Примечание редактора: Эта статья является второй в серии из двух частей о рынке и производстве линий передачи жидкости малого диаметра для приложений высокого давления. В первой части обсуждается доступность на внутреннем рынке традиционных продуктов для этих приложений, которые редки. Во второй части обсуждаются два нетрадиционных продукта на этом рынке.
Два типа сварных гидравлических труб, обозначенных Обществом инженеров-автомобилестроителей – SAE-J525 и SAE-J356A – имеют общий источник, как и их письменные спецификации. Плоские стальные полосы разрезаются по ширине и формуются в трубы путем профилирования. После того, как края полосы полируются ребристым инструментом, труба нагревается высокочастотной контактной сваркой и проковывается между прижимными роликами для формирования сварного шва. После сварки заусенец внешнего диаметра удаляется держателем, который обычно изготавливается из карбида вольфрама. Идентификационный облой удаляется или регулируется до максимальной проектной высоты с помощью фиксирующего инструмента.
Описание этого процесса сварки является общим, и существует множество небольших различий в процессе в реальном производстве (см. Рисунок 1). Однако они имеют много общих механических свойств.
Разрушения труб и общие режимы разрушения можно разделить на растягивающие и сжимающие нагрузки. В большинстве материалов растягивающее напряжение ниже, чем сжимающее напряжение. Однако большинство материалов намного прочнее при сжатии, чем при растяжении. Примером является бетон. Он очень сжимаем, но если он не отформован с внутренней сетью арматурных стержней (арматуры), его легко сломать. По этой причине сталь испытывают на растяжение, чтобы определить ее предел прочности на растяжение (UTS). Все три размера гидравлических шлангов имеют одинаковые требования: 310 МПа (45 000 фунтов на кв. дюйм) UTS.
Из-за способности напорных труб выдерживать гидравлическое давление может потребоваться отдельный расчет и испытание на отказ, известное как испытание на разрыв. Расчеты могут использоваться для определения теоретического предельного давления разрыва с учетом толщины стенки, UTS и наружного диаметра материала. Поскольку трубки J525 и J356A могут быть одинакового размера, единственной переменной является UTS. Обеспечивает типичную прочность на разрыв 50 000 фунтов на квадратный дюйм с прогнозируемым давлением разрыва 0,500 x 0,049 дюйма. Трубки одинаковы для обоих продуктов: 10 908 фунтов на квадратный дюйм.
Хотя расчетные прогнозы одинаковы, одно различие в практическом применении связано с фактической толщиной стенки. На J356A внутренний заусенец регулируется до максимального размера в зависимости от диаметра трубы, как описано в спецификации. Для очищенных от заусенцев изделий J525 процесс удаления заусенцев обычно намеренно уменьшает внутренний диаметр примерно на 0,002 дюйма, что приводит к локальному утончению стенки в зоне сварки. Хотя толщина стенки заполняется последующей холодной обработкой, остаточное напряжение и ориентация зерен могут отличаться от основного металла, а толщина стенки может быть немного тоньше, чем у сопоставимой трубы, указанной в J356A.
В зависимости от конечного использования трубы внутренние заусенцы должны быть удалены или сглажены (или сглажены) для устранения потенциальных путей утечки, в основном это касается одностенных раструбных форм. Хотя обычно считается, что J525 имеет гладкий внутренний диаметр и, следовательно, не протекает, это заблуждение. Трубы J525 могут образовывать полосы на внутреннем диаметре из-за неправильной холодной обработки, что приводит к утечкам в соединении.
Начните удаление заусенцев, срезав (или соскоблив) сварной шов с внутренней стенки диаметра. Инструмент для очистки прикреплен к оправке, поддерживаемой роликами внутри трубы, сразу за сварочной станцией. Пока инструмент для очистки удалял сварной шов, ролики непреднамеренно прокатились по некоторым брызгам сварки, в результате чего они попали на поверхность внутреннего диаметра трубы (см. Рисунок 2). Это проблема для труб с легкой механической обработкой, таких как точеные или хонингованные трубы.
Извлечь вспышку из трубки непросто. Процесс резки превращает блестки в длинную, запутанную нить острой стали. Хотя удаление является обязательным, удаление часто является ручным и несовершенным процессом. Части шарфовых трубок иногда покидают территорию производителя трубок и отправляются клиентам.
Рис. 1. Материал SAE-J525 производится массово, что требует значительных инвестиций и труда. Аналогичные трубчатые изделия, изготовленные с использованием SAE-J356A, полностью обрабатываются на поточных трубных станах отжига, поэтому они более эффективны.
Для труб меньшего размера, таких как жидкостные линии диаметром менее 20 мм, удаление заусенцев с внутреннего диаметра обычно не так важно, поскольку эти диаметры не требуют дополнительного этапа отделки внутреннего диаметра. Единственное предостережение заключается в том, что конечному пользователю нужно только учесть, не создаст ли проблема постоянная высота контроля вспышки.
Совершенство контроля пламени ID начинается с точной подготовки полосы, резки и сварки. Фактически, свойства сырья J356A должны быть более строгими, чем J525, поскольку J356A имеет больше ограничений по размеру зерна, оксидным включениям и другим параметрам производства стали из-за задействованного процесса холодной калибровки.
Наконец, сварка ID часто требует охлаждающей жидкости. Большинство систем используют ту же охлаждающую жидкость, что и инструмент для валков, но это может создавать проблемы. Несмотря на фильтрацию и обезжиривание, охлаждающие жидкости для мельниц часто содержат значительное количество металлических частиц, различных масел и масел и других загрязняющих веществ. Поэтому трубка J525 требует цикла промывки горячей щелочью или другого эквивалентного этапа очистки.
Конденсаторы, автомобильные системы и другие подобные системы требуют очистки трубопроводов, и соответствующую очистку можно выполнить на заводе. J356A покидает завод с чистым каналом, контролируемым содержанием влаги и минимальным остатком. Наконец, общепринятой практикой является заполнение каждой трубки инертным газом для предотвращения коррозии и герметизация концов перед отправкой.
Трубы J525 нормализуются после сварки, а затем подвергаются холодной обработке (волочению). После холодной обработки труба снова нормализуется для соответствия всем механическим требованиям.
Этапы нормализации, волочения проволоки и второй нормализации требуют транспортировки трубы в печь, на станцию ​​волочения и обратно в печь. В зависимости от специфики операции эти этапы требуют других отдельных подэтапов, таких как заострение (перед покраской), травление и правка. Эти этапы являются дорогостоящими и требуют значительных временных, трудовых и денежных ресурсов. Холоднотянутые трубы связаны с 20%-ным уровнем отходов в производстве.
Труба J356A нормализуется на прокатном стане после сварки. Труба не касается земли и проходит путь от начальных этапов формовки до готовой трубы в непрерывной последовательности этапов прокатного стана. Сварные трубы, такие как J356A, имеют 10% отходов в производстве. При прочих равных условиях это означает, что лампы J356A дешевле в производстве, чем лампы J525.
Хотя свойства этих двух продуктов схожи, с металлургической точки зрения они не одинаковы.
Холоднотянутые трубы J525 требуют двух предварительных нормализационных обработок: после сварки и после волочения. Температуры нормализации (1650°F или 900°C) приводят к образованию поверхностных оксидов, которые обычно удаляются минеральной кислотой (обычно серной или соляной) после отжига. Травление оказывает большое воздействие на окружающую среду с точки зрения выбросов в атмосферу и потоков отходов, богатых металлами.
Кроме того, нормализация температуры в восстановительной атмосфере печи с роликовым подом приводит к расходу углерода на поверхности стали. Этот процесс, обезуглероживание, оставляет поверхностный слой, который намного слабее исходного материала (см. Рисунок 3). Это особенно важно для тонкостенных труб. При толщине стенки 0,030″ даже небольшой обезуглероживающий слой 0,003″ уменьшит эффективную стенку на 10%. Такие ослабленные трубы могут выйти из строя из-за напряжения или вибрации.
Рисунок 2. Инструмент для очистки внутреннего диаметра (не показан) поддерживается роликами, которые движутся вдоль внутреннего диаметра трубы. Хорошая конструкция роликов уменьшает количество сварочных брызг, которые катятся по стенке трубы. Инструменты Nielsen
Трубы J356 обрабатываются партиями и требуют отжига в печи с роликовым подом, но этим не ограничиваются. Вариант J356A полностью обрабатывается в прокатном стане с использованием встроенной индукции, процесс нагревания которого намного быстрее, чем в печи с роликовым подом. Это сокращает время отжига, тем самым сужая окно возможностей для обезуглероживания с минут (или даже часов) до секунд. Это обеспечивает J356A равномерный отжиг без оксида или обезуглероживания.
