عن 800 نيوتن/مم². يؤدي استبدال الدرجة 80 بالدرجة 100 في القاذفة المصممة للدرجة الأعلى إلى تقليل حمل العمل الآمن بنسبة 20%، وهو هامش يمكن استهلاكه بالكامل بواسطة حمل خطف ديناميكي واحد.

تختلف الأبعاد المادية لوصلات الدرجة 100 عن الدرجة 80 في درجة الصوت وسمك الوصلة، مما يمنع موصل الدرجة 80 أو خطاف الإمساك من التركيب بشكل صحيح على سلسلة الدرجة 100 بنفس القطر الاسمي. يحتوي رابط الدرجة 100 على خطوة أقصر قليلاً ومقطع عرضي أكثر سمكًا عند التاج والبرميل، مما يزيد من وزن السلسلة لكل وحدة طول بمقدار تقريبًا 8% إلى 12% مقارنة بالصف 80 من نفس القطر . يعد عدم التوافق الأبعاد هذا ميزة أمان متعمدة؛ إذا تم فرض رابط رئيسي من الدرجة 80 على سلسلة من الدرجة 100، فإن الهندسة غير المتطابقة ستؤدي إلى إنشاء نقطة رفع ضغط الاتصال التي يمكن أن تؤدي إلى حدوث صدع إجهاد.

تجميع الرافعة وتوافق المكونات

إن حبال السلسلة من الدرجة 100 تكون بنفس قوة أضعف مكوناتها. يجب أن تحمل الوصلة الرئيسية والموصلات المتوسطة وقوابض التقصير والخطافات نفس تصنيف الدرجة 100 وعامل التصميم 4:1. يؤدي خلط سلسلة من الدرجة 100 مع تركيبات من الدرجة 80 إلى تقليص التجميع بأكمله إلى حد حمل العمل من الدرجة 80. يحدث عدم التطابق الأكثر شيوعًا مع تقصير القوابض، حيث يتم ربط القابض من نوع العنب المصمم لسلسلة الدرجة 80 عن غير قصد بسلسلة الدرجة 100 لأن المشغل يفترض التوافق. سوف يمسك القابض غير الصحيح بالوصلة بشكل مناسب تحت الحمل الثابت ولكنه سيفعل ذلك تنزلق تحت تحميل الصدمات بنسبة 60% إلى 75% تقريبًا من السعة المقدرة للسلسلة ، لأن شكل فك القابض لا يتطابق مع نصف قطر تاج الوصلة.

عادةً ما يتم تصنيع الوصلات والمقرنات الرئيسية من نوع Clevis لتطبيقات الدرجة 100 من سبائك الصلب المصنوعة من الكروم والموليبدينوم ويتم معالجتها بالحرارة لتتناسب مع الخواص الميكانيكية للسلسلة. يتم الاحتفاظ بدبوس التوصيل بواسطة دبوس كوتر، أو برغي غطاء رأس المقبس مع عنصر قفل من النايلون، أو أداة توصيل دائمة على طراز المطرقة. يوفر Hammerlok، الذي يستخدم نصفين متشابكين مطروقين يتم دفعهما معًا بمطرقة، اتصالًا دائمًا لا يمكن تفكيكه عن غير قصد وهو قياسي للرافعات ذات الساق الواحدة والساقين التي يصل قطرها إلى 32 مم.

سلوك التعب واعتبارات خدمة الحياة

تعرض السلسلة من الدرجة 100 عمر تعب محدود يعتمد على نطاق الضغط لكل دورة، وليس قوة الشد النهائية. يوضح اختبار DIN 685-5 أن سلسلة الدرجة 100 المصنعة بشكل صحيح ستصمد أمامها 20000 دورة تحميل بمعدل 1.5 مرة من حد حمل العمل دون كسر الوصلة . ومع ذلك، يفترض حد التحمل هذا أن السلسلة يتم تحميلها محوريًا في خط مستقيم دون ثني المكونات. إن إجهاد الانحناء عند سرج الحزم أو حول زاوية حادة يقلل بشكل كبير من عدد الدورات حتى الفشل. سلسلة من الدرجة 100 التي يتم ثنيها بقطر أقل من ثلاثة أضعاف خطوة رابط السلسلة سوف تفشل في التعب عند جزء صغير من حد التحمل المنشور لأن إجهاد الانحناء المشترك عند الوصلة الداخلية يتجاوز نقطة إنتاج المادة في كل دورة.

يعتبر تأليب التآكل هو المسرع الأساسي للتعب في عمليات الرفع البحري والبحري. يؤدي التعرض للمياه المالحة إلى إنشاء حفر مجهرية على سطح الوصلة تعمل بمثابة تركيزات إجهاد تبدأ منها شقوق التعب. سلسلة من الدرجة 100 مع حفر صدأ مرئية أعمق من يجب سحب 0.2 ملم من الخدمة فوراً بغض النظر عن مدى قلة التآكل الميكانيكي. تتوفر سلاسل الدرجة 100 المطلية بالزنك والمجلفنة بالغمس الساخن ولكنها تخضع لمخاوف التقصف الهيدروجيني. يمكن لخطوة التنظيف الحمضية في عملية الطلاء الكهربائي إدخال الهيدروجين إلى البنية المجهرية للمارتنسيت. خبز الهيدروجين بعد الطلاء في 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) لمدة لا تقل عن أربع ساعات إلزامي لنشر الهيدروجين المحصور ومنع الكسر الهش المتأخر.

