Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel ist der zweite Teil einer zweiteiligen Serie über den Markt und die Herstellung von Flüssigkeitsleitungen mit kleinem Durchmesser für Hochdruckanwendungen. Der erste Teil behandelt die Verfügbarkeit konventioneller Produkte für diese Anwendungen im Inland, die jedoch selten sind. Der zweite Teil stellt zwei unkonventionelle Produkte für diesen Markt vor.
Die beiden von der Society of Automotive Engineers (SAE) spezifizierten Typen geschweißter Hydraulikrohre – SAE-J525 und SAE-J356A – haben denselben Ursprung, ebenso wie ihre schriftlichen Spezifikationen. Flache Stahlbänder werden auf die gewünschte Breite zugeschnitten und durch Profilieren zu Rohren geformt. Nach dem Polieren der Bandkanten mit einem Rippenwerkzeug wird das Rohr durch Hochfrequenz-Widerstandsschweißen erhitzt und zwischen Druckwalzen geschmiedet. Nach dem Schweißen wird der Grat am Außendurchmesser mit einem Halter, üblicherweise aus Wolframkarbid, entfernt. Der Identifikationsgrat wird mit dem Arretierwerkzeug entfernt oder auf die maximale Auslegungshöhe eingestellt.
Die Beschreibung dieses Schweißverfahrens ist allgemein gehalten, und in der tatsächlichen Produktion gibt es viele kleine Verfahrensunterschiede (siehe Abbildung 1). Dennoch weisen die Produkte viele gemeinsame mechanische Eigenschaften auf.
Rohrbrüche und ihre häufigsten Versagensarten lassen sich in Zug- und Druckbelastungen unterteilen. Bei den meisten Werkstoffen ist die Zugspannung geringer als die Druckspannung. Allerdings sind die meisten Werkstoffe unter Druck deutlich fester als unter Zug. Beton ist ein Beispiel dafür. Er ist zwar stark kompressibel, bricht aber leicht, wenn er nicht mit einem inneren Bewehrungsnetz versehen ist. Aus diesem Grund wird Stahl einer Zugprüfung unterzogen, um seine Zugfestigkeit zu bestimmen. Alle drei Hydraulikschlauchgrößen haben die gleichen Anforderungen: 310 MPa (45.000 psi) Zugfestigkeit.
Da Druckrohre hydraulischem Druck standhalten, kann eine separate Berechnung und ein Versagenstest, der sogenannte Bersttest, erforderlich sein. Mithilfe von Berechnungen lässt sich der theoretische maximale Berstdruck unter Berücksichtigung der Wandstärke, der Zugfestigkeit (UTS) und des Außendurchmessers des Materials ermitteln. Da J525- und J356A-Rohre die gleichen Abmessungen aufweisen können, ist die Zugfestigkeit (UTS) die einzige Variable. Sie bietet eine typische Zugfestigkeit von 50.000 psi mit einem prognostizierten Berstdruck von 0,500 x 0,049 Zoll. Die Rohre sind für beide Produkte identisch: 10.908 psi.
Obwohl die berechneten Werte übereinstimmen, ergibt sich in der Praxis ein Unterschied aufgrund der tatsächlichen Wandstärke. Bei J356A ist der Innengrat je nach Rohrdurchmesser bis zu einer in der Spezifikation beschriebenen Maximalgröße einstellbar. Bei entgrateten J525-Produkten wird der Innendurchmesser durch den Entgratungsprozess typischerweise um ca. 0,05 mm reduziert, was zu einer lokalen Wanddickenreduzierung in der Schweißzone führt. Obwohl die Wandstärke durch nachfolgende Kaltverformung ausgeglichen wird, können die Eigenspannungen und die Faserorientierung vom Grundwerkstoff abweichen, und die Wandstärke kann geringfügig geringer sein als bei vergleichbaren Rohren nach J356A.
