編集者注: この記事は、高圧用途向けの小径液体移送ラインの市場と製造に関する 2 部構成のシリーズの 2 番目です。最初のセクションでは、これらの用途向けの従来製品の国内での入手可能性について説明しますが、これはまれです。2 番目の部分では、この市場における 2 つの非伝統的な製品について説明します。
自動車技術者協会によって指定された 2 種類の溶接油圧パイプ (SAE-J525 および SAE-J356A) は、仕様書と同様に共通のソースを共有しています。平鋼ストリップは所定の幅に切断され、プロファイル加工によって管に成形されます。ストリップのエッジをフィン付きツールで研磨した後、パイプを高周波抵抗溶接で加熱し、圧力ロール間で鍛造して溶接部を形成します。溶接後、外径バリはホルダーで除去されます。ホルダーは通常タングステンカーバイド製です。識別フラッシュは取り外されるか、ロックツールを使用して最大設計高さに調整されます。
この溶接プロセスの説明は一般的なものであり、実際の製造では多くの小さなプロセスの違いがあります (図 1 を参照)。ただし、多くの機械的特性を共有しています。
パイプの破損と一般的な破損モードは、引張荷重と圧縮荷重に分類できます。ほとんどの材料では、引張応力は圧縮応力よりも低くなります。ただし、ほとんどの材料は引張よりも圧縮の方がはるかに強いです。コンクリートはその一例です。圧縮率は高いですが、内部に鉄筋（鉄筋）のネットワークを入れて成形しない限り、簡単に壊れてしまいます。このため、鋼は引張試験を行って極限引張強さ (UTS) を決定します。3 つの油圧ホース サイズはすべて同じ要件、310 MPa (45,000 psi) UTS です。
圧力パイプは水圧に耐える能力があるため、別個の計算と破裂テストとして知られる故障テストが必要になる場合があります。計算を使用して、壁厚、UTS、および材料の外径を考慮して、理論上の極限破裂圧力を決定できます。J525 チューブと J356A チューブは同じサイズにすることができるため、唯一の変数は UTS です。0.500 x 0.049 インチの予測破裂圧力で、50,000 psi の標準引張強度を提供します。チューブは両方の製品で同じです: 10,908 psi。
計算された予測は同じですが、実際のアプリケーションにおける違いの 1 つは、実際の壁の厚さによるものです。J356A では、仕様に記載されているように、内部バリはパイプ径に応じて最大サイズに調整可能です。バリ取りされた J525 製品の場合、バリ取りプロセスでは通常、内径が意図的に約 0.002 インチ減少し、その結果溶接部の局所的な肉厚が薄くなることがあります。肉厚はその後の冷間加工で満たされますが、残留応力と結晶粒方位が母材とは異なる可能性があり、肉厚は J356A で指定されている同等のパイプよりわずかに薄い場合があります。
パイプの最終用途に応じて、主に単層フレア端部の形状の場合、潜在的な漏れ経路を排除するために、内部のバリを除去するか平らにする必要があります。一般に、J525 は滑らかな ID を備えているため、漏れがないと考えられていますが、これは誤解です。J525 チューブは不適切な冷間加工により ID ストリークが発生し、接続部で漏れが発生する可能性があります。
内径壁から溶接ビードを切断 (または削り取り) してバリ取りを開始します。クリーニングツールは、溶接ステーションのすぐ後ろのパイプ内のローラーで支持されたマンドレルに取り付けられています。クリーニングツールが溶接ビードを除去しているときに、ローラーが誤って溶接スパッタの一部の上を転がり、パイプ ID の表面に衝突してしまいました (図 2 を参照)。これは、旋削パイプやホーニングパイプなど、軽度に加工されたパイプの場合に問題になります。
フラッシュをチューブから取り外すのは簡単ではありません。カットプロセスにより、グリッターは長く絡み合った鋭い鋼の糸に変わります。削除は必須ですが、多くの場合、削除は手動であり不完全なプロセスです。スカーフ チューブの一部がチューブ メーカーの管轄外に出され、顧客に送られることがあります。
米。1. SAE-J525 材料は大量生産されるため、多大な投資と労力が必要です。SAE-J356A を使用して製造された同様の管状製品は、インライン焼鈍管ミルで完全に機械加工されるため、より効率的です。
直径 20 mm 未満の液体ラインなどの小さなパイプの場合、これらの直径では追加の ID 仕上げステップが必要ないため、ID バリ取りは通常それほど重要ではありません。唯一の注意点は、エンドユーザーはフラッシュ制御の高さが一定であることが問題を引き起こすかどうかだけを考慮すればよいということです。
ID 火炎制御の卓越性は、正確なストリップの調整、切断、溶接から始まります。実際、J356A には冷間サイジングプロセスが含まれるため、結晶粒径、酸化物介在物、その他の製鋼パラメータに対してより多くの制限があるため、J356A の原材料特性は J525 よりも厳しくなければなりません。
最後に、ID 溶接ではクーラントが必要になることがよくあります。ほとんどのシステムは Windrow ツールと同じ冷却剤を使用しますが、これにより問題が発生する可能性があります。ろ過および脱脂されているにもかかわらず、工場冷却剤には多くの場合、大量の金属粒子、さまざまな油やオイル、その他の汚染物質が含まれています。したがって、J525 チューブには高温苛性洗浄サイクルまたはその他の同等の洗浄ステップが必要です。
コンデンサー、自動車システム、その他同様のシステムでは配管の洗浄が必要ですが、適切な洗浄は工場で行うことができます。J356A は、きれいなボア、管理された水分含有量、最小限の残留物を備えた状態で工場から出荷されます。最後に、出荷前に各チューブに不活性ガスを充填して腐食を防ぎ、端をシールするのが一般的です。
J525パイプは溶接後に焼きならしを行い、その後冷間加工（引抜き加工）されます。冷間加工後、パイプはすべての機械的要件を満たすために再び正規化されます。
正規化、伸線、および 2 番目の正規化のステップでは、パイプを炉に輸送し、伸線ステーションに輸送し、炉に戻す必要があります。操作の詳細に応じて、これらのステップには、ポインティング (ペイント前)、エッチング、直線化などの別のサブステップが必要です。これらの手順には費用がかかり、多大な時間、労力、金銭的リソースが必要です。冷間引き抜きパイプは、製造時に 20% の廃棄率を伴います。
J356Aパイプは溶接後、圧延機で焼きならしを行っています。パイプは地面に触れず、圧延機内で最初の成形ステップから完成したパイプまで一連の連続したステップで移動します。J356A などの溶接パイプは、生産時に 10% の無駄が発生します。他の条件がすべて同じであれば、これは、J356A ランプの方が J525 ランプよりも製造コストが安いことを意味します。
これら 2 つの製品の特性は似ていますが、冶金学的観点からは同じではありません。
冷間引き抜き J525 パイプには、溶接後と引き抜き後の 2 つの予備正規化処理が必要です。正規化温度 (1650°F または 900°C) では表面酸化物が形成されますが、これは通常、アニーリング後に鉱酸 (通常は硫酸または塩酸) で除去されます。酸洗いは、大気への排出や金属を多く含む廃棄物の流れの点で、環境に大きな影響を与えます。
さらに、ローラーハース炉の還元雰囲気の温度が正常化すると、鋼の表面の炭素が消費されます。このプロセスである脱炭により、元の材料よりもはるかに弱い表面層が残ります (図 3 を参照)。これは、薄肉パイプの場合に特に重要です。壁厚が 0.030 インチの場合、たとえ 0.003 インチの小さな脱炭層であっても、有効壁は 10% 減少します。このように弱くなったパイプは、応力や振動によって破損する可能性があります。
図 2. ID クリーニング ツール (図示せず) は、パイプの ID に沿って移動するローラーによってサポートされています。優れたローラー設計により、パイプ壁に転がり込む溶接スパッタの量が減少します。ニールセンツール
J356 パイプはバッチで処理され、ローラーハース炉での焼鈍が必要ですが、これに限定されません。バリエーションである J356A は、ローラーハース炉よりもはるかに高速な加熱プロセスである内蔵誘導を使用した圧延機で完全に機械加工されます。これにより、焼きなまし時間が短縮され、脱炭の機会が数分 (または数時間) から数秒に狭まります。これにより、J356A は酸化や脱炭のない均一な焼鈍が可能になります。
