Примечание редактора: Эта статья является второй частью серии из двух статей о рынке и производстве трубопроводов для перекачки жидкостей малого диаметра, предназначенных для работы под высоким давлением. В первой части рассматривается доступность на внутреннем рынке традиционных изделий для таких применений, которые встречаются редко. Во второй части обсуждаются два нетрадиционных продукта на этом рынке.
Два типа сварных гидравлических труб, обозначенные Обществом автомобильных инженеров (SAE) – SAE-J525 и SAE-J356A – имеют общий источник, как и их письменные спецификации. Плоские стальные полосы нарезаются по ширине и формируются в трубы путем профилирования. После полировки кромок полосы оребренным инструментом труба нагревается высокочастотной контактной сваркой и куется между прижимными валками для образования сварного шва. После сварки наружный заусенец удаляется с помощью держателя, который обычно изготавливается из карбида вольфрама. Идентификационный выступ удаляется или корректируется до максимальной проектной высоты с помощью фиксирующего инструмента.
Описание данного процесса сварки носит общий характер, и в реальном производстве существует множество небольших технологических различий (см. рис. 1). Однако они обладают многими общими механическими свойствами.
Разрушения труб и распространенные виды разрушений можно разделить на разрушения, вызванные растягивающими и сжимающими нагрузками. В большинстве материалов растягивающее напряжение ниже, чем сжимающее. Однако большинство материалов значительно прочнее при сжатии, чем при растяжении. Бетон — тому пример. Он обладает высокой сжимаемостью, но, если не имеет внутренней сетки арматурных стержней, легко ломается. По этой причине сталь подвергается испытанию на растяжение для определения ее предельной прочности на разрыв (ПДР). Для всех трех типоразмеров гидравлических шлангов предъявляются одинаковые требования: ПДР 310 МПа (45 000 фунтов на квадратный дюйм).
В связи со способностью труб высокого давления выдерживать гидравлическое давление, может потребоваться отдельный расчет и испытание на разрушение, известное как испытание на разрыв. Расчеты могут быть использованы для определения теоретического предельного давления разрыва с учетом толщины стенки, предела прочности на разрыв и наружного диаметра материала. Поскольку трубки J525 и J356A могут иметь одинаковый размер, единственной переменной является предел прочности на разрыв. Типичная прочность на растяжение составляет 50 000 psi, а прогнозируемое давление разрыва – 0,500 x 0,049 дюйма. Трубки одинаковы для обоих изделий: 10 908 psi.
Хотя расчетные значения одинаковы, одно из различий в практическом применении обусловлено фактической толщиной стенки. В случае стали J356A внутренний заусенец регулируется до максимального размера в зависимости от диаметра трубы, как описано в спецификации. Для изделий из стали J525, обработанных методом удаления заусенцев, процесс удаