Jika logam mengembang saat dipanaskan, bagaimana cara pemanasan baut melonggarkannya?

Jika Anda mengalami kesulitan melepas baut yang macet, saran umum adalah memanaskan baut. Tetapi jika logam mengembang saat dipanaskan, bukankah memanaskan baut hanya akan membuat lebih sulit untuk melepas? Bagaimana cara memanaskan baut agar tidak macet?

Jawabannya sangat sederhana: baut mengembang, tetapi mur mengembang lebih banyak .

Apa yang terjadi di sini adalah ekspansi termal lama yang baik:

• Baut dipanaskan dan mengembang ke luar, jari-jarinya meningkat
• Kacang dipanaskan dan ... mengembang ke luar, jari-jarinya meningkat

Sekarang, karena jari-jari mur sedikit lebih besar dari baut, dan karena peningkatan sebanding dengan panjang istirahat, mur melebar sedikit lebih.

Besi memiliki koefisien termal di stadion baseball 10 ^-5 / K. Ini berarti bahwa untuk setiap kenaikan 1 K dalam suhu Anda memiliki peningkatan ukuran 10 ^-5 : batang 1 m menjadi panjang 1,00001 m.

Jika baut Anda memiliki r = 1,5 mm, dan mur memiliki R = 1,501 mm, apa yang terjadi adalah suhu meningkat 500 K? Baik:

• r = 1,5 * (1 + 500 * 10 ^-5 ) mm = 1,5075 mm
• R = 1,501 * (1 + 500 * 10 ^-5 ) mm = 1,508505 mm

Seperti yang Anda lihat, sebelum memanaskan R - r = 1 μm, sedangkan setelah R - r ≈ 1.001 μm. Itu meningkat!

Harap perhatikan nomor saya cukup liar dan hanya digunakan untuk membuat contoh. Saya yakin saya mendapatkan nilai awal yang salah, tapi saya harap mereka membantu menyampaikan pesan.

Rahasianya adalah ekspansi terkendala .

Berikut ini beberapa diagram kasar untuk membantu menjelaskan cara kerjanya.

^{Baut terjebak dalam lubang}

Saat baut dipanaskan, baut akan mengembang. Karena poros baut dibatasi, ia tidak dapat mengembang di dalam lubang.

^{Baut mengembang ke arah panah hijau, tetapi tidak bisa mengembang ke arah panah merah.}

Saat baut mendingin, ia berkontraksi. Kontraksi, bagaimanapun, tidak dibatasi. Ini berarti bahwa baut dapat menyusut ke segala arah, membuat baut sedikit lebih kecil.

^{Baut dapat berkontraksi ke segala arah.}

Setelah baut mendingin, itu harus lebih kecil dan lebih mudah untuk diekstraksi.

Alasan sebenarnya ini biasanya berhasil adalah karena karat secara signifikan lebih besar dari baja yang dikaratkannya, itulah sebabnya baut pada awalnya terjebak. Dalam beberapa kasus lain, alasan panas bekerja adalah karena baut diaplikasikan dengan threadlocker yang memerlukan pemanas untuk dilepas (jika keluar tanpa tanda karat, itu taruhan yang cukup bagus)

Banyak bentuk karat mengandung "air yang terikat secara kimiawi" dan akan kehilangan air itu (dan menyusut) jika dipanaskan secukupnya.

Logam yang tersusun dalam cincin mengembang ke luar saat dipanaskan. Bayangkan sebuah cincin kawat tipis dipanaskan - ia mengembang terutama di sepanjang panjangnya, membuat diameter bagian dalam dan luar lebih besar. Hal yang sama terjadi dengan bahan di sekitar lubang baut.

Secara umum, saya mencoba memanaskan bagian sekitarnya dan bukan baut itu sendiri. Namun, bahkan jika baut dipanaskan secara langsung, konduksi biasanya akan menghasilkan pemanasan material di sekitarnya, dan karenanya ekspansi lubang.