Je nach Verwendungszweck des Rohrs müssen innere Grate entfernt oder abgeflacht werden, um potenzielle Leckstellen zu beseitigen, insbesondere bei einwandigen Bördelenden. Obwohl J525-Rohre gemeinhin als dicht und daher als glatt gelten, ist dies ein Irrtum. Durch unsachgemäße Kaltverformung können J525-Rohre innenliegende Schlieren entwickeln, die zu Leckagen an den Verbindungen führen.
Beginnen Sie mit dem Entgraten, indem Sie die Schweißnaht von der Innenwand des Rohrs abschneiden (oder abkratzen). Das Reinigungswerkzeug ist an einem Dorn befestigt, der von Rollen im Inneren des Rohrs, direkt hinter der Schweißstation, getragen wird. Während das Reinigungswerkzeug die Schweißnaht entfernte, rollten die Rollen unbeabsichtigt über einen Teil des Schweißspritzers, wodurch dieser auf die Innenwand des Rohrs gelangte (siehe Abbildung 2). Dies stellt ein Problem für leicht bearbeitete Rohre wie gedrehte oder gehonte Rohre dar.
Das Entfernen des Grates vom Rohr ist nicht einfach. Beim Schneidevorgang verwandelt sich der Grat in eine lange, verwickelte Kette aus scharfkantigem Stahl. Obwohl die Entfernung notwendig ist, ist sie oft ein manueller und unvollkommener Prozess. Manchmal verlassen Abschnitte von geschliffenen Rohren das Werksgelände des Herstellers und werden an Kunden versandt.
Reis. 1. SAE-J525-Material wird in Massenproduktion hergestellt, was erhebliche Investitionen und Arbeitsaufwand erfordert. Vergleichbare Rohrprodukte aus SAE-J356A werden vollständig in Inline-Glühwalzwerken bearbeitet, was effizienter ist.
Bei kleineren Rohren, wie z. B. Flüssigkeitsleitungen mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm, ist das Entgraten der Innenwand in der Regel weniger wichtig, da diese Durchmesser keinen zusätzlichen Bearbeitungsschritt erfordern. Der Anwender muss lediglich prüfen, ob eine gleichmäßige Gratbildung ein Problem darstellt.
Exzellente Flammenführung beim Innenbrandverfahren beginnt mit präziser Bandaufbereitung, präzisem Schneiden und Schweißen. Tatsächlich müssen die Rohmaterialeigenschaften von J356A strengeren Anforderungen genügen als die von J525, da J356A aufgrund des Kaltkalibrierungsverfahrens strengere Vorgaben hinsichtlich Korngröße, Oxideinschlüssen und anderen Stahlherstellungsparametern aufweist.
Schließlich benötigt das Innenschweißen häufig Kühlmittel. Die meisten Systeme verwenden dasselbe Kühlmittel wie das Schweißgerät, was jedoch Probleme verursachen kann. Trotz Filterung und Entfettung enthalten Walzwerkkühlmittel oft erhebliche Mengen an Metallpartikeln, verschiedenen Ölen und anderen Verunreinigungen. Daher muss das J525-Rohr einem Heißlaugen-Waschgang oder einem gleichwertigen Reinigungsschritt unterzogen werden.
Kondensatoren, Fahrzeugsysteme und ähnliche Anlagen erfordern eine Rohrleitungsreinigung, die direkt im Werk durchgeführt werden kann. Das Rohr J356A verlässt das Werk mit sauberer Innenwand, kontrolliertem Feuchtigkeitsgehalt und minimalen Rückständen. Abschließend ist es üblich, jedes Rohr vor dem Versand mit einem Inertgas zu füllen, um Korrosion zu verhindern und die Enden abzudichten.
J525-Rohre werden nach dem Schweißen normalisiert und anschließend kaltverformt (gezogen). Nach der Kaltverformung wird das Rohr erneut normalisiert, um alle mechanischen Anforderungen zu erfüllen.
