پس میتوان نتیجه گرفت که وزن پروفیلهای فولادی متغیر بسیاری مهمی است که در برآورد قیمت محصولات تعیین کننده است؟ بله، اما یک نکته را نباید از قلم انداخت: اهمیت وزن تنها محدود به تاثیری که بر قیمت پروفیل میگذارد نیست. محاسبات فنی در مورد وزن سازه، مقدار فولاد مورد نیاز پروژه، توان باربری و سایز پروفیل همه و همه به وزن پروفیل مورد استفاده وابستهاند. به همین دلیل چنانچه دو پروفیل با ابعاد اسمی یکسان، دارای وزن متفاوت باشند باید مورد بررسی قرار بگیرند و نمیتوان به سادگی یکی را استاندارد و دیگری را غیر استاندارد دانست.
برای محاسبه وزن پروفیل به صورت دستی میبایست از قبل مشخصات هندسی و ضخامت پروفیل را داشته باشیم. بسیاری از پروفیلها مانند قوطی، نبشی، ناودانی و... معمولا بر اساس ابعاد مقطع و ضخامت ورق نام گذاری میشوند؛ به عنوان مثال میتوان به قوطی 40×40 با ضخامت 2 میلیمتر اشاره کرد. با در دست داشتن این اطلاعات میتوان به راحتی وزن هر متر قوطی و سپس وزن یک شاخه را محاسبه کرد.
محاسبه وزن پروفیل چطور انجام میشود؟
در اولین قدم از محاسبه وزن پروفیل میبایست مساحت سطح مقطع را محاسبه کرد. پروفیلهای فولادی با سطوح مقطع متفاوت تولید میشوند و مساحت هر شکل هندسی از فرمول جداگانهای محاسبهای میشود. در محاسبه مساحت مقطع فولادی صرف نظر از شکلی که دارد، باید توجه کنید که حتما ضخامت فولاد را از مولفههای طولی و عرضی سطح مقطع کم کنید و سپس در فرمول قرار دهید. به عنوان مثال در محاسبه مساحت پروفیلی با سطح مقطع مستطیلی با ابعاد خارجی A و B و ضخامت t، از رابطه زیر استفاده میکنیم:
مساحت مقطع = 2t(A + B - 2t)
در ادامه برای تبدیل واحد و وارد کردن پارامتر وزنی از چگالی فولاد استفاده میکنیم که حدودا معادل 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب است. اگر ابعاد اولیه را بر حسب میلیمتر وارد کرده باشیم فرمول نهایی به شکل زیر در میآید اما اگر از سانتیمتر یا متر استفاده کرده باشیم میبایست تبدیل واحد انجام دهیم و سانتیمتر یا متر را قبل از آغاز محاسبه به میلیمتر تبدیل کنیم.
وزن یک متر پروفیل (کیلوگرم) [2t(A + B – 2t) × 7.85] ÷ 1000=
حال بیایید به مثال قبل برگردیم و وزن یک متر پروفیل 40×40 با ضخامت 2 میلیمتر را محاسبه کنیم. واضح است که وقتی وزن یک متر از پروفیل محاسبه شد میتوان با انجام یک عملیات ساده ضرب، وزن را به ازای هر مقدار از طول محاسبه کرد.
قدم اول محاسبه مساحت مقطع:
میلیمتر مربع 2 × 2 × (40 + 40 - 2×2) = 304
و در ادامه با در نظرگرفتن چگالی فولاد خواهیم داشت:
کیلوگرم در هر متر فولاد304 × 7.85 ÷ 1000 ≈ 2.39
بنابراین وزن تقریبی یک شاخه 6 متری از این پروفیل حدود 14.34 کیلوگرم خواهد بود. در توضیح این که چرا عدد به دست آمده تقریبی است باید گفت که وقتی محاسبه بر اساس ابعاد اسمی صورت میگیرد ممکن است وزن محاسبه شده با وزن واقعی اندکی متفاوت باشد که علت آن در تلرانس ابعاد و شرایط تولید نهفته است. بهتر است هنگام خرید، به خصوص در سفارشهای بزرگ تفاوت وزن واقعی و وزن اسمی محصولات را بررسی کنید.