Трубки, используемые для гидравлических линий, должны быть достаточно гибкими, чтобы их можно было сгибать, расширять и формировать. Изгибы необходимы для того, чтобы гидравлическая жидкость проходила из точки А в точку В, проходя по пути через различные изгибы и повороты, а развальцовка является ключом к обеспечению метода конечного соединения.
В ситуации «курица или яйцо» дымоходы проектировались для одностенных соединений горелок (таким образом, имея гладкий внутренний диаметр), или могло произойти обратное. В этом случае внутренняя поверхность трубы плотно прилегала к гнезду штыревого соединителя. Чтобы обеспечить плотное соединение металл-металл, поверхность трубы должна быть максимально гладкой. Эта принадлежность появилась в 1920-х годах для зарождающегося Воздушного подразделения ВВС США. Позднее эта принадлежность стала стандартным 37-градусным раструбом, который широко используется сегодня.
С начала периода COVID-19 поставки тянутых труб с гладкими внутренними диаметрами значительно сократились. Имеющиеся материалы, как правило, имеют более длительные сроки поставки, чем в прошлом. Это изменение в цепочках поставок можно устранить путем перепроектирования концевых соединений. Например, запрос предложений, требующий одностенную горелку и указывающий, что J525 является кандидатом на замену двухстенной горелки. С этим концевым соединением можно использовать любой тип гидравлической трубы. Это открывает возможности для использования J356A.
Помимо соединений с раструбом, распространены также механические уплотнения с уплотнительным кольцом (см. рисунок 5), особенно для систем высокого давления. Этот тип соединения не только менее герметичен, чем одностенный раструб, поскольку в нем используются эластомерные уплотнения, но и более универсален — его можно сформировать на конце любого распространенного типа гидравлической трубы. Это дает производителям труб больше возможностей для цепочки поставок и лучшие долгосрочные экономические показатели.
История промышленности полна примеров традиционных продуктов, укореняющихся в то время, когда рынку трудно изменить направление. Конкурирующий продукт — даже тот, который значительно дешевле и соответствует всем требованиям оригинального продукта — может быть трудно закрепиться на рынке, если возникают подозрения. Обычно это происходит, когда агент по закупкам или назначенный инженер рассматривает нетрадиционную замену существующего продукта. Мало кто готов рисковать быть обнаруженным.
В некоторых случаях изменения могут быть не просто необходимыми, а необходимыми. Пандемия COVID-19 привела к неожиданным изменениям в доступности определенных типов и размеров труб для стальных трубопроводов для жидкостей. Затронутые области продукции — это те, которые используются в автомобильной, электротехнической, тяжелой промышленности и любых других отраслях по производству труб, где используются линии высокого давления, особенно гидравлические линии.
Этот пробел можно заполнить с меньшими общими затратами, рассмотрев устоявшийся, но нишевый тип стальной трубы. Выбор правильного продукта для применения требует некоторых исследований для определения совместимости жидкости, рабочего давления, механической нагрузки и типа соединения.
Более пристальный взгляд на характеристики показывает, что J356A может быть эквивалентен настоящему J525. Несмотря на пандемию, он по-прежнему доступен по более низкой цене через проверенную цепочку поставок. Если решение проблем с окончательной формой менее трудоемко, чем поиск J525, это может помочь OEM-производителям решать логистические проблемы в эпоху COVID-19 и далее.
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。 Журнал «Tube & Pipe» 1990 г. Tube & Pipe Journal стал первым журналом, посвященным индустрии металлических труб в 1990 году. Tube & Pipe Journal стал первым журналом, посвященным отрасли металлических труб, в 1990 году.На сегодняшний день это единственное отраслевое издание в Северной Америке, ставшее самым надежным источником информации для профессионалов трубной промышленности.
Теперь с полным доступом к цифровому изданию The FABRICATOR вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный цифровой доступ к журналу STAMPING, в котором представлены новейшие технологии, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь, имея полный цифровой доступ к The Fabricator на испанском языке, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.