Lebih banyak info ilmiah tentang itu

Pertimbangkan mesin cuci, atau cincin atau disk logam lain dengan lubang di dalamnya. Saat cincin dipanaskan, kami berharap cincin itu akan mengembang, dan percobaan mengonfirmasi bahwa cincin itu mengembang. Tetapi apakah lubang di cincin itu membesar, berkontraksi, atau tetap berukuran sama?

... [mengalah] apa yang Anda lakukan ketika Anda mencoba untuk membuka stoples Mason, dan tutup logam sekrup-top macet. Anda bisa mengetuk tutupnya dengan sendok (untuk mencoba melepaskan setiap bagian dari tutup yang macet), atau Anda meletakkan tutupnya di bawah air panas. Anda melakukan yang terakhir karena Anda tahu tutup logam akan mengembang lebih dari tabung gelas, dan karenanya akan lebih mudah untuk membuka tutupnya.

Dan dengan mengatakan tutup logam akan mengembang lebih dari tabung gelas, yang kami maksud sebenarnya adalah bahwa lubang di tutupnya akan mengembang.

Dalam pengalaman saya, Anda harus memanaskan baut beku sampai melepuh, merah panas dan menjadi lunak, dan lepaskan ketika sedang panas dan lembut. Memanaskan baut dan membiarkannya dingin tidak pernah membantu saya. Sebagai kontrak logam, baut merebut; biasanya tidak mengendur ... mungkin membuat situasinya lebih buruk.

Hal yang sama berlaku untuk minum gelas yang saling menempel ... dingin, kontraksi adalah penyebab perebutan .

@Vladimir Cravero (maaf tidak cukup perwakilan untuk memasukkan komentar) ...

Saya pikir klarifikasi jawabannya diperlukan. Kacang tidak mengembang "lebih", itu berakhir lebih besar tetapi% kenaikannya sama.

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%

Persepsi saya tentang efek pemanasan adalah bahwa baut dan mur atau balok tidak hanya mengembang, tetapi juga ruang di antara mereka mengembang juga, jangan lupa tentang itu.

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

ruang antara sedikit lebih besar juga, lebih mudah untuk dihapus. :)

Saya pikir ada beberapa faktor yang berkontribusi terhadap efek ini, tetapi saya pikir satu belum disebutkan. Salah satu cara lain untuk melepaskan baut yang macet adalah dengan menyetrumnya dengan memukulnya dengan tajam. Umumnya ini adalah sesuatu yang Anda lakukan sesuatu yang besar seperti katup, tetapi saya pikir masalahnya adalah sama. Untuk karat, saya berharap ini bisa menghancurkan struktur rapuh oksida. Faktor lain adalah ada dua jenis gesekan. Ada gesekan statis dan gesekan kinetik. Pertimbangkan kotak kardus yang berat (terisi) di lantai. Jika Anda mencoba menggesernya, awalnya akan 'macet'. Setelah kotak mulai bergerak, ia meluncur lebih mudah. Ini adalah alasan yang sama buruknya untuk mengunci rem pada mobil. Setelah karet mulai meluncur, gesekan berkurang secara signifikan.

Suhu adalah ukuran rata-rata energi kinetik dari molekul suatu zat. Artinya, molekul-molekul bergerak dalam zat apa pun yang lebih hangat daripada nol absolut dan semakin cepat mereka bergerak, semakin tinggi suhunya. Saat Anda memanaskan sesuatu, Anda menambahkan energi kinetik ke sistem. Ini benar-benar menyebabkan molekul baut bergerak lebih cepat dan lebih cepat. Dalam benda padat, molekul tidak bergerak bebas di ruang angkasa dan pada dasarnya bergetar. Gambar berikut adalah penggambaran tentang bagaimana molekul logam bergerak ketika dipanaskan.

Saya pikir itu mungkin bahwa gerakan energik ini bisa, dengan sendirinya menciptakan efek yang sama dengan gelombang kejut yang disebabkan oleh ketukan yang tajam. Itu dan perubahan ukuran baut dan mur yang tidak rata dapat mematahkan gesekan statis dan / atau menghancurkan karat yang rapuh. Saya tahu bahwa jika Anda memiliki wajan besi cor yang berkarat, salah satu solusinya adalah memasukkannya ke dalam api yang panas dan karatnya akan rontok begitu saja.

Karena panas tidak langsung bergerak, mur akan mengembang lebih dari baut ... jika Anda mengatur waktu dengan benar ... yang tidak sepele. Untuk bantalan daripada mur / baut, pemanasan [induksi] ini adalah metode penghapusan industri, seperti yang ditunjukkan dalam video ini misalnya, dan lebih dari itu untuk ditempelkan. Tindakan pelepasan instan dalam kasus ini, setelah cincin bantalan cukup panas. Masalah dengan mur / baut adalah bahwa banyak panas mungkin telah ditransfer ke baut, mungkin sebelum Anda selesai melepas mur. Mengutip dari seorang praktisi seni ini "Anda ingin memanaskan mur dan bukan baut".

Masalah ini semakin diperparah oleh kenyataan bahwa tidak ada satu metode tunggal untuk melakukan ini. Anda bisa lihat di video lain inibahwa mur menjadi lebih putih daripada baut, yang berarti kacang menjadi lebih panas ketika dipanaskan. Tangkapannya adalah bahwa pada saat mur dilepas, tidak ada yang bersinar lagi [dalam video terakhir], jadi kita tidak bisa secara visual mengetahui suhu mereka [perbedaan]. Namun udara adalah insulator yang jauh lebih baik, jadi saya menduga bahwa baut lebih cepat dingin daripada mur karena membuat kontak dengan lebih banyak logam, yang bertindak sebagai radiator. Video dengan kamera termal akan menjadi bukti yang pasti, tetapi saya tidak dapat menemukannya. Deskripsi video terakhir itu juga mengatakan bahwa ikatan korosif dilonggarkan oleh pemanasan yang mungkin juga benar, tetapi saya belum memeriksa sains pada bagian ini; klaim ini juga mengasumsikan bahwa obligasi tersebut tidak segera dipulihkan dengan pendinginan.

Dan untuk skenario yang digambarkan dalam jawaban si penanya sendiri: itu tidak bekerja seperti itu dalam praktik. Jika Anda menonton paruh kedua dari video setengah jam ini , pria itu dengan hati-hati memanaskan bingkai di sekitar baut itu sendiri, dan butuh banyak waktu, kesabaran dan kepedulian untuk berhasil ketika "mur" adalah bagian yang besar.

Saya punya jawaban sederhana bahwa tidak ada yang mengatakan kepala baut meluas dari permukaan melonggarkan ketegangan dari benang sehingga membuatnya cukup longgar untuk dimatikan. Terkadang baut terlalu kencang bahkan saat tidak berkarat.

Saya percaya bahwa jika karat atau sedimen merupakan faktor dalam mencegah melonggarnya, panas yang tinggi akan menyebabkan puing-puing terlepas dengan panas dan terlepas, memungkinkan baut atau bagian yang dimaksud untuk berputar dengan mudah.

Masukkan satu sen di kusen pintu dan tutup. Pintu akan hampir mustahil untuk dibuka, karena gesekan akan menahannya di tempatnya. Melenturkan sisa pintu akan mencegahnya bergerak. Baut berkarat pada dasarnya adalah prinsip yang sama - banyak ikatan kecil yang dibentuk pada benang baut oleh logam teroksidasi mencegahnya berputar.

Panas dan ekspansi logam hanya berfungsi untuk memutus ikatan itu. Ini tidak ada hubungannya dengan termodinamika atau sains-omong kosong lainnya. Ini adalah aksi mekanis sederhana dari logam yang memecah karat.