Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel ist der zweite Teil einer zweiteiligen Serie über den Markt und die Herstellung von Flüssigkeitstransferleitungen mit kleinem Durchmesser für Hochdruckanwendungen. Der erste Abschnitt befasst sich mit der inländischen Verfügbarkeit konventioneller Produkte für diese Anwendungen, die selten sind. Der zweite Teil befasst sich mit zwei nicht-traditionellen Produkten in diesem Markt.
Die beiden von der Society of Automotive Engineers (SEC) festgelegten Typen geschweißter Hydraulikrohre – SAE-J525 und SAE-J356A – haben eine gemeinsame Quelle und ihre schriftlichen Spezifikationen. Flache Stahlbänder werden auf Breite zugeschnitten und durch Profilieren zu Rohren geformt. Nachdem die Kanten des Bandes mit einem gerippten Werkzeug poliert wurden, wird das Rohr durch Hochfrequenz-Widerstandsschweißen erhitzt und zwischen Druckwalzen geschmiedet, um eine Schweißnaht zu bilden. Nach dem Schweißen wird der Außengrat mit einem Halter, üblicherweise aus Wolframkarbid, entfernt. Der Kennzeichnungsgrat wird mit dem Verriegelungswerkzeug entfernt oder auf die maximale Konstruktionshöhe eingestellt.
Die Beschreibung dieses Schweißverfahrens ist allgemein gehalten. In der tatsächlichen Produktion gibt es viele kleine Unterschiede (siehe Abbildung 1). Viele mechanische Eigenschaften sind jedoch identisch.
Rohrbrüche und häufige Ausfallarten lassen sich in Zug- und Druckbelastungen unterteilen. Bei den meisten Materialien ist die Zugspannung geringer als die Druckspannung. Die meisten Materialien sind jedoch unter Druck deutlich fester als unter Zug. Beton ist ein Beispiel dafür. Er ist zwar stark komprimierbar, bricht aber leicht, wenn er nicht mit einem inneren Netzwerk aus Bewehrungsstäben versehen ist. Aus diesem Grund wird Stahl einer Zugfestigkeitsprüfung unterzogen, um seine Zugfestigkeit zu bestimmen. Für alle drei Hydraulikschlauchgrößen gelten die gleichen Anforderungen: 310 MPa (45.000 psi) Zugfestigkeit.
Aufgrund der Widerstandsfähigkeit von Druckrohren gegenüber hydraulischem Druck kann eine separate Berechnung und ein Bersttest erforderlich sein. Mithilfe von Berechnungen lässt sich der theoretische maximale Berstdruck unter Berücksichtigung von Wandstärke, Bruchlast und Außendurchmesser des Materials bestimmen. Da J525-Rohre und J356A-Rohre die gleiche Größe haben können, ist die Bruchlast die einzige Variable. Bietet eine typische Zugfestigkeit von 50.000 psi bei einem prognostizierten Berstdruck von 0,500 x 0,049 Zoll. Der Rohrdurchmesser ist für beide Produkte gleich: 10.908 psi.
Obwohl die berechneten Vorhersagen identisch sind, ergibt sich ein Unterschied in der praktischen Anwendung aus der tatsächlichen Wandstärke. Beim J356A ist der Innengrat je nach Rohrdurchmesser gemäß Spezifikation auf eine maximale Größe einstellbar. Bei entgrateten J525-Produkten wird der Innendurchmesser typischerweise absichtlich um ca. 0,002 Zoll reduziert, was zu einer lokalen Wandverdünnung im Schweißbereich führt. Obwohl die Wandstärke durch anschließende Kaltbearbeitung ausgeglichen wird, können Eigenspannung und Kornorientierung vom Grundwerkstoff abweichen, sodass die Wandstärke etwas geringer ausfallen kann als bei vergleichbaren Rohren nach J356A.
Je nach Verwendungszweck des Rohrs muss der innere Grat entfernt oder abgeflacht werden, um potenzielle Leckstellen, vor allem einwandige, aufgeweitete Endformen, zu beseitigen. Obwohl allgemein angenommen wird, dass J525 einen glatten Innendurchmesser hat und daher nicht leckt, ist dies ein Irrtum. J525-Rohre können durch unsachgemäße Kaltbearbeitung Innenstreifen bilden, die zu Undichtigkeiten an der Verbindung führen.
Beginnen Sie mit dem Entgraten, indem Sie die Schweißraupe von der Innenwand abschneiden (oder abkratzen). Das Reinigungswerkzeug ist an einem Dorn befestigt, der von Rollen im Rohr direkt hinter der Schweißstation getragen wird. Beim Entfernen der Schweißraupe durch das Reinigungswerkzeug rollten die Rollen versehentlich über Schweißspritzer, die auf die Rohrinnenwand trafen (siehe Abbildung 2). Dies ist ein Problem bei leicht bearbeiteten Rohren, wie z. B. gedrehten oder gehonten Rohren.
