ضریب انبساط پروفیل آلومینیوم، که به عنوان ضریب انبساط حرارتی خطی نیز شناخته می‌شود، به میزان افزایش طول پروفیل در اثر افزایش یک درجه سانتی‌گراد دما اشاره دارد. این ضریب برای آلومینیوم خالص حدود 23.1 میکرومتر بر متر درجه سانتی‌گراد (µm/m°C) است. آلومینیوم به عنوان یکی از پرکاربردترین فلزات در صنعت، به دلیل مزایایی مانند وزن سبک، مقاومت به خوردگی، شکل‌پذیری و رسانایی بالا، در ساخت انواع پروفیل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این وجود، آلومینیوم مانند سایر فلزات، در اثر تغییرات دمایی دچار انبساط و انقباض می‌شود. این موضوع در طراحی و ساخت سازه‌های مختلف، از جمله سازه‌هایی که از پروفیل‌های آلومینیومی استفاده می‌کنند، باید به طور دقیق محاسبه و در نظر گرفته شود.

محاسبه ضریب انبساط پروفیلهای آلومینیومی

برای محاسبه ضریب انبساط می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد. در ادامه به دو روش متداول اشاره می‌کنیم:

1. روش آزمایشگاهی

در این روش، نمونه‌ای از پروفیل آلومینیوم با طول مشخص در دمای اولیه اندازه‌گیری می‌شود. سپس، نمونه در معرض دمای ثانویه قرار داده می‌شود و مجددا طول آن اندازه‌گیری می‌شود. با استفاده از فرمول زیر می‌توان ضریب انبساط را در پروفیل آلومینیوم محاسبه کرد:

α = (L₂ – L₁) / (L₁ * (T₂ – T₁))

• α: ضریب انبساط خطی پروفیل آلومینیوم (µm/m°C)
• L₁: طول اولیه پروفیل (متر)
• L₂: طول نهایی پروفیل (متر)
• T₁: دمای اولیه (°C)
• T₂: دمای نهایی (°C)

2. روش محاسباتی

با توجه به اینکه ضریب انبساط در پروفیلهای آلومینیومی به نوع آلیاژ آلومینیوم به کار رفته در ساخت آن بستگی دارد، می‌توان از مراجع معتبر مانند کتاب‌ها و مقالات علمی برای یافتن ضریب انبساط آلیاژ مربوطه استفاده کرد.

نکات مهم در محاسبه ضریب انبساط آلومینیوم

• ضریب انبساط مواد با افزایش دما افزایش می‌یابد.
• ضریب انبساط برای آلیاژهای مختلف آلومینیوم متفاوت است.
• در محاسبات مربوط به انبساط پروفیل آلومینیوم، باید از ضریب انبساط در دمای مورد نظر استفاده کرد.

انواع ضرایب انبساط

همانطور که در ابتدا اشاره شد، ضریب انبساط پروفیل آلومینیوم به عنوان معیاری برای سنجش تغییر ابعاد پروفیل در اثر تغییر دما تعریف می‌شود. اما این ضریب می‌تواند به اشکال مختلفی بیان شود که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند:

1. ضریب انبساط خطی (α):

این ضریب، رایج‌ترین نوع ضریب انبساط است و به تغییر طول پروفیل در اثر تغییر یک درجه سانتی‌گراد دما اشاره دارد. واحد این ضریب میکرومتر بر متر درجه سانتی‌گراد (µm/m°C) است.

2. ضریب انبساط سطحی (β):

این ضریب به تغییر مساحت سطح پروفیل در اثر تغییر یک درجه سانتی‌گراد دما اشاره دارد. واحد این ضریب میکرومتر بر متر مربع درجه سانتی‌گراد (µm/m²°C) است.

3. ضریب انبساط حجمی (γ):

این ضریب به تغییر حجم پروفیل در اثر تغییر یک درجه سانتی‌گراد دما اشاره دارد. واحد این ضریب میکرومتر بر متر مکعب درجه سانتی‌گراد (µm/m³°C) است.