油圧ラインに使用されるチューブは、曲げ、拡張、形成できる程度の柔軟性が必要です。作動油を地点 A から地点 B に運ぶには、途中でさまざまな曲がりや曲がりを通過するために曲がりが必要であり、フレアリングは端部接続方法を提供するための鍵となります。
鶏が先か卵が先かという状況では、煙突は単層バーナー接続用に設計されています (したがって滑らかな内径を持っています)、またはその逆が発生した可能性があります。この場合、チューブの内面はピンコネクタのソケットにぴったりとフィットします。金属同士をしっかりと接続するには、パイプの表面をできるだけ滑らかにする必要があります。このアクセサリは、1920 年代に誕生したばかりのアメリカ空軍航空部門のために登場しました。このアクセサリは後に、現在広く使用されている標準の 37 度フレアになりました。
新型コロナウイルス感染症の影響により、内径が滑らかな引抜管の供給が大幅に減少しました。入手可能な材料は以前よりも納期が長くなる傾向にあります。サプライチェーンにおけるこの変化は、エンドコネクションを再設計することで対処できます。たとえば、単壁バーナーを必要とし、J525 を指定する RFQ は、二重壁バーナーの交換候補となります。この端部接続では、あらゆるタイプの油圧パイプを使用できます。これにより、J356A を使用する機会が広がります。
フレア接続に加えて、特に高圧システムでは O リングメカニカルシールも一般的です (図 5 を参照)。このタイプの接続は、エラストマーシールを使用しているため、単壁フレアよりも気密性が低いだけでなく、汎用性が高く、一般的なタイプの油圧パイプの端に形成できます。これにより、パイプメーカーはサプライチェーンの機会を拡大し、長期的な経済パフォーマンスを向上させることができます。
産業の歴史には、市場の方向転換が難しい時代に伝統的な製品が根付いた例がたくさんあります。競合製品は、たとえそれが大幅に安価で、元の製品の要件をすべて満たしているものであっても、疑惑が生じた場合、市場で足場を築くことが困難になる可能性があります。これは通常、購入代理店または担当エンジニアが既存製品の従来とは異なる代替品を検討しているときに発生します。発見される危険を冒す人はほとんどいません。
場合によっては、変更が必要なだけでなく、必要な場合もあります。新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックにより、鋼製流体配管用の特定のパイプの種類とサイズの入手可能性に予期せぬ変化が生じました。影響を受ける製品分野は、自動車、電気、重機、および高圧ライン、特に油圧ラインを使用するその他のパイプ製造業界で使用される製品です。
このギャップは、確立されているがニッチなタイプの鋼管を検討することで、より低い全体コストで埋めることができます。用途に適した製品を選択するには、流体の適合性、動作圧力、機械的負荷、接続タイプを決定するための調査が必要です。
仕様を詳しく見ると、J356A は実際の J525 と同等であることがわかります。パンデミックにもかかわらず、実績のあるサプライチェーンを通じて依然として低価格で入手可能です。最終形状の問題を解決することが、J525 を見つけるよりも労力がかからないのであれば、OEM が新型コロナウイルス感染症時代以降の物流上の課題を解決するのに役立つ可能性があります。
1990 年の Tube & Pipe Journal は、金属管の輸送に使用される最初の雑誌です。 チューブ＆パイプ ジャーナル 1990 年 Tube & Pipe Journal が 1990 年に出版されました。 Tube & Pipe Journal は 1990 年に金属パイプ業界に特化した最初の雑誌になりました。現在でも、これは北米で唯一の業界出版物であり、パイプ業界の専門家にとって最も信頼できる情報源となっています。
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