เครื่องคำนวณน้ำหนักเหล็ก - น้ำหนักทันทีสำหรับเส้นลวด แผ่น และท่อ

เครื่องคำนวณน้ำหนักเหล็ก

เครื่องคำนวณน้ำหนักเหล็กใช้หามวลของชิ้นส่วนเหล็กจากรูปร่างและขนาด เครื่องนี้ใช้ได้กับรูปร่างทั่วไปสามแบบ ได้แก่ แท่งตัน แผ่นเรียบ และท่อกลวง โดยคูณปริมาตรของรูปร่างด้วยความหนาแน่นของเหล็ก แล้วรายงานผลเป็นกิโลกรัม กรัม และปอนด์

การทราบน้ำหนักของชิ้นส่วนเหล็กมีความสำคัญก่อนสั่งซื้อ ยก หรือจัดส่ง ร้านแปรรูปต้องใช้ข้อมูลนี้เพื่อกำหนดราคาการตัด วิศวกรต้องใช้เพื่อตรวจสอบว่าคานไม่รับน้ำหนักเกินค่าที่โครงสร้างออกแบบไว้ ผู้ควบคุมปั้นจั่นต้องใช้เพื่อยืนยันว่าน้ำหนักบรรทุกไม่เกินพิกัดรับน้ำหนักของเครื่อง

สูตรคำนวณน้ำหนักเหล็ก

สูตรทั่วไปคือ:

$\text{น้ำหนัก} = \text{ปริมาตร} \times \text{ความหนาแน่น}$

ความหนาแน่นคือมวลที่อัดแน่นอยู่ในปริมาตรหนึ่งของวัสดุ เหล็กกล้าละมุน (เหล็กกล้าคาร์บอน) มีความหนาแน่น 7.85 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm³) นั่นหมายความว่าเหล็กกล้าละมุนหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งเป็นลูกบาศก์ที่เล็กกว่าลูกเต๋าน้ำตาล จะหนัก 7.85 กรัม

ปริมาตรวัดเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร (cm³) และขึ้นอยู่กับรูปร่าง รูปร่างทั้งสามแบบด้านล่างใช้สูตรปริมาตรต่างกัน ดังนั้นการเลือกสูตรที่ถูกต้องจึงมีความสำคัญ

สูตรปริมาตรแท่ง (ทรงกระบอก)

แท่งคือทรงกระบอกตัน เช่น เหล็กเส้นกลมหรือเหล็กเส้นข้ออ้อย

$V = \pi \times r^2 \times L$

• V = ปริมาตร (cm³)
• r = รัศมีของแท่ง (cm) เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลาง ÷ 2
• L = ความยาวของแท่ง (cm)

สูตรปริมาตรแผ่น (แผ่นเรียบ)

แผ่นคือแผ่นวัสดุสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบน เช่น เหล็กแผ่นหรือแผ่นโลหะ

$V = L \times W \times T$

• L = ความยาว (cm)
• W = ความกว้าง (cm)
• T = ความหนา (cm)

สูตรปริมาตรท่อ (ทรงกระบอกกลวง)

ท่อคือทรงกระบอกที่มีแกนกลางกลวง ปริมาตรของท่อเท่ากับปริมาตรทรงกระบอกด้านนอกลบด้วยปริมาตรทรงกระบอกด้านใน (ส่วนกลวง)

$V = \pi \times L \times (R_o^2 - R_i^2)$

• L = ความยาว (cm)
• R_o = รัศมีภายนอก (cm) เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ÷ 2
• R_i = รัศมีภายใน (cm) เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ÷ 2

เมื่อทราบปริมาตรแล้ว น้ำหนักเป็นกิโลกรัมคำนวณได้จาก:

