編集者注：この記事は、高圧用途向け小径液体移送ラインの市場と製造に関する2部構成シリーズの第2部です。第1部では、これらの用途向けの従来型製品の国内での入手可能性について論じていますが、実際には入手困難な状況です。第2部では、この市場における2つの非従来型製品について解説します。
米国自動車技術者協会（SAE）が指定する2種類の溶接油圧パイプ、SAE-J525とSAE-J356Aは、共通の原料と仕様書に基づいて製造されています。平鋼帯を所定の幅に切断し、プロファイリング加工によって管状に成形します。鋼帯の端部をフィン付き工具で研磨した後、高周波抵抗溶接で加熱し、加圧ロール間で鍛造して溶接部を形成します。溶接後、外径のバリは通常タングステンカーバイド製のホルダーで除去します。識別用のバリは、ロック工具を使用して除去するか、設計上の最大高さに調整します。
この溶接プロセスの説明は一般的なものであり、実際の製造工程では細かな違いが数多く存在する（図1参照）。しかしながら、両者は多くの機械的特性を共有している。
配管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けられます。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。しかし、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。コンクリートは非常に圧縮性がありますが、内部に鉄筋（補強棒）のネットワークで成形されていない限り、簡単に破損します。このため、鋼材は引張試験を行い、引張強度（UTS）を測定します。油圧ホースの3つのサイズすべてに、310 MPa（45,000 psi）UTSという同じ要件があります。
圧力パイプは水圧に耐えることができるため、破裂試験と呼ばれる別の計算と破壊試験が必要になる場合があります。計算では、壁厚、UTS、および材料の外径を考慮して、理論上の最終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できるため、唯一の変数は UTS です。標準的な引張強度は 50,000 psi で、予測破裂圧力は 0.500 x 0.049 in です。チューブは両方の製品で同じです: 10,908 psi。
計算上の予測値は同じですが、実際の適用において違いが生じるのは、実際の肉厚の違いによるものです。J356Aでは、仕様書に記載されているように、管径に応じて内部バリを最大サイズまで調整できます。バリ取り済みのJ525製品の場合、バリ取り工程で内径が意図的に約0.002インチ減少するため、溶接部で局所的な肉厚減少が生じます。その後の冷間加工で肉厚は回復しますが、残留応力や結晶粒の配向が母材と異なる場合があり、肉厚はJ356Aで規定されている同等の管よりもわずかに薄くなる可能性があります。
パイプの最終用途に応じて、潜在的な漏洩経路をなくすために、内部のバリを除去するか、平らにする必要があります。これは主に単層フレア端部形状の場合に当てはまります。J525は内径が滑らかで漏洩しないと一般的に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内径に筋状の跡が生じ、接続部からの漏洩につながる可能性があります。
バリ取りは、内径壁から溶接ビードを切断（または削り取る）ことから始まります。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部でローラーによって支えら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間に、ローラーが誤って溶接スパッタの上を転がり、それがパイプの内径表面に当たってしまいました（図2参照）。これは、旋削加工やホーニング加工などの軽度加工のパイプで問題となります。
チューブからグリッターを取り除くのは容易ではありません。切断工程でグリッターは鋭利な鋼鉄の長い絡まり糸となってしまうからです。除去は必須作業ではありますが、多くの場合、手作業で行われ、完璧とは言えない作業となります。スカーフチューブの一部がチューブ製造元の敷地を離れ、顧客に送られることもあります。
米。1. SAE-J525 材料は大量生産されており、多額の投資と労働力が必要です。SA​​E-J356A を使用して製造される同様の管状製品は、インライン焼鈍管圧延機で完全に機械加工されるため、より効率的です。
直径20mm未満の液体配管など、より細い配管の場合、内径バリ取りは通常それほど重要ではありません。これらの直径では、追加の内径仕上げ工程が不要だからです。ただし、エンドユーザーは、一定のバリ高さ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点に留意する必要があります。
ID火炎制御の卓越性は、精密な鋼板調整、切断、溶接から始まります。実際、J356Aは冷間サイジング工程を含むため、結晶粒径、酸化物介在物、その他の製鋼パラメータに対する制約がJ525よりも厳しく、原材料の特性はJ525よりも厳格でなければなりません。
最後に、ID溶接には冷却剤が必要となる場合が多い。ほとんどのシステムでは、ウィンドローツールと同じ冷却剤を使用するが、これが問題を引き起こす可能性がある。ミル冷却剤はろ過および脱脂されているとはいえ、かなりの量の金属粒子、各種オイル、その他の汚染物質を含んでいることが多い。そのため、J525チューブには高温苛性ソーダ洗浄サイクル、または同等の洗浄工程が必要となる。
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洗浄が必要であり、適切な洗浄は工場で行うことができます。J356Aは、工場出荷時に内径が清浄で、水分含有量が管理され、残留物が最小限に抑えられています。最後に、出荷前に腐食を防ぎ、両端を密閉するために、各チューブに不活性ガスを充填するのが一般的です。
J525パイプは溶接後に焼きならし処理を行い、その後冷間加工（引き抜き加工）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度焼きならし処理されます。