کاربردهای انواع ضرایب انبساط پروفیل آلومینیوم

ضریب انبساط خطی

• • در محاسبه تغییر طول پروفیل در اثر تغییر دما
  • در طراحی و ساخت سازه‌های فلزی
  • در طراحی و ساخت سیستم‌های لوله کشی

ضریب انبساط سطحی

• • در محاسبه تغییر مساحت سطح پروفیل در اثر تغییر دما
  • در طراحی و ساخت ورق‌های آلومینیومی
  • در طراحی و ساخت مخازن آلومینیومی

ضریب انبساط حجمی

• • • در محاسبه تغییر حجم پروفیل در اثر تغییر دما
    • در طراحی و ساخت قالب‌های صنعتی
    • در محاسبه تنش‌های حرارتی در پروفیل‌های آلومینیومی

مثال:

فرض کنید ضریب انبساط پروفیل آلومینیوم خطی یک پروفیل آلومینیومی 23.1 میکرومتر بر متر درجه سانتی‌گراد است. اگر طول اولیه این پروفیل 10 متر باشد، در اثر افزایش دمای 50 درجه سانتی‌گراد، طول آن چقدر افزایش می‌یابد؟

محاسبه:

• تغییر طول = ضریب انبساط خطی پروفیل آلومینیوم * طول اولیه * تغییر دما
• تغییر طول = 23.1 µm/m°C * 10 m * 50 °C
• تغییر طول = 11550 µm = 11.55 mm

نتیجه:

در اثر افزایش دمای 50 درجه سانتی‌گراد، طول پروفیل آلومینیومی 11.55 میلی‌متر افزایش می‌یابد.

اهمیت ضریب انبساط در طراحی و تولید پروفیل آلومینیوم

ضریب انبساط در پروفیلهای آلومینیومی به عنوان معیاری برای سنجش تغییر ابعاد پروفیل در اثر تغییر دما، از اهمیت بالایی در طراحی و تولید پروفیل‌های آلومینیومی برخوردار است. عدم توجه به این ضریب می‌تواند منجر به بروز مشکلاتی در سازه‌ها و تجهیزاتی شود که از پروفیل‌های آلومینیومی در آنها استفاده شده است. دلایل اهمیت ضریب انبساط در طراحی و تولید پروفیل آلومینیوم شامل موارد زیر می شود.

1. جلوگیری از تنش‌های حرارتی

با افزایش دما، پروفیل‌های آلومینیومی تمایل به انبساط و افزایش طول دارند. اگر این انبساط محدود شود، تنش‌های حرارتی در پروفیل ایجاد می‌شود که می‌تواند منجر به خم شدن، تاب برداشتن و حتی شکست پروفیل شود. برای جلوگیری از این مشکل، در طراحی قالب اکستروژن پروفیل آلومینیوم باید ضریب انبساط را در نظر گرفته و  از درزهای انبساط و سایر روش‌ها برای جبران انبساط حرارتی استفاده کنند.

2. حفظ عملکرد صحیح سازه

در بسیاری از سازه‌ها، مانند پل‌ها، ساختمان‌ها و سیستم‌های لوله کشی، پروفیل‌های آلومینیومی باید در شرایط مختلف آب و هوایی و در معرض تغییرات دمایی قابل توجهی قرار بگیرند. عدم توجه به ضریب انبساط پروفیل آلومینیوم می‌تواند منجر به تغییر شکل و عملکرد نادرست سازه شود.

3. افزایش طول عمر پروفیل

تنش‌های حرارتی ناشی از انبساط و انقباض پروفیل آلومینیوم می‌تواند به مرور زمان منجر به خستگی و شکست پروفیل شود. با در نظر گرفتن ضریب انبساط پروفیل آلومینیوم در طراحی و تولید، می‌توان عمر مفید پروفیل را افزایش داد.

آلومیناژ

محاسبه دقیق ضریب انبساط در پروفیلهای آلومینیومی در طراحی و ساخت سازه‌های مختلف، از جمله سازه‌هایی که از پروفیل‌های آلومینیومی استفاده می‌کنند، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله به دو روش متداول برای محاسبه ضریب انبساط اشاره شد.

شرکت آلومیناژ به عنوان یکی از تولیدکنندگان برجسته پروفیل‌های آلومینیومی در ایران، با ارائه طیف گسترده‌ای از پروفیل‌ها در آلیاژهای مختلف، نیازهای متنوع مشتریان را در صنایع مختلف برآورده می‌کند. متخصصان شرکت آلومیناژ با در نظر گرفتن ضریب انبساط برای هر پروفیل آلومینیوم در فرآیند طراحی قالب اکستروژن و تولید پروفیل‌ها، محصولاتی با کیفیت بالا و عمر طولانی ارائه می‌کنند.

علاوه بر این، این شرکت با ارائه خدمات مشاوره‌ای به مشتریان، آنها را در انتخاب پروفیل مناسب با نیازهایشان یاری می‌رساند.