بروتوكولات الفحص الدوري ومعايير الرفض

تتطلب المعايير التنظيمية، بما في ذلك OSHA 1910.184 وتوجيهات الآلات الأوروبية، فحصًا موثقًا لرافعات السلسلة من الدرجة 100 بواسطة شخص مختص على فترات لا تتجاوز 12 شهرًا، مع إجراء عمليات فحص بصرية متكررة من قبل المستخدم قبل كل نوبة عمل. يقوم الشخص المختص بفحص كل وصلة للتأكد من معايير الرفض التالية والتي يتطلب أي منها إخراج السلسلة من الخدمة بشكل دائم:

• وصلة التآكل في أي نقطة على سطح المحمل تتجاوز 10% من القطر الاسمي الأصلي . بالنسبة للسلسلة مقاس 13 مم، فهذا يعني الاستبدال عندما يكون المقطع العرضي المهترئ أقل من 11.7 مم.
• استطالة أي وصلة فردية تتجاوز 5% من المبلغ الأصلي . يجب ألا يتجاوز قياس الوصلة في الأصل 39 مم داخل الملعب 41 مم.
• أي شق، أو شق، أو ثقب، أو قطع، بغض النظر عن مدى سطحيته. وصلات السلسلة حساسة للشق. من المفترض أن يكون هناك انقطاع سطحي مرئي مرتبط بواجهة صدع تحت السطح.
• الضرر الحراري الذي يتضح من تغير اللون الأزرق، أو تناثر اللحام، أو التعرض للحريق. درجة حرارة التقسية لسلسلة الصف 100 هي 400 درجة مئوية إلى 500 درجة مئوية؛ أي تعرض أعلى من هذا العتبة يؤدي إلى تصلب المارتنسيت ويقلل بشكل دائم من قوة السلسلة.
• حفر التآكل كما هو مذكور أعلاه، أو أي سلسلة تم غمرها في مياه البحر دون الشطف والفحص الشامل بالمياه العذبة.
• تشويه أو التواء أو ثني الرابط خارج المستوى بأكثر من 10 درجات . لا يمكن للوصلة الملتوية أن تعبر من خلال موصل التزاوج بشكل صحيح وتولد تحميلًا غريب الأطوار.

يلزم إجراء اختبار غير مدمر باستخدام فحص الجسيمات المغناطيسية (MPI) أثناء الفحص السنوي ويتم إجراؤه على كل رابط بعد تنظيف السلسلة حتى تصبح معدنية عارية. يجب أن يتم توجيه نير MPI في اتجاهين متعامدين لاكتشاف الشقوق المتوازية والعرضية لمحور الارتباط. إن فحص اختراق الصبغة، على الرغم من أنه أسهل في التنفيذ في الميدان، إلا أنه ليس بديلاً لأنه يكتشف فقط عيوب اختراق السطح ويغفل الشقوق تحت السطح التي قد تكون ميكرونات من الاختراق.

التخزين والمناولة وحماية البيئة

يجب تخزين سلسلة الدرجة 100 على حامل يمنع ملامستها للأرضيات الخرسانية والرطوبة الأرضية. تعمل المادة المرتشحة الخرسانية القلوية مع التكثيف على إنشاء خلية تآكل موضعية تعمل على حفر السلسلة عند نقاط الاتصال. يجب أن تكون السلاسل المخزنة لأكثر من ستة أشهر مغلفة بزيت مثبط التآكل المتطاير (VCI) أو محاطة بورق مشرب بـ VCI. قبل العودة إلى الخدمة، يجب إزالة الطبقة الواقية تمامًا لأنه حتى طبقة الزيت الخفيفة يمكن أن تقلل الاحتكاك بين السلسلة ورابط التحميل أو خطاف الإمساك، مما قد يسمح للحمل بالزحف تحت الاهتزاز.

تنطبق حدود درجة الحرارة. تحتفظ سلسلة الصف 100 بحد حمل العمل الكامل الذي يصل إلى 200 درجة مئوية (392 درجة فهرنهايت) . بين 200 درجة مئوية و 300 درجة مئوية، يجب تخفيض WLL إلى 90% من القدرة المقدرة . بين 300 درجة مئوية و400 درجة مئوية، يتصاعد التخفيض إلى 75% . فوق 400 درجة مئوية، تدخل السلسلة إلى نطاق التقسية وتبدأ في التليين الدائم. يجب إزالة السلسلة التي كانت في الخدمة فوق 400 درجة مئوية بشكل دائم من الخدمة ما لم تتم إعادة معالجتها حرارياً وإعادة اعتمادها من قبل الشركة المصنعة الأصلية، وهي عملية لا يمكن تبريرها اقتصاديًا أبدًا لأقطار السلسلة التي تقل عن 20 مم.