Nota dell'editore: Questo articolo è il secondo di una serie in due parti sul mercato e la produzione di linee di trasferimento liquidi di piccolo diametro per applicazioni ad alta pressione. La prima sezione esamina la disponibilità nazionale di prodotti convenzionali per queste applicazioni, che sono rare. La seconda parte illustra due prodotti non tradizionali in questo mercato.
I due tipi di tubi idraulici saldati designati dalla Society of Automotive Engineers – SAE-J525 e SAE-J356A – condividono un'origine comune, così come le loro specifiche scritte. Le strisce di acciaio piatto vengono tagliate a misura e trasformate in tubi mediante profilatura. Dopo che i bordi della striscia sono stati lucidati con un utensile alettato, il tubo viene riscaldato mediante saldatura a resistenza ad alta frequenza e forgiato tra rulli di pressione per formare una saldatura. Dopo la saldatura, la bava sul diametro esterno viene rimossa con un apposito supporto, solitamente in carburo di tungsteno. La sbavatura di identificazione viene rimossa o regolata all'altezza massima di progetto utilizzando l'utensile di bloccaggio.
La descrizione di questo processo di saldatura è generica e presenta numerose piccole differenze nella produzione effettiva (vedere Figura 1). Tuttavia, condividono molte proprietà meccaniche.
I guasti dei tubi e le modalità di guasto più comuni possono essere suddivisi in carichi di trazione e compressione. Nella maggior parte dei materiali, la sollecitazione di trazione è inferiore a quella di compressione. Tuttavia, la maggior parte dei materiali è molto più resistente alla compressione che alla trazione. Il calcestruzzo ne è un esempio. È altamente comprimibile, ma a meno che non sia stampato con una rete interna di barre di rinforzo (barre di armatura), è facile da rompere. Per questo motivo, l'acciaio viene sottoposto a prova di trazione per determinarne il carico di rottura finale (UTS). Tutte e tre le dimensioni dei tubi idraulici hanno gli stessi requisiti: 310 MPa (45.000 psi) UTS.
Data la capacità dei tubi in pressione di resistere alla pressione idraulica, potrebbe essere necessario un calcolo e un test di rottura separati, noti come test di scoppio. I calcoli possono essere utilizzati per determinare la pressione di scoppio massima teorica, tenendo conto dello spessore della parete, della pressione di rottura (UTS) e del diametro esterno del materiale. Poiché i tubi J525 e J356A possono avere le stesse dimensioni, l'unica variabile è la pressione di rottura (UTS). Fornisce una resistenza alla trazione tipica di 50.000 psi con una pressione di scoppio predittiva di 0,500 x 0,049 pollici. La pressione di rottura dei tubi è la stessa per entrambi i prodotti: 10.908 psi.
Sebbene le previsioni calcolate siano le stesse, una differenza nell'applicazione pratica è dovuta allo spessore effettivo della parete. Sul J356A, la bava interna è regolabile fino a una dimensione massima in base al diametro del tubo, come descritto nelle specifiche. Per i prodotti J525 sbavati, il processo di sbavatura in genere riduce intenzionalmente il diametro interno di circa 0,002 pollici, con conseguente assottigliamento localizzato della parete nella zona di saldatura. Sebbene lo spessore della parete venga riempito con successiva lavorazione a freddo, le tensioni residue e l'orientamento dei grani possono differire dal metallo base e lo spessore della parete può essere leggermente inferiore rispetto al tubo comparabile specificato nel J356A.
A seconda dell'utilizzo finale del tubo, le bave interne devono essere rimosse o appiattite (o appiattite) per eliminare potenziali punti di perdita, principalmente nelle forme con estremità svasate a parete singola. Sebbene si ritenga comunemente che il tubo J525 abbia un diametro interno liscio e quindi non presenti perdite, si tratta di un'errata interpretazione. I tubi J525 possono presentare striature sul diametro interno a causa di una lavorazione a freddo non idonea, con conseguenti perdite in corrispondenza del raccordo.
Iniziare la sbavatura tagliando (o raschiando) il cordone di saldatura dalla parete del diametro interno. L'utensile di pulizia è fissato a un mandrino supportato da rulli all'interno del tubo, appena dietro la stazione di saldatura. Mentre l'utensile di pulizia rimuoveva il cordone di saldatura, i rulli hanno inavvertitamente fatto rotolare parte dello spruzzo di saldatura, facendolo colpire la superficie del diametro interno del tubo (vedere Figura 2). Questo è un problema per tubi leggermente lavorati, come tubi torniti o levigati.
Rimuovere il glitter dal tubo non è facile. Il processo di taglio trasforma i glitter in un lungo e aggrovigliato filo d'acciaio affilato. Sebbene la rimozione sia obbligatoria, spesso è un processo manuale e imperfetto. A volte, sezioni di tubi a sciarpa lasciano il territorio del produttore e vengono inviate ai clienti.
