Nota del redattore: Questo articolo è il secondo di una serie di due parti sul mercato e la produzione di linee di trasferimento liquidi di piccolo diametro per applicazioni ad alta pressione. La prima parte analizza la disponibilità sul mercato nazionale di prodotti convenzionali per queste applicazioni, che sono rari. La seconda parte esamina due prodotti non tradizionali presenti in questo mercato.
I due tipi di tubi idraulici saldati designati dalla Society of Automotive Engineers – SAE-J525 e SAE-J356A – condividono una fonte comune, così come le loro specifiche tecniche. Strisce piatte di acciaio vengono tagliate alla larghezza desiderata e formate 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 la saldatura. Dopo la saldatura, la bava esterna viene rimossa con un apposito dispositivo, solitamente in carburo di tungsteno. La bava di identificazione viene rimossa o regolata all'altezza massima di progetto utilizzando l'apposito utensile di bloccaggio.
La descrizione di questo processo di saldatura è generale e nella produzione effettiva si riscontrano numerose piccole differenze (vedere Figura 1). Tuttavia, i materiali condividono molte proprietà meccaniche.
I cedimenti delle tubazioni e le modalità di rottura più comuni possono essere suddivisi in carichi di trazione e di 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 venga modellato con una rete interna di barre di rinforzo (barre d'armatura), si rompe facilmente. Per questo motivo, l'acciaio viene sottoposto a prove di trazione per determinarne la resistenza a trazione ultima (UTS). Tutti e tre i diametri dei tubi idraulici hanno gli stessi requisiti: UTS di 310 MPa (45.000 psi).
A causa della 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 teorica massima, tenendo conto dello spessore della parete, della resistenza alla trazione (UTS) e del diametro esterno del materiale. Poiché i tubi J525 e J356A possono avere le stesse dimensioni, l'unica variabile è la resistenza alla trazione (UTS). Fornisce una resistenza alla trazione tipica di 50.000 psi con una pressione di scoppio prevista di 0,500 x 0,049 pollici. Il tubo è lo stesso 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. Nella norma J356A, la bava interna è regolabile fino a una dimensione massima a seconda del diametro del tubo, come descritto nella specifica. Per i prodotti J525 sbavati, il processo di sbavatura riduce in genere 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 ripristinato con la successiva lavorazione a freddo, le tensioni residue e l'orientamento delle fibre possono differire da quelli del metallo base, e lo spessore della parete può risultare leggermente inferiore rispetto al tubo comparabile specificato nella norma J356A.
A seconda dell'utilizzo finale del tubo, le bave interne devono essere rimosse o appiattite per eliminare potenziali vie di perdita, principalmente nelle forme terminali svasate a parete singola. Sebbene si creda comunemente che il J525 abbia una superficie interna liscia e quindi non perda, si tratta di un'idea errata. I tubi J525 possono sviluppare striature interne a causa di una lavorazione a freddo impropria, 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 sono passati inavvertitamente sopra parte degli schizzi di saldatura, facendoli colpire la superficie interna del tubo (vedere Figura 2). Questo rappresenta un problema per tubi lavorati in modo leggero, come i tubi torniti o levigati.
Rimuovere il glitter dal tubo non è facile. Il processo di taglio trasforma il glitter in un lungo e aggrovigliato filo di acciaio affilato. Sebbene la rimozione sia necessaria, spesso si tratta di un processo manuale e imperfetto. A volte, sezioni dei tubi per foulard escono dal territorio del produttore e vengono spedite 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 è più efficiente.
Per tubi di dimensioni ridotte, come le condotte per liquidi con diametro inferiore a 20 mm, la sbavatura interna non è solitamente così importante, poiché questi diametri non richiedono un'ulteriore fase di finitura interna. L'unico aspetto da considerare è che l'utente finale deve valutare se un'altezza di controllo della bava costante possa creare problemi.
L'eccellenza nel controllo della fiamma nell'acciaio inossidabile inizia con un condizionamento, un taglio e una saldatura precisi del nastro. Infatti, le proprietà della materia prima J356A devono essere più rigorose rispetto alla J525, poiché la J356A presenta maggiori restrizioni sulla granulometria, sulle inclusioni di ossido e su altri parametri di produzione dell'acciaio, a causa del processo di dimensionamento a freddo coinvolto.
Infine, la saldatura interna spesso richiede un refrigerante. La maggior parte dei sistemi utilizza lo stesso refrigerante dell'utensile di saldatura, ma questo può creare problemi. Nonostante siano filtrati e sgrassati, i refrigeranti per laminatoi spesso contengono quantità significative di particelle metalliche, vari oli e altri contaminanti. Pertanto, il tubo J525 richiede un ciclo di lavaggio caustico a caldo o un'altra fase di pulizia equivalente.
I condensatori, i sistemi automobilistici e altri sistemi simili richiedono la pulizia delle tubazioni, e la pulizia appropriata può essere eseguita direttamente in fabbrica. Il J356A esce dalla fabbrica con un alesaggio 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 specificità dell'operazione, queste fasi richiedono ulteriori sotto-fasi separate, come la stuccatura (prima della verniciatura), la mordenzatura e la raddrizzatura. Queste fasi sono costose e richiedono notevoli risorse in termini di tempo, manodopera e denaro. I tubi trafilati a freddo presentano un tasso di scarto del 20% in produzione.
Il tubo J356A viene normalizzato nel laminatoio dopo la saldatura. Il tubo non tocca terra e percorre tutte le fasi, da quella di formatura iniziale al prodotto finito, attraverso un processo continuo all'interno del laminatoio. I tubi saldati come il J356A presentano uno scarto del 10% in fase di produzione. 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, dal punto di vista metallurgico non sono identici.
I tubi J525 trafilati a freddo richiedono due trattamenti di normalizzazione preliminari: 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 (generalmente solforico o cloridrico) dopo la ricottura. Il decapaggio ha un notevole impatto ambientale 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" riduce la resistenza effettiva della parete del 10%. Tubi così indeboliti possono rompersi a causa di sollecitazioni o vibrazioni.
Figura 2. Uno strumento di pulizia per interni (non mostrato) è supportato da rulli che si muovono lungo il diametro interno del tubo. Una buona progettazione dei rulli riduce la quantità di spruzzi di saldatura che rotolano nella parete del tubo. Strumenti Nielsen
I tubi J356 vengono lavorati in lotti e richiedono una ricottura in un forno a rulli, ma questo non è l'unico processo. La variante J356A viene lavorata interamente in un laminatoio a induzione integrato, un processo di riscaldamento molto più rapido rispetto a un forno a rulli. Ciò riduce i tempi di ricottura, restringendo la finestra temporale per la decarburazione da minuti (o addirittura ore) a secondi. Questo garantisce al J356A una ricottura uniforme senza ossidazione né decarburazione.
I tubi utilizzati per le linee idrauliche devono essere sufficientemente flessibili da poter essere piegati, espansi e modellati. Le curve sono necessarie per far passare il fluido idraulico dal punto A al punto B, facendolo passare attraverso varie pieghe e curve lungo il percorso, e la svasatura è fondamentale per fornire un metodo di connessione terminale.
In un dilemma del tipo "chi è nato prima, l'uovo o la gallina?", i camini venivano progettati per connessioni di bruciatori a parete singola (avendo quindi un diametro interno liscio), oppure poteva verificarsi il contrario. In questo caso, la superficie interna del tubo si adatta perfettamente all'alloggiamento 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 Air Division dell'aeronautica militare statunitense. Successivamente, questo accessorio divenne lo standard a svasatura a 37 gradi ampiamente utilizzato oggi.
Dall'inizio della pandemia di COVID-19, la fornitura di tubi trafilati con diametro interno liscio si è ridotta significativamente. I materiali disponibili tendono ad avere tempi di consegna più lunghi rispetto al passato. Questa variazione nelle catene di approvvigionamento può essere affrontata riprogettando i raccordi terminali. Ad esempio, una richiesta di offerta che richiede un bruciatore a parete singola e specifica il raccordo J525 è un candidato ideale per la sostituzione di un bruciatore a doppia parete. Con questo raccordo terminale è possibile utilizzare qualsiasi tipo di tubo idraulico. Ciò apre nuove opportunità per l'utilizzo del raccordo J356A.
Oltre ai raccordi a svasatura, sono comuni anche le guarnizioni meccaniche con O-ring (vedere figura 5), ​​soprattutto per i sistemi ad alta pressione. Questo tipo di raccordo non solo è meno a tenuta stagna rispetto a una svasatura a parete singola, poiché utilizza guarnizioni elastomeriche, ma è anche più versatile: può essere realizzato all'estremità di qualsiasi tipo comune di tubo idraulico. Ciò offre ai produttori di tubi maggiori opportunità nella catena di fornitura e migliori prestazioni economiche a lungo termine.
La storia industriale è ricca di esempi di prodotti tradizionali che si sono affermati in un momento in cui per il mercato è difficile cambiare direzione. Un prodotto concorrente, anche se significativamente più economico e in grado di soddisfare tutti i requisiti del prodotto originale, può faticare ad affermarsi sul mercato se sorgono sospetti. Ciò accade solitamente quando un responsabile degli acquisti o un ingegnere incaricato sta valutando la sostituzione di un prodotto esistente con un'alternativa non tradizionale. In pochi sono disposti a rischiare di essere scoperti.
In alcuni casi, le modifiche potrebbero non essere solo necessarie, ma indispensabili. La pandemia di COVID-19 ha comportato cambiamenti imprevisti nella disponibilità di alcuni tipi e dimensioni di tubi in acciaio per il trasporto di fluidi. I settori di prodotto interessati sono quelli automobilistici, elettrici, delle macchine pesanti e 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 prendendo in considerazione una tipologia di tubo in acciaio già esistente ma di nicchia. La scelta del prodotto più adatto a una specifica applicazione richiede un'attenta ricerca per determinarne la compatibilità con i fluidi, la pressione di esercizio, il carico meccanico e il tipo di connessione.
Un'analisi più approfondita delle specifiche mostra che il J356A può essere equivalente al vero J525. Nonostante la pandemia, è ancora disponibile a un prezzo inferiore grazie a una catena di fornitura collaudata. Se risolvere i problemi relativi alla forma finale richiede meno lavoro rispetto alla ricerca del J525, ciò potrebbe aiutare gli OEM a superare 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 于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 all'industria dei tubi metallici.Ancora oggi, rimane l'unica pubblicazione di settore in Nord America ed è diventata la fonte di informazione più affidabile per i professionisti del settore delle tubazioni.
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