$\text{น้ำหนัก (กก.)} = \frac{\text{ปริมาตร (cm}^3\text{)} \times 7.85}{1000}$

วิธีคำนวณน้ำหนักเหล็ก

1. ระบุรูปร่าง: แท่ง แผ่น หรือท่อ
2. วัดขนาดที่ต้องใช้เป็นเซนติเมตร (เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวสำหรับแท่ง ความยาว ความกว้าง และความหนาสำหรับแผ่น เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน และความยาวสำหรับท่อ)
3. ใช้สูตรปริมาตรที่ตรงกับรูปร่างด้านบน
4. คูณปริมาตรด้วย 7.85 g/cm³ เพื่อหาน้ำหนักเป็นกรัม แล้วหารด้วย 1000 เพื่อแปลงเป็นกิโลกรัม
5. หากต้องการน้ำหนักเป็นปอนด์ ให้หารน้ำหนักเป็นกรัมด้วย 453.59237 ปอนด์หนึ่งปอนด์นิยามให้เท่ากับ 0.45359237 กิโลกรัมพอดี ดังนั้น 453.59237 กรัมจึงเท่ากับหนึ่งปอนด์

สำหรับท่อ เส้นผ่านศูนย์กลางภายในต้องเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก หากท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 5 ซม. และผนังหนา 0.3 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในคือ 5.0 − (2 × 0.3) = 4.4 ซม. ไม่ใช่ 4.7 ซม. เพราะผนังมีอยู่ทั้งสองด้านของช่องกลวง

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

ตัวอย่าง 1: แท่งเหล็ก

แท่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 ซม. และยาว 300 ซม.

1. รัศมี = 2.5 ÷ 2 = 1.25 ซม.
2. ปริมาตร = π × 1.25² × 300 ≈ 1,472.6 cm³
3. น้ำหนัก = 1,472.6 × 7.85 ÷ 1000 ≈ 11.56 กก. (11,560.1 ก. ÷ 453.59237 ≈ 25.49 ปอนด์)

ตัวอย่าง 2: แผ่นเหล็ก

แผ่นมีความยาว 120 ซม. ความกว้าง 80 ซม. และความหนา 0.3 ซม.

1. ปริมาตร = 120 × 80 × 0.3 = 2,880 cm³
2. น้ำหนัก = 2,880 × 7.85 ÷ 1000 ≈ 22.61 กก.

ตัวอย่าง 3: ท่อเหล็ก

ท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 4.2 ซม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 3.8 ซม. และยาว 250 ซม.

1. รัศมีภายนอก = 2.1 ซม.; รัศมีภายใน = 1.9 ซม.
2. ปริมาตร = π × 250 × (2.1² − 1.9²) = π × 250 × 0.8 ≈ 628.3 cm³
3. น้ำหนัก = 628.3 × 7.85 ÷ 1000 ≈ 4.93 กก.

ความหนาแน่นของเหล็กกล้าแต่ละประเภท

ค่า 7.85 g/cm³ ใช้กับเหล็กกล้าละมุน (เหล็กกล้าคาร์บอน) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเหล็กและมีคาร์บอนอยู่เล็กน้อย โลหะผสมเหล็กกล้าและโลหะประเภทอื่นมีค่าต่างกัน:

หากต้องการประมาณน้ำหนักของโลหะชนิดอื่น ให้คูณผลลัพธ์ของเหล็กด้วย (ความหนาแน่นของโลหะนั้น ÷ 7.85)

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดน้ำหนักที่คำนวณได้จึงแตกต่างจากน้ำหนักที่ผู้จำหน่ายเสนอราคา?

มีหลายปัจจัยที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนเล็กน้อย โรงงานผลิตเหล็กผลิตแท่งและแผ่นภายในค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิต ดังนั้นแท่งขนาด "10 มม." อาจมีขนาดจริง 9.8–10.2 มม. สารเคลือบก็เพิ่มน้ำหนักเช่นกัน การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนเพิ่มน้ำหนักประมาณ 3–5% และสะเก็ดออกไซด์จากโรงรีด ซึ่งเป็นชั้นออกไซด์สีเข้มที่หลงเหลือจากการรีดร้อน เพิ่มน้ำหนักประมาณ 0.5–1% โดยทั่วไปน้ำหนักที่คำนวณได้จะอยู่ภายใน 2–3% ของน้ำหนักที่ชั่งได้ ซึ่งใกล้เคียงเพียงพอสำหรับการเสนอราคาและการวางแผนวัสดุ

สูตรนี้ใช้กับเหล็กกล้าไร้สนิมหรืออะลูมิเนียมได้หรือไม่?