焼きならし、線引き、そして二度目の焼きならしの各工程では、パイプを炉、線引きステーション、そして再び炉へと搬送する必要があります。作業内容によっては、これらの工程に加えて、塗装前の目地詰め、エッチング、矯正といった個別の工程が必要となる場合もあります。これらの工程はコストがかかり、時間、労力、資金の両面で多大な労力を要します。冷間引抜きパイプの製造工程では、20%もの廃棄率が発生します。
J356Aパイプは、溶接後に圧延工場で焼きならし処理されます。パイプは地面に触れることなく、圧延工場内で一連の工程を経て、最初の成形工程から完成品まで連続的に搬送されます。J356Aのような溶接パイプは、製造工程で10%のロスが発生します。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るものの、冶金学的観点から見ると同一ではない。
冷間引抜き加工されたJ525パイプは、溶接後と引抜き加工後の2回の前処理として正規化処理が必要です。正規化温度（1650°Fまたは900°C）により表面に酸化物が形成されますが、これは通常、焼鈍後に鉱酸（通常は硫酸または塩酸）で除去されます。酸洗処理は、大気汚染物質の排出や金属を多く含む廃棄物の発生という点で、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下での温度正規化により、鋼材表面の炭素が消費されます。この脱炭と呼ばれるプロセスにより、元の材料よりもはるかに弱い表面層が形成されます（図3参照）。これは特に薄肉管にとって重要です。肉厚が0.030インチの場合、わずか0.003インチの脱炭層でも有効肉厚が10%減少します。このように弱くなった管は、応力や振動によって破損する可能性があります。
図2。内径洗浄ツール（図示せず）は、パイプの内径に沿って移動するローラーによって支持されています。ローラーの設計が優れているため、パイプ壁に付着する溶接スパッタの量を減らすことができます。ニールセンツールズ
J356パイプはバッチ処理され、ローラーハース炉での焼鈍が必要ですが、これに限定されるわけではありません。派生型の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誘導加熱を内蔵した圧延機で完全に機械加工されます。これにより焼鈍時間が短縮され、脱炭が発生する可能性のある時間が数分（あるいは数時間）から数秒に短縮されます。その結果、J356Aは酸化物や脱炭のない均一な焼鈍を実現します。
油圧配管に使用されるチューブは、曲げたり、広げたり、成形したりできる十分な柔軟性が必要です。油圧流体をA地点からB地点まで運ぶには、途中で様々な曲がりや屈曲部を通過する必要があり、フレア加工は端部接続方法を提供する上で重要な役割を果たします。
鶏が先か卵が先かという状況で言えば、煙突は単層バーナー接続用に設計された（つまり内径が滑らかである）か、あるいはその逆だったかのどちらかでしょう。この場合、管の内面はピンコネクタのソケットにぴったりと収まります。金属同士の確実な接続を確保するには、パイプの表面はできるだけ滑らかでなければなりません。この付属品は、1920年代に創設間もない米国空軍航空隊向けに登場しました。この付属品は後に、今日広く使用されている標準的な37度フレアとなりました。
新型コロナウイルス感染症の流行開始以来、内径が滑らかな引抜き管の供給は大幅に減少しています。入手可能な材料の納期は、以前よりも長くなる傾向があります。このようなサプライチェーンの変化は、端部接続部の設計変更によって対応できます。例えば、単層バーナーが必要で、J525が指定されている見積依頼書は、二重壁バーナーの代替として検討できます。この端部接続部には、あらゆる種類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、Oリング式メカニカルシールも一般的です（図5参照）。特に高圧システムでよく用いられます。このタイプの接続は、エラストマーシールを使用するため、シングルウォールフレアよりも気密性に劣りますが、汎用性にも優れています。一般的な油圧パイプであれば、どのタイプのパイプの端部にも形成できるため、パイプメーカーにとってサプライチェーンにおける機会が広がり、長期的な経済性も向上します。
産業史には、市場の方向転換が難しい時期に、伝統的な製品が根付いた例が数多く存在する。競合製品、たとえ大幅に安価で、元の製品のすべての要件を満たしている製品であっても、疑念が生じれば市場での足場を築くのは困難だ。これは通常、購買担当者や担当エンジニアが既存製品の非伝統的な代替品を検討する際に起こる。発覚のリスクを冒そうとする者はほとんどいない。
場合によっては、変更は単に必要というだけでなく、必須となることもあります。新型コロナウイルス感染症のパンデミックにより、鋼製流体配管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ています。影響を受ける製品分野は、自動車、電気、重機、および高圧配管、特に油圧配管を使用するその他の配管製造業界です。
このギャップは、実績はあるもののニッチなタイプの鋼管を検討することで、全体的なコストを抑えて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、流体適合性、作動圧力、機械的負荷、接続タイプなどを判断するための調査が必要です。
仕様を詳しく見てみると、J356Aは実際のJ525と同等の性能を持つことがわかります。パンデミックの影響下でも、実績のあるサプライチェーンを通じて低価格で入手可能です。最終形状の問題を解決する方がJ525を探すよりも手間がかからないのであれば、OEM各社がCOVID-19時代以降も物流上の課題を解決するのに役立つでしょう。
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。 『チューブ＆パイプジャーナル』は、1990年に金属パイプ業界に特化した最初の雑誌となった。今日でも、北米で唯一の業界誌であり、配管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る。
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