Nếu kim loại nở ra khi được làm nóng, làm thế nào để làm nóng một bu lông nới lỏng nó?

Nếu bạn gặp khó khăn khi tháo bu-lông bị kẹt, lời khuyên phổ biến là làm nóng bu-lông lên. Nhưng nếu kim loại nở ra khi được làm nóng, việc làm nóng bu-lông sẽ không làm nóng nó? Làm thế nào để làm nóng các bu lông có được nó unstuck?

Câu trả lời đơn giản đến bất ngờ: bu-lông mở rộng, nhưng đai ốc mở rộng hơn .

Điều gì đang xảy ra ở đây là sự mở rộng nhiệt cũ tốt:

• Bu lông được làm nóng và mở rộng ra bên ngoài, bán kính của nó tăng lên
• Đai ốc được làm nóng và ... mở rộng ra bên ngoài, bán kính của nó tăng lên

Bây giờ, vì bán kính của đai ốc lớn hơn một chút so với bu lông và vì mức tăng tỷ lệ thuận với chiều dài còn lại, đai ốc mở rộng thêm một chút.

Sắt có hệ số nhiệt trong sân bóng 10 ^-5 / K. Điều đó có nghĩa là với mỗi lần tăng nhiệt độ 1 K, bạn có sự gia tăng kích thước 10 ^-5 : một thanh 1 m trở nên dài 1,00001 m.

Nếu bu-lông của bạn có r = 1,5 mm và đai ốc có R = 1,501 mm, điều gì xảy ra là nhiệt độ tăng thêm 500 K? Tốt:

• r = 1,5 * (1 + 500 * 10 ^-5 ) mm = 1,5075 mm
• R = 1.501 * (1 + 500 * 10 ^-5 ) mm = 1.508505 mm

Như bạn có thể thấy, trước khi làm nóng R - r = 1 m, trong khi sau R - r 1.001 m. Nó đã tăng!

Xin lưu ý rằng số của tôi khá hoang dã và được sử dụng chỉ để làm ví dụ. Tôi chắc chắn rằng tôi đã nhận được các giá trị bắt đầu sai, nhưng tôi hy vọng chúng sẽ giúp truyền tải thông điệp.

Bí mật là hạn chế mở rộng .

Dưới đây là một số sơ đồ tuần hoàn để giúp giải thích cách thức hoạt động của nó.

^{Bolt bị mắc kẹt trong một lỗ}

Khi bu lông được làm nóng, nó mở rộng. Vì trục của bu lông bị kìm hãm, nó không thể mở rộng bên trong lỗ.

^{Bu lông mở rộng theo hướng mũi tên màu xanh lá cây, nhưng không thể mở rộng theo hướng mũi tên màu đỏ.}

Khi bu lông nguội đi, nó co lại. Sự co lại, tuy nhiên, không bị hạn chế. Điều này có nghĩa là bu lông có thể co lại theo mọi hướng, làm cho bu lông nhỏ hơn một chút.

^{Bu lông có thể co lại theo mọi hướng.}

Khi bu lông đã nguội, nó sẽ nhỏ hơn và dễ dàng hơn để giải nén.

Lý do thực tế điều này thường hoạt động là do rỉ sét lớn hơn đáng kể so với thép mà nó bị rỉ sét, đó là lý do tại sao bu-lông bị kẹt ở vị trí đầu tiên. Trong một số trường hợp khác, lý do nhiệt hoạt động là bu-lông được áp dụng với bộ khóa ren cần gia nhiệt để loại bỏ (nếu nó không có dấu hiệu rỉ sét, đó là một cách khá tốt)

Nhiều dạng rỉ sét chứa "nước liên kết hóa học" và sẽ mất nước đó (và co lại) khi được đun nóng đủ.

Kim loại sắp xếp trong một vòng mở rộng ra bên ngoài khi được làm nóng. Hãy tưởng tượng một vòng dây mỏng được nung nóng - nó mở rộng chủ yếu dọc theo chiều dài của nó, làm cho cả đường kính bên trong và bên ngoài lớn hơn. Điều tương tự xảy ra với các vật liệu xung quanh một lỗ bu lông.

Nói chung, tôi cố gắng làm nóng các mảnh xung quanh và không phải là bu lông. Tuy nhiên, ngay cả khi bu lông được làm nóng trực tiếp, sự dẫn điện thường sẽ dẫn đến việc làm nóng vật liệu xung quanh, và do đó mở rộng lỗ khoan.

Thông tin khoa học hơn về điều đó

Xem xét một máy giặt, hoặc một số vòng kim loại hoặc đĩa khác có lỗ trong đó. Khi chiếc nhẫn được làm nóng, chúng tôi hy vọng chiếc nhẫn sẽ mở rộng và các thí nghiệm xác nhận rằng nó sẽ mở rộng. Nhưng lỗ trên vòng có mở rộng, co lại hay giữ nguyên kích thước không?

... [T] nháy mắt về những gì bạn làm khi bạn đang cố gắng mở một bình Mason và nắp kim loại có nắp vặn bị kẹt. Bạn có thể gõ vào nắp bằng một cái muỗng (để cố gắng làm lỏng bất kỳ phần nào của nắp bị kẹt), hoặc bạn đặt nắp dưới nước nóng. Bạn làm sau vì bạn biết nắp kim loại sẽ mở rộng hơn bình thủy tinh, và do đó sẽ dễ dàng lấy nắp ra hơn.

Và bằng cách nói nắp kim loại sẽ mở rộng hơn bình thủy tinh, điều chúng tôi thực sự muốn nói là lỗ trên nắp sẽ mở rộng.

Theo kinh nghiệm của tôi, bạn phải làm nóng một bu-lông đông lạnh cho đến khi nó bị phồng rộp, nóng đỏ và trở nên mềm, và loại bỏ nó trong khi nó nóng và mềm. Làm nóng bu-lông và để cho nó nguội chưa bao giờ giúp tôi. Khi các hợp đồng kim loại, bu lông nắm bắt; nó thường không nới lỏng ... nó có thể làm cho tình hình tồi tệ hơn.

Điều tương tự cũng đúng đối với ly uống nước đã bị dính vào nhau ... lạnh, co thắt là nguyên nhân của việc thu giữ .

@Vladimir Cravero (xin lỗi không đủ đại diện để nhập bình luận) ...

Tôi nghĩ rằng làm rõ câu trả lời là cần thiết. Đai ốc không mở rộng "nhiều hơn", nó kết thúc lớn hơn nhưng mức tăng% là như nhau.

r = 1.5*(1+500*10-5) mm = 1.5075 mm         
R = 1.501*(1+500*10-5) mm = 1.508505 mm         

        start   after heat      increase amt    % inc
bolt    1.5     1.5075          0.0075          0.5000%
nut     1.501   1.508505        0.007505        0.5000%

Nhận thức của tôi về tác dụng của sưởi ấm là không chỉ làm cho bu-lông và đai ốc hoặc khối mở rộng, mà cả không gian giữa chúng cũng mở rộng, đừng 'quên điều đó.

        start   after heat      increase amt    % inc
space   0.001   0.001005        0.0000050       0.5000%

không gian lớn hơn một chút là tốt, dễ dàng hơn để loại bỏ. :)

Tôi nghĩ có nhiều yếu tố góp phần vào hiệu ứng này nhưng tôi nghĩ người ta chưa được đề cập. Một cách khác để có được một bu-lông bị mắc kẹt để phát hành là gây sốc bằng cách nhấn mạnh. Nói chung đây là một cái gì đó bạn làm một cái gì đó lớn như van nhưng tôi nghĩ vấn đề cơ bản là như nhau. Đối với rỉ sét, tôi hy vọng rằng điều này có thể phá vỡ cấu trúc giòn của oxit. Một yếu tố khác là có hai loại ma sát. Có ma sát tĩnh và ma sát động học. Xem xét một hộp các tông nặng (đầy) trên sàn nhà. Nếu bạn cố gắng trượt nó, ban đầu nó sẽ bị 'kẹt'. Khi hộp bắt đầu di chuyển, nó trượt dễ dàng hơn nhiều. Đây là lý do tương tự để khóa phanh trên xe hơi. Một khi cao su bắt đầu trượt, ma sát giảm đáng kể.

Nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của các phân tử của một chất. Nghĩa là, các phân tử đang chuyển động trong bất kỳ chất nào ấm hơn 0 tuyệt đối và chúng di chuyển càng nhanh thì nhiệt độ càng cao. Khi bạn làm nóng một cái gì đó, bạn đang thêm động năng vào hệ thống. Điều này theo nghĩa đen là làm cho các phân tử của bu lông di chuyển ngày càng nhanh hơn. Trong chất rắn, các phân tử không di chuyển tự do trong không gian và chủ yếu rung động. Hình ảnh sau đây là một mô tả về cách các phân tử kim loại di chuyển khi được làm nóng.