چرا برخی پروفیلها سنگینتر هستند؟
پروفیلهای سبک و سنگین با هدف استفاده در صنایع متفاوت تولید میشوند. اما گاهی ممکن است سبک یا سنگین بودن یک پروفیل علت دیگری داشته باشد، علتی که نه به هدف تولید، بلکه به شرایط تولید باز میگردد. به بیان دیگر ممکن است دو پروفیل با ابعاد اسمی یکسان و کاربرد مشابه دارای وزن متفاوت باشند. این اختلاف وزن ناشی از چیست و چه پیامی دارد؟
باید به این موضوع توجه داشت که در صنایع تولیدی فولاد این انتظار که پروفیلهای برندهای مختلف با ابعاد اسمی مشابه، دقیقا وزن یکسانی داشته باشند انتظار بیهودهای است؛ چون عملا همچین دقت مطلقی در صنعت فولاد وجود ندارد و حتی گاهی ممکن است پروفیلهایی که توسط یک برند تولید شدهاند هم اختلاف وزنی ناچیز یا در مواردی اختلاف وزنی قابل توجهی داشته باشند. انحراف از اندازه اسمی، عدم تطابق ضخامت اسمی و واقعی ورق، فرایند شکل دهی و درصد خلوص عناصر ترکیب شونده، همه و همه میتوانند عواملی موثر بر ایجاد اختلاف وزنی باشند.
اما سوال اینجاست که اختلاف وزنی به چه چیزی اشاره میکند؟ اگر اختلاف وزنی خیلی زیاد باشد با بررسی ابعاد و استاندارد محصول میتوان نتیجه گرفت که پروفیل خارج از مشخصات تولید شده است. اما همیشه اینطور نیست و در بسیاری از موارد اختلاف وزن بدلیل تلرانس طبیعی تولید ایجاد شده است و حتی به معنی اختلاف کیفیت هم نیست. به بیان دیگر وقتی دو پروفیل را در مقام مقایسه بررسی کنیم، کم و زیاد بودن وزن نسبی آنها لزوما به معنای استحکام و توان باربری بیشتر یا کمتر آنها نیست. در ادامه دلایل اصلی سنگین بودن برخی پروفیلها را با دقت بیشتری بررسی خواهیم کرد:
شرایط نورد و شکل دهی پروفیل
وقتی شرایط نورد و شکلدهی کاملا تحت کنترل نباشد ابعاد واقعی پروفیل تولید شده تغییر خواهد کرد. در واقع با عریض یا ضخیم شدن پروفیل، فولاد بیشتری در برخی محدودهها انباشته شده و از آن جایی که این انباشت در واحد طول (مثلا یک شاخه) تکرار میشود، نتیجتا وزن پروفیل افزایش چشم گیری پیدا میکند.
در نورد فولاد، فاصله غلتکها و تنظیم فشار آنها تاثیر مستقیمی بر ضخامت پروفیل میگذارد. این فاصله و فشار ممکن است بدلیل فرسودگی غلتک مرتبا تغییر کند و این تغییرات بدون شک یکنواختی پروفیل را از بین خواهد برد. البته به طور کلی ضخامت در همه جای پروفیل به شکل یکسان توزیع نمیشود اما کاهش هر چه بیشتر یکنواختی با کاهش کیفیت پروفیل همراه است. در نهایت باید در نظر داشت با وجود این که تغییرات ابعاد باعث اختلاف وزن میشود اما اگر در محدوده تلرانس مجاز صورت بگیرد تاثیر چندانی برکیفیت پروفیلهایی که مصارف عمومی دارند نخواهد داشت.
ضخامت واقعی ورق پروفیل
همانطور که پیشتر گفته شد ضخامت به معنای مقدار فولاد مصرف شده در واحد طول، مستقیما بر وزن پروفیل اثر گذار است. مثلا یک پروفیل 40×40 با ضخامت 2.5 میلیمتر از نمونه 40×40 با ضخامت 2 میلیمتر سنگینتر خواهد بود، حتی اگر ابعاد خارجی هر دو یکی باشد.
ترکیبات آلیاژی فولاد
فولاد پروفیل را میتوان با ترکیبات شیمایی مختلفی ساخت. عناصر آلیاژی مختلفی که در ساخت فولادها به کار میروند میتوانند خواص مکانیکی متفاوتی ایجاد کنند. این مساله که استفاده از فولادهای گوناگون در مصارف متنوع را تسهیل میکند میتواند باعث اختلاف وزنی ناچیزی در پروفیل شود. تاثیر عناصر آلیاژی از آن رو ناچیز است که معمولا درصد استفاده از آنها در تولید فولاد بسیار پایین است و نمیتواند باعث ایجاد اثرات قابل توجهی شود. در تحلیل نهایی تاثیر عناصر آلیاژی بر وزن پروفیل بسیار کمتر از ضخامت در نظر گرفته میشود.