ได้ โดยปรับตามความหนาแน่น ให้คูณผลลัพธ์ของเหล็กกล้าละมุนด้วยอัตราส่วนความหนาแน่นของโลหะอื่นต่อ 7.85 สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ให้เพิ่มประมาณ 2% สำหรับอะลูมิเนียม ให้หารด้วยประมาณ 2.9 ตารางความหนาแน่นด้านบนแสดงตัวคูณปรับค่าสำหรับโลหะทั่วไปชนิดอื่น

คำนวณน้ำหนักเหล็กเส้นอย่างไร?

เหล็กเส้น (เหล็กเสริมคอนกรีต) คำนวณเช่นเดียวกับแท่งตัน โดยใช้เส้นผ่านศูนย์กลางระบุ เหล็กเส้นข้ออ้อยซึ่งมีบั้งเพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะจะหนักกว่าแท่งเรียบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันประมาณ 1–2% ความแตกต่างนี้น้อยพอที่จะละเลยได้สำหรับการประมาณส่วนใหญ่ เหล็กเส้น 10 มม. มีน้ำหนักประมาณ 0.62 กก. ต่อเมตรเมื่อใช้สูตรแท่ง ส่วนเหล็กเส้น 16 มม. มีน้ำหนักประมาณ 1.58 กก. ต่อเมตร

คำนวณน้ำหนักท่อสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้าอย่างไร?

ท่อสี่เหลี่ยมจัตุรัสและท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้าไม่ใช่ทรงกระบอก ดังนั้นจึงใช้สูตรของแท่งและท่อโดยตรงไม่ได้ แต่ให้ลบปริมาตรภายในที่กลวงออกจากปริมาตรภายนอกที่ตัน โดยปริมาตรภายนอกคือความยาว × ความกว้างภายนอก × ความสูงภายนอก และปริมาตรภายในคือความยาว × (ความกว้างภายนอก − 2 × ความหนาผนัง) × (ความสูงภายนอก − 2 × ความหนาผนัง) สำหรับความยาว 100 ซม. ขนาดภายนอก 5 ซม. × 3 ซม. และผนังหนา 0.3 ซม.: ปริมาตรภายนอกคือ 1,500 cm³ ปริมาตรภายในคือ 100 × 4.4 × 2.4 = 1,056 cm³ ดังนั้นปริมาตรเหล็กคือ 444 cm³ และมีน้ำหนักประมาณ 3.49 กก.

เหตุใดความคลาดเคลื่อนของการวัดเพียงเล็กน้อยจึงมีผลมาก?

ปริมาตรของแท่งหรือท่อขึ้นอยู่กับรัศมีกำลังสอง ดังนั้นความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยของเส้นผ่านศูนย์กลางจึงขยายผลให้มากขึ้น ความคลาดเคลื่อน 1 มม. บนเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ซม. ทำให้น้ำหนักที่คำนวณได้เปลี่ยนแปลงประมาณ 2% การวัดด้วยเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์แทนสายวัดช่วยให้ผลลัพธ์ใกล้เคียงกับน้ำหนักที่ชั่งได้มากขึ้น

เอกสารอ้างอิง

1. ASTM A6/A6M-19, ข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับข้อกำหนดทั่วไปของแท่งเหล็กโครงสร้าง แผ่นเหล็ก รูปพรรณ และเหล็กแผ่นเข็มรีด, ASTM International, 2019
2. สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าโครงสร้างแห่งอเมริกา, คู่มือการก่อสร้างด้วยเหล็ก, ฉบับที่ 15
3. BS EN 10025-1:2004, ผลิตภัณฑ์เหล็กโครงสร้างรีดร้อน — เงื่อนไขทางเทคนิคทั่วไปในการส่งมอบ, สถาบันมาตรฐานอังกฤษ
4. B. N. Taylor และ A. Thompson (บรรณาธิการ), สิ่งพิมพ์พิเศษของ NIST 811: คู่มือการใช้ระบบหน่วยระหว่างประเทศ (SI) ฉบับ 2008 ภาคผนวก B.8 (1 ปอนด์ อาวัวร์ดูปัวส์ = 0.453 592 37 กก. พอดี)