Tôi nghĩ rằng có thể chính sự chuyển động mạnh mẽ này có thể tạo ra hiệu ứng tương tự như sóng xung kích gây ra bởi một tiếng gõ mạnh. Điều đó và một sự thay đổi không đồng đều về kích thước của bu lông và đai ốc có thể phá vỡ ma sát tĩnh và / hoặc phá vỡ lớp gỉ dễ vỡ. Tôi biết rằng nếu bạn có một cái chảo gang bị rỉ sét, một giải pháp là đặt nó vào lửa nóng và vết gỉ sẽ đơn giản rơi ra.

Bởi vì nhiệt không truyền đi ngay lập tức, đai ốc sẽ giãn nở nhiều hơn bu-lông ... nếu bạn đúng lúc ... điều đó không tầm thường. Đối với ổ trục thay vì đai ốc / bu lông, gia nhiệt [cảm ứng] này là một phương pháp loại bỏ công nghiệp, như trong video này chẳng hạn, và thậm chí còn hơn thế để gắn kết. Hành động loại bỏ là tức thời trong trường hợp này, một khi vòng mang được làm nóng đủ. Vấn đề với đai ốc / bu-lông là rất nhiều nhiệt có thể đã truyền sang bu-lông, có lẽ trước khi bạn hoàn thành việc tháo đai ốc. Trích dẫn từ một học viên của nghệ thuật này "bạn muốn làm nóng đai ốc chứ không phải bu lông".

Vấn đề càng thêm phức tạp bởi thực tế là không có một phương pháp duy nhất để làm điều này. Bạn có thể thấy trong video khác nàyđai ốc trở nên trắng hơn nhiều so với bu lông, có nghĩa là nó nóng hơn nhiều khi được làm nóng. Điều đáng chú ý là vào thời điểm đai ốc được tháo ra, không còn phát sáng nữa [trong video cuối cùng đó], vì vậy chúng ta không thể biết được nhiệt độ của chúng [chênh lệch]. Tuy nhiên, không khí là một chất cách điện tốt hơn nhiều, vì vậy tôi nghi ngờ rằng bu-lông nguội nhanh hơn đai ốc vì nó tiếp xúc với nhiều kim loại hơn, hoạt động như một bộ tản nhiệt. Một video với máy ảnh nhiệt sẽ là bằng chứng rõ ràng, nhưng tôi không thể tìm thấy. Mô tả của video cuối cùng cũng nói rằng các liên kết ăn mòn được nới lỏng bằng cách sưởi ấm cũng có thể đúng, nhưng tôi đã không kiểm tra khoa học về bit này; yêu cầu này cũng cho rằng những trái phiếu đó không được khôi phục ngay lập tức bằng cách làm mát.

Và đối với kịch bản được mô tả trong câu trả lời của người hỏi: nó không hoạt động như thế trong thực tế. Nếu bạn xem nửa sau của video dài nửa giờ này , anh chàng đang cẩn thận làm nóng khung xung quanh bu-lông và phải mất rất nhiều thời gian, sự kiên nhẫn và quan tâm để thành công khi "đai ốc" là một miếng lớn.

Tôi đã có một câu trả lời đơn giản rằng không ai nói rằng đầu của bu-lông mở rộng ra khỏi bề mặt nới lỏng sự căng thẳng ra khỏi các sợi do đó làm cho nó đủ lỏng để tắt. Đôi khi bu lông quá chặt ngay cả khi chúng không bị rỉ sét.

Tôi tin rằng nếu rỉ sét hoặc trầm tích là một yếu tố trong việc ngăn chặn sự nới lỏng, nhiệt độ cao sẽ khiến các mảnh vụn mất đi với sức nóng và lỏng ra, cho phép bu-lông hoặc bộ phận nghi vấn có thể xoay chuyển dễ dàng.

Đặt một đồng xu vào một cái rầm cửa và đóng nó lại. Cánh cửa sẽ gần như không thể mở, vì ma sát sẽ giữ nó đúng chỗ. Sự uốn cong của phần còn lại của cánh cửa sẽ ngăn nó di chuyển. Một bu lông rỉ sét về cơ bản là cùng một nguyên tắc - nhiều liên kết nhỏ được hình thành trên các sợi của bu lông bằng kim loại bị oxy hóa ngăn không cho nó quay.

Nhiệt và giãn nở của kim loại chỉ đơn giản phục vụ để phá vỡ các liên kết đó. Nó không có gì để làm với nhiệt động lực học hoặc bất kỳ vô nghĩa khoa học-y khác. Đó là hành động cơ học đơn giản của kim loại mở rộng phá vỡ rỉ sét.