Die Normalisierungs-, Drahtzieh- und zweite Normalisierungsschritte erfordern den Transport des Rohrs zum Ofen, zur Ziehstation und zurück zum Ofen. Je nach den spezifischen Anforderungen des Verfahrens sind weitere separate Teilschritte wie das Verfugen (vor dem Lackieren), Ätzen und Richten notwendig. Diese Schritte sind kostenintensiv und erfordern einen erheblichen Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand. Bei der Herstellung kaltgezogener Rohre liegt die Ausschussquote bei 20 %.
J356A-Rohre werden nach dem Schweißen im Walzwerk normalisiert. Dabei berührt das Rohr nicht den Boden und durchläuft im Walzwerk eine kontinuierliche Abfolge von Formgebungsschritten bis zum fertigen Rohr. Bei der Herstellung geschweißter Rohre wie J356A beträgt der Ausschuss 10 %. Unter sonst gleichen Bedingungen sind J356A-Lampen daher günstiger in der Herstellung als J525-Lampen.
Obwohl die Eigenschaften dieser beiden Produkte ähnlich sind, sind sie aus metallurgischer Sicht nicht gleich.
Kaltgezogene Rohre aus J525 erfordern zwei Vorbehandlungen: eine nach dem Schweißen und eine nach dem Ziehen. Die Normalisierungstemperaturen (900 °C) führen zur Bildung von Oberflächenoxiden, die üblicherweise nach dem Glühen mit Mineralsäure (meist Schwefel- oder Salzsäure) entfernt werden. Das Beizen hat erhebliche Umweltauswirkungen hinsichtlich Luftemissionen und metallhaltiger Abfallströme.
Darüber hinaus führt die Temperaturnormalisierung in der reduzierenden Atmosphäre des Rollenherdofens zum Verbrauch von Kohlenstoff an der Stahloberfläche. Dieser Prozess, die Entkohlung, hinterlässt eine Oberflächenschicht, die deutlich schwächer ist als das Ausgangsmaterial (siehe Abbildung 3). Dies ist besonders wichtig für dünnwandige Rohre. Bei einer Wandstärke von 0,76 mm (0,030″) reduziert selbst eine geringe Entkohlungsschicht von 0,076 mm (0,003″) die effektive Wandstärke um 10 %. Solche geschwächten Rohre können durch Belastung oder Vibrationen versagen.
Abbildung 2. Ein Innenreinigungswerkzeug (nicht abgebildet) wird von Rollen getragen, die sich entlang des Rohrinnenraums bewegen. Eine gute Rollenkonstruktion reduziert die Menge an Schweißspritzern, die in die Rohrwand gelangen. Nielsen-Werkzeuge
J356-Rohre werden chargenweise verarbeitet und müssen in einem Rollenherdofen geglüht werden. Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit. Die Variante J356A wird vollständig in einem Walzwerk mit integrierter Induktion bearbeitet. Dieses Heizverfahren ist deutlich schneller als ein Rollenherdofen. Dadurch verkürzt sich die Glühzeit erheblich, wodurch das Zeitfenster für die Entkohlung von Minuten (oder sogar Stunden) auf Sekunden reduziert wird. Dies gewährleistet bei J356A ein gleichmäßiges Glühen ohne Oxidbildung oder Entkohlung.
Die für Hydraulikleitungen verwendeten Schläuche müssen flexibel genug sein, um gebogen, gedehnt und geformt werden zu können. Biegungen sind notwendig, um die Hydraulikflüssigkeit von Punkt A nach Punkt B zu transportieren, wobei sie verschiedene Krümmungen und Kurven durchläuft. Das Bördeln ist die wichtigste Methode, um eine Endverbindung herzustellen.
In einer Art Henne-Ei-Problem wurden Schornsteine ​​entweder für einwandige Brenneranschlüsse (mit glattem Innendurchmesser) oder umgekehrt konstruiert. In diesem Fall liegt die Innenfläche des Rohrs passgenau im Anschlussstück des Stiftverbinders. Um eine dichte Metall-auf-Metall-Verbindung zu gewährleisten, muss die Rohroberfläche so glatt wie möglich sein. Dieses Zubehörteil wurde in den 1920er Jahren für die junge US Air Force Air Division entwickelt. Später entwickelte es sich zum heute weit verbreiteten Standard-37°-Bördelanschluss.
Seit Beginn der COVID-19-Pandemie hat sich das Angebot an gezogenen Rohren mit glattem Innendurchmesser deutlich verringert. Verfügbare Materialien weisen tendenziell längere Lieferzeiten auf als früher. Dieser Veränderung in den Lieferketten kann durch eine Neugestaltung der Endverbindungen begegnet werden. Beispielsweise eignet sich eine Angebotsanfrage, die einen einwandigen Brenner mit der Spezifikation J525 vorsieht, für den Ersatz eines doppelwandigen Brenners. Mit dieser Endverbindung kann jede Art von Hydraulikrohr verwendet werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für den Einsatz von J356A.
Neben Bördelverbindungen sind auch O-Ring-Gleitringdichtungen weit verbreitet (siehe Abbildung 5), insbesondere bei Hochdrucksystemen. Diese Verbindungsart ist zwar aufgrund der Verwendung von Elastomerdichtungen weniger dicht als eine einwandige Bördelverbindung, aber auch vielseitiger – sie kann am Ende jeder gängigen Hydraulikleitung angebracht werden. Dies eröffnet Rohrherstellern bessere Möglichkeiten in der Lieferkette und eine höhere langfristige Wirtschaftlichkeit.
Die Industriegeschichte ist voll von Beispielen, in denen sich traditionelle Produkte in Zeiten etablierten, in denen Marktveränderungen schwierig waren. Ein Konkurrenzprodukt – selbst eines, das deutlich günstiger ist und alle Anforderungen des Originalprodukts erfüllt – kann es schwer haben, sich auf dem Markt zu behaupten, wenn Misstrauen aufkommt. Dies geschieht meist, wenn ein Einkäufer oder ein beauftragter Ingenieur einen unkonventionellen Ersatz für ein bestehendes Produkt in Betracht zieht. Nur wenige sind bereit, das Risiko einzugehen, entdeckt zu werden.
In manchen Fällen sind Änderungen nicht nur notwendig, sondern unerlässlich. Die COVID-19-Pandemie hat zu unerwarteten Veränderungen in der Verfügbarkeit bestimmter Rohrtypen und -größen für Stahlleitungen geführt. Betroffen sind Produktbereiche, die in der Automobil-, Elektro- und Schwermaschinenindustrie sowie in allen anderen Branchen der Rohrherstellung eingesetzt werden, die Hochdruckleitungen, insbesondere Hydraulikleitungen, verwenden.
Diese Lücke lässt sich kostengünstiger schließen, indem man einen etablierten, aber speziellen Stahlrohrtyp in Betracht zieht. Die Auswahl des richtigen Produkts für eine Anwendung erfordert Recherchen zur Fluidverträglichkeit, zum Betriebsdruck, zur mechanischen Belastung und zum Verbindungstyp.
Ein genauerer Blick auf die Spezifikationen zeigt, dass der J356A dem echten J525 entsprechen kann. Trotz der Pandemie ist er über eine bewährte Lieferkette weiterhin zu einem günstigeren Preis erhältlich. Sollte die Lösung von Problemen mit der Endform weniger aufwendig sein als die Beschaffung von J525-Bauteilen, könnte dies OEMs helfen, logistische Herausforderungen während und nach der COVID-19-Pandemie zu bewältigen.
Tube & Pipe Journal seit 1990. Tube & Pipe Journal 1990 Tube & Pipe Journal wurde im Jahr 1990 vor Kurzem gegründet und ist seit 1990 in der Metallindustrie tätig. Tube & Pipe Journal wurde 1990 als erstes Magazin speziell für die Metallrohrindustrie herausgegeben.Auch heute noch ist sie die einzige Branchenpublikation in Nordamerika und hat sich zur vertrauenswürdigsten Informationsquelle für Fachleute der Rohrleitungsindustrie entwickelt.
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