برند و کارخانه تولید کننده
تاثیر کارخانه و به طور کلی شرایط و استانداردهای خط تولید بسیار گسترده است؛ چرا که یک متغیر چند عاملیتی است و میتواند زمینه ساز بسیاری از تفاوتها در فرایند تولید و قیمت پروفیل باشد. همانطور که پیشتر هم اشاره شد کیفیت غلتکها در ضخامت نهایی پروفیل تولید شده بسیار تعیین کننده است و این کیفیت، یعنی فاصله و فشار غلتکها مستقیما به تجهیزات و دقت خط تولید کارخانه وابسته است.
مضاف بر این استفاده از مواد اولیهای مانند ورق فولادی در تهیه پروفیلها به انتخاب برند و کارخانه وابسته است. اگر ورق مورد استفاده ضخامت واقعی متفاوتی داشته باشد مسلما پروفیلهای تولید شده از آن هم دارای وزنهای متفاوتی خواهند بود. همچنین اثر بخشی برند بر وزن پروفیل را تا آن جا میتوان دنبال کرد که در حقیقت کارخانه است که تصمیم میگیرد محصولاتش را با چه اندازه دقت و چه میزان تلورانس تولید کند.
تلرانس تولید در ساخت پروفیل
تلرانس در لغت به معنای مقدار انحراف مجازی است که استاندارد برای یک ویژگی محصول از مقدار اسمی آن قبول میکند. فرض کنید ضخامت یک محصول باید 5 سانتیمتر باشد، محدوده مجاز مثبت یا منفی 1 میلیمتر از عدد اسمی (5 سانتیمتر) همان تلرانس است.
اهمیت تلرانس در میزان دقت به کار رفته در تولید است. هیچ خط تولیدی قادر به تولید شاخههایی که کاملا در ضخامت و ابعاد با یکدیگر برابر باشند نیست. از همین رو استانداردها محدوده مجازی را برای تغییرات ویژگیهای محصول در نظر میگیرند. پس اختلاف وزنی تنها زمانی میتواند به یک مشکل تبدیل شود که خارج از تلرانس قرار بگیرد.
وزن استاندارد پروفیل چقدر است؟
برای پاسخ به این سوال پیش از هر چیز میبایست بین «وزن محاسباتی» و «وزن استاندارد» تمایز قائل شد. وزن محاسباتی همانطور که توضیح داده شد از ابعاد و ضخامت مقطع به دست میآید، در حالی که جداول استاندارد، وزن مقاطع را بر اساس مشخصات هندسی و استاندارد مربوط به آنها ارائه میکنند. در این بین شاید جدول اشتال مهمترین و شناخته شدهترین مرجع در صنعت فولاد باشد.
این جدول که برگرفته از نظام استاندارد سازی آلمانهاست اطلاعات هندسی و وزنی مقاطع فولادی مختلف را ارائه میکند. همچنین با مراجعه به اشتال میتوان وزن واحد طول، ممانهای هندسی و مشخصات مربوط به محورها را هم مشاهده کرد. با این حال اطلاعات موجود در جدول اشتال تنها به همین موارد مربوط نمیشود و مهندسین و نیروهای متخصص برای محاسبه وزن سازه، مقاومت کششی و... از اشتال استفاده میکنند.
جدول اشتال بر اساس سایزهای مختلف صورت بندی شده است. از مهمترین و پرکاربردترین سایزها برای پروفیلهای قوطی و مستطیلی میتوان به مقاطع 20×20، 25×25، 30×30، 40×40، 50×50 و مقاطع مستطیلی مانند 40×60 و 60×40 میلیمتر اشاره کرد؛ با افزایش ابعاد، مقاومت پروفیل نیز افزایش یافته و پروفیلهای بزرگتر معمولا در پروژههای سنگین و نیمه سنگین به کار میروند، در حالیکه پروفیلهای کوچکتری مانند 20×20 عموما در سازههای دکوراتیو استفاده میشوند.
برای دسترسی راحتتر به وزن سایزهای مختلف، میتوانید جدول وزن پروفیل را بررسی کنید. این جدول بر اساس نوع پروفیل و برندهای تولید کننده دسته بندی شده است و امکان مقایسه سریعتر محصولات را فراهم میکند. همچنین یک محاسبه گر برخط برای محاسبه وزن پروفیلهایی با ابعاد مختلف در سایت وجود دارد که با استفاده از آن میتوانید وزن پروفیل مورد نظر خود را با وارد کردن ابعاد، به سادگی محاسبه کنید.
در نهایت به یاد داشته باشید وزن محاسبه شده و وزن استاندارد با وزن واقعی محصول متفاوتاند و بهتر است همواره پیش از خرید وزن واقعی محصول یا به دیگر بیان وزن روی باسکول، مورد بررسی قرار گیرد.