Das Entfernen des Blitzes von der Röhre ist nicht einfach. Durch den Schneidevorgang verwandelt sich der Glitzer in einen langen, verworrenen Faden aus scharfem Stahl. Obwohl das Entfernen erforderlich ist, erfolgt es oft manuell und unvollkommen. Abschnitte von Schalröhren verlassen manchmal das Werk und werden an Kunden verschickt.
Reis. 1. SAE-J525-Material wird in Massenproduktion hergestellt, was erhebliche Investitionen und Arbeitsaufwand erfordert. Ähnliche Rohrprodukte aus SAE-J356A werden vollständig in Inline-Glührohrwerken bearbeitet, was effizienter ist.
Bei kleineren Rohren, wie z. B. Flüssigkeitsleitungen mit einem Durchmesser von weniger als 20 mm, ist das Entgraten des Innendurchmessers in der Regel nicht so wichtig, da für diese Durchmesser kein zusätzlicher Innenbearbeitungsschritt erforderlich ist. Der Endbenutzer muss lediglich prüfen, ob eine gleichbleibende Grathöhe ein Problem darstellt.
Die optimale Flammenkontrolle bei ID-Stahl beginnt mit präziser Bandkonditionierung, Schneiden und Schweißen. Die Rohstoffeigenschaften von J356A müssen strenger sein als die von J525, da J356A aufgrund des Kaltkalibrierungsprozesses strengere Anforderungen an Korngröße, Oxideinschlüsse und andere Stahlherstellungsparameter stellt.
Schließlich erfordert das Innendurchmesserschweißen oft Kühlmittel. Die meisten Systeme verwenden dasselbe Kühlmittel wie das Windrow-Werkzeug, was jedoch zu Problemen führen kann. Obwohl sie gefiltert und entfettet sind, enthalten Mühlenkühlmittel oft erhebliche Mengen an Metallpartikeln, verschiedenen Ölen und anderen Verunreinigungen. Daher erfordert das J525-Rohr einen Heißlaugenwaschgang oder einen anderen gleichwertigen Reinigungsschritt.
Kondensatoren, Automobilsysteme und ähnliche Systeme erfordern eine Rohrreinigung. Die entsprechende Reinigung kann im Werk durchgeführt werden. Der J356A verlässt das Werk mit sauberer Bohrung, kontrolliertem Feuchtigkeitsgehalt und minimalen Rückständen. Schließlich ist es üblich, jedes Rohr mit einem Inertgas zu füllen, um Korrosion zu verhindern, und die Enden vor dem Versand zu versiegeln.
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 Schritte Normalisieren, Drahtziehen und zweites Normalisieren erfordern den Transport des Rohres zum Ofen, zur Ziehstation und zurück zum Ofen. Je nach den Besonderheiten des Vorgangs erfordern diese Schritte weitere separate Unterschritte wie Anspitzen (vor dem Lackieren), Ätzen und Richten. Diese Schritte sind kostspielig und erfordern viel Zeit, Arbeit und Geld. Bei kaltgezogenen Rohren liegt die Ausschussrate bei 20 %.
J356A-Rohre werden nach dem Schweißen im Walzwerk normalisiert. Das Rohr berührt den Boden nicht und bewegt sich in einer kontinuierlichen Schrittfolge von den ersten Formungsschritten bis zum fertigen Rohr im Walzwerk. Geschweißte Rohre wie J356A weisen einen Produktionsabfall von 10 % auf. 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 J525-Rohre erfordern zwei vorbereitende Normalisierungsbehandlungen: nach dem Schweißen und nach dem Ziehen. Normalisierungstemperaturen (1650 °F bzw. 900 °C) führen zur Bildung von Oberflächenoxiden, die nach dem Glühen üblicherweise mit Mineralsäure (meist Schwefel- oder Salzsäure) entfernt werden. Das Beizen hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, da es zu Luftemissionen und metallreichen Abfallströmen kommt.
Darüber hinaus führt die Normalisierung der Temperatur in der reduzierenden Atmosphäre des Rollenherdofens zum Kohlenstoffabbau an der Stahloberfläche. Dieser Prozess, die Entkohlung, hinterlässt eine Oberflächenschicht, die deutlich schwächer ist als das Ausgangsmaterial (siehe Abbildung 3). Dies ist besonders wichtig bei dünnwandigen Rohren. Bei einer Wandstärke von 0,030 Zoll reduziert selbst eine dünne Entkohlungsschicht von 0,003 Zoll die effektive Wandstärke um 10 %. Solche geschwächten Rohre können aufgrund von Spannungen oder Vibrationen versagen.
Abbildung 2. Ein Innenreinigungswerkzeug (nicht abgebildet) wird von Rollen getragen, die sich entlang des Rohrinnendurchmessers bewegen. Eine gute Rollenkonstruktion reduziert die Menge an Schweißspritzern, die in die Rohrwand einlaufen. Nielsen-Werkzeuge
J356-Rohre werden chargenweise verarbeitet und müssen in einem Rollenherdofen geglüht werden. Dies ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Variante J356A wird vollständig in einem Walzwerk mit integrierter Induktion bearbeitet, einem Heizprozess, der deutlich schneller ist als ein Rollenherdofen. Dies verkürzt die Glühzeit und verkleinert so das Zeitfenster für die Entkohlung von Minuten (oder sogar Stunden) auf Sekunden. Dies gewährleistet ein gleichmäßiges Glühen von J356A ohne Oxidbildung oder Entkohlung.
Hydraulikleitungen müssen flexibel genug sein, um gebogen, gedehnt und geformt zu werden. Bögen sind notwendig, um die Hydraulikflüssigkeit von Punkt A nach Punkt B zu transportieren. Dabei werden verschiedene Biegungen und Kurven durchlaufen. Das Aufweiten ist der Schlüssel zur Endverbindung.
In einer Henne-Ei-Situation wurden Schornsteine ​​für einwandige Brenneranschlüsse (mit glattem Innendurchmesser) ausgelegt, oder es kann auch umgekehrt sein. In diesem Fall liegt die Innenfläche des Rohres eng an der Buchse des Stiftverbinders an. Um eine dichte Metall-Metall-Verbindung zu gewährleisten, muss die Rohroberfläche möglichst glatt sein. Dieses Zubehör erschien in den 1920er Jahren für die neu gegründete US Air Force Air Division. Später entwickelte es sich zum heute weit verbreiteten Standard-37-Grad-Bördel.
Seit Beginn der COVID-19-Pandemie ist das Angebot an gezogenen Rohren mit glattem Innendurchmesser deutlich zurückgegangen. Verfügbare Materialien haben tendenziell längere Lieferzeiten als früher. Dieser Veränderung in den Lieferketten kann durch die Neugestaltung der Endanschlüsse begegnet werden. Beispielsweise ist eine Anfrage, die einen einwandigen Brenner erfordert und J525 spezifiziert, ein Kandidat für den Ersatz eines doppelwandigen Brenners. Mit diesem Endanschluss kann jede Art von Hydraulikrohr verwendet werden. Dies eröffnet Möglichkeiten für den Einsatz des J356A.
Neben Bördelverbindungen sind auch O-Ring-Gleitringdichtungen üblich (siehe Abbildung 5), insbesondere für Hochdrucksysteme. Diese Verbindungsart ist aufgrund der Verwendung von Elastomerdichtungen nicht nur weniger dicht als einwandige Bördelverbindungen, sondern auch vielseitiger – sie kann am Ende aller gängigen Hydraulikrohre angebracht werden. Dies bietet Rohrherstellern bessere Lieferkettenmöglichkeiten und eine bessere langfristige Wirtschaftlichkeit.
Die Industriegeschichte ist voll von Beispielen dafür, wie sich traditionelle Produkte in einer Zeit durchsetzen, in der der Markt nur schwer seine Richtung ändern kann. Ein Konkurrenzprodukt – selbst wenn es deutlich günstiger ist und alle Anforderungen des Originalprodukts erfüllt – kann sich nur schwer am Markt etablieren, wenn Verdacht aufkommt. Dies geschieht meist, wenn ein Einkäufer oder ein beauftragter Ingenieur einen nicht-traditionellen Ersatz für ein bestehendes Produkt in Erwägung zieht. Nur wenige sind bereit, das Risiko einzugehen, entdeckt zu werden.
In manchen Fällen sind Änderungen nicht nur notwendig, sondern sogar unabdingbar. Die COVID-19-Pandemie hat zu unerwarteten Änderungen bei der Verfügbarkeit bestimmter Rohrtypen und -größen für Stahlflüssigkeitsleitungen geführt. Betroffen sind Produkte aus der Automobil-, Elektro- und Schwermaschinenindustrie sowie alle anderen Rohrhersteller, die Hochdruckleitungen, insbesondere Hydraulikleitungen, verwenden.
Diese Lücke lässt sich kostengünstig schließen, indem man einen etablierten, aber nischenhaften Stahlrohrtyp in Betracht zieht. Die Auswahl des richtigen Produkts für eine Anwendung erfordert einige Recherchen, um Flüssigkeitsverträglichkeit, Betriebsdruck, mechanische Belastung und Anschlussart zu bestimmen.
Ein genauerer Blick auf die Spezifikationen zeigt, dass der J356A dem echten J525 ebenbürtig sein kann. Trotz der Pandemie ist er über eine bewährte Lieferkette weiterhin zu einem günstigeren Preis erhältlich. Wenn die Lösung von Problemen mit der endgültigen Form weniger arbeitsintensiv ist als die Suche nach dem J525, könnte dies OEMs helfen, logistische Herausforderungen in der COVID-19-Ära und darüber hinaus 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 war 1990 das erste Magazin, das sich der Metallrohrindustrie widmete.Heute ist es nach wie vor die einzige Branchenpublikation in Nordamerika und hat sich zur zuverlässigsten Informationsquelle für Fachleute der Rohrindustrie entwickelt.
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