Riso. 1. Il materiale SAE-J525 è prodotto in serie, il che richiede investimenti e manodopera significativi. Prodotti tubolari simili realizzati con SAE-J356A sono completamente lavorati in laminatoi per tubi con ricottura in linea, quindi più efficienti.
Per tubi più piccoli, come le linee di liquidi con diametro inferiore a 20 mm, la sbavatura del diametro interno non è solitamente così importante, poiché questi diametri non richiedono un'ulteriore fase di finitura del diametro interno. L'unica avvertenza è che l'utente finale deve solo valutare se un'altezza di controllo della sbavatura costante possa creare problemi.
L'eccellenza nel controllo della fiamma ID inizia con un condizionamento, un taglio e una saldatura precisi delle strisce. Infatti, le proprietà della materia prima J356A devono essere più rigorose rispetto a J525, poiché J356A presenta maggiori restrizioni in termini di granulometria, inclusioni di ossidi e altri parametri di produzione dell'acciaio, a causa del processo di dimensionamento a freddo utilizzato.
Infine, la saldatura ID richiede spesso refrigerante. La maggior parte dei sistemi utilizza lo stesso refrigerante dell'utensile di accumulo, ma questo può creare problemi. Pur essendo filtrati e sgrassati, i refrigeranti dei laminatoi contengono spesso quantità significative di particelle metalliche, oli e altri contaminanti. Pertanto, il tubo J525 richiede un ciclo di lavaggio caustico a caldo o un'altra fase di pulizia equivalente.
Condensatori, sistemi automobilistici e altri sistemi simili richiedono la pulizia delle tubazioni, e la pulizia appropriata può essere effettuata in fabbrica. Il J356A esce dalla fabbrica con un foro pulito, un contenuto di umidità controllato e residui minimi. Infine, è prassi comune riempire ogni tubo con un gas inerte per prevenire la corrosione e sigillare le estremità prima della spedizione.
I tubi J525 vengono normalizzati dopo la saldatura e successivamente lavorati a freddo (trafilati). Dopo la lavorazione a freddo, il tubo viene nuovamente normalizzato per soddisfare tutti i requisiti meccanici.
Le fasi di normalizzazione, trafilatura e seconda normalizzazione richiedono il trasporto del tubo al forno, alla stazione di trafilatura e di nuovo al forno. A seconda delle specifiche dell'operazione, queste fasi richiedono altre sottofasi separate come la stuccatura (prima della verniciatura), l'incisione e la raddrizzatura. Queste fasi sono costose e richiedono notevoli risorse in termini di tempo, manodopera e denaro. I tubi trafilati a freddo sono associati a un tasso di scarto del 20% in produzione.
Il tubo J356A viene normalizzato al laminatoio dopo la saldatura. Il tubo non tocca terra e passa dalle fasi iniziali di formatura al tubo finito in una sequenza continua nel laminatoio. I tubi saldati come il J356A presentano uno scarto di produzione del 10%. A parità di altre condizioni, ciò significa che le lampade J356A sono più economiche da produrre rispetto alle lampade J525.
Sebbene le proprietà di questi due prodotti siano simili, non sono uguali dal punto di vista metallurgico.
I tubi J525 trafilati a freddo richiedono due trattamenti preliminari di normalizzazione: dopo la saldatura e dopo la trafilatura. Le temperature di normalizzazione (1650 °F o 900 °C) provocano la formazione di ossidi superficiali, che vengono solitamente rimossi con acido minerale (solitamente solforico o cloridrico) dopo la ricottura. Il decapaggio ha un impatto ambientale significativo in termini di emissioni atmosferiche e flussi di rifiuti ricchi di metalli.
Inoltre, la normalizzazione della temperatura nell'atmosfera riducente del forno a rulli porta al consumo di carbonio sulla superficie dell'acciaio. Questo processo, la decarburazione, lascia uno strato superficiale molto più debole del materiale originale (vedere Figura 3). Ciò è particolarmente importante per i tubi a parete sottile. Con uno spessore di parete di 0,030", anche un piccolo strato di decarburazione di 0,003" ridurrà la parete effettiva del 10%. Questi tubi indeboliti possono rompersi a causa di sollecitazioni o vibrazioni.
Figura 2. Uno strumento per la pulizia del diametro interno (non mostrato) è supportato da rulli che si muovono lungo il diametro interno del tubo. Un buon design dei rulli riduce la quantità di schizzi di saldatura che rotolano sulla parete del tubo. Strumenti Nielsen
I tubi J356 vengono lavorati in lotti e richiedono la ricottura in un forno a rulli, ma non solo. La variante J356A viene completamente lavorata in un laminatoio utilizzando l'induzione integrata, un processo di riscaldamento molto più rapido rispetto a quello di un forno a rulli. Questo riduce i tempi di ricottura, riducendo così la finestra di opportunità per la decarburazione da minuti (o persino ore) a secondi. Ciò garantisce al J356A una ricottura uniforme senza ossido o decarburazione.
I tubi utilizzati per le linee idrauliche devono essere sufficientemente flessibili da poter essere piegati, espansi e formati. Le curve sono necessarie per portare il fluido idraulico dal punto A al punto B, passando attraverso diverse curve e svolte lungo il percorso, e la svasatura è la chiave per fornire un metodo di collegamento finale.
In una situazione del tipo "prima l'uovo o la gallina", i camini erano progettati per connessioni a bruciatore a parete singola (quindi con un diametro interno liscio), o poteva verificarsi il contrario. In questo caso, la superficie interna del tubo si adatta perfettamente alla sede del connettore a perno. Per garantire una connessione metallo-metallo ermetica, la superficie del tubo deve essere il più liscia possibile. Questo accessorio apparve negli anni '20 per la nascente Divisione Aerea dell'Aeronautica Militare statunitense. In seguito, divenne la svasatura standard a 37 gradi, ampiamente utilizzata oggi.
Dall'inizio del periodo COVID-19, la fornitura di tubi trafilati con diametri interni lisci è diminuita significativamente. I materiali disponibili tendono ad avere tempi di consegna più lunghi rispetto al passato. Questo cambiamento nelle catene di approvvigionamento può essere affrontato riprogettando le connessioni terminali. Ad esempio, una richiesta di preventivo che richiede un bruciatore a parete singola e specifica J525 è un candidato per la sostituzione di un bruciatore a doppia parete. Qualsiasi tipo di tubo idraulico può essere utilizzato con questa connessione terminale. Questo apre opportunità per l'utilizzo del J356A.
Oltre alle connessioni a cartella, sono comuni anche le tenute meccaniche con o-ring (vedere figura 5), ​​soprattutto per i sistemi ad alta pressione. Questo tipo di connessione non solo è meno a tenuta stagna rispetto a una cartella a parete singola perché utilizza guarnizioni elastomeriche, ma è anche più versatile: può essere realizzata all'estremità di qualsiasi tipo comune di tubo idraulico. Ciò offre ai produttori di tubi maggiori opportunità nella catena di fornitura e migliori risultati economici a lungo termine.
La storia industriale è ricca di esempi di prodotti tradizionali che hanno preso piede in un momento in cui è difficile per il mercato cambiare direzione. Un prodotto concorrente, anche se significativamente più economico e che soddisfa tutti i requisiti del prodotto originale, può avere difficoltà ad affermarsi sul mercato in caso di sospetti. Questo accade di solito quando un addetto agli acquisti o un ingegnere incaricato sta valutando un sostituto non tradizionale per un prodotto esistente. Pochi sono disposti a rischiare di essere scoperti.
In alcuni casi, i cambiamenti potrebbero non essere solo necessari, ma necessari. La pandemia di COVID-19 ha portato a cambiamenti inaspettati nella disponibilità di determinati tipi e dimensioni di tubi per tubazioni in acciaio per fluidi. I settori di prodotto interessati sono quelli utilizzati nei settori automobilistico, elettrico, delle attrezzature pesanti e in qualsiasi altro settore di produzione di tubi che utilizzi linee ad alta pressione, in particolare linee idrauliche.
Questa lacuna può essere colmata a un costo complessivo inferiore considerando un tipo di tubo in acciaio consolidato ma di nicchia. La scelta del prodotto giusto per un'applicazione richiede una ricerca approfondita per determinare la compatibilità dei fluidi, la pressione di esercizio, il carico meccanico e il tipo di collegamento.
Uno sguardo più attento alle specifiche mostra che il J356A può essere equivalente al J525 originale. Nonostante la pandemia, è ancora disponibile a un prezzo inferiore grazie a una catena di fornitura collaudata. Se risolvere i problemi di forma finale richiede meno lavoro rispetto alla ricerca del J525, potrebbe aiutare gli OEM a risolvere le sfide logistiche nell'era del COVID-19 e oltre.
Tube & Pipe Journal 于1990 年成为第一本致力于为金属管材行业服务的杂志. Tube & Pipe Journal del 1990 Tube & Pipe Journal è stato il primo giornale dell'industria metallurgica nel 1990. Nel 1990, Tube & Pipe Journal è diventata la prima rivista dedicata al settore dei tubi metallici.Ancora oggi rimane l'unica pubblicazione del settore in Nord America ed è diventata la fonte di informazioni più affidabile per i professionisti del settore delle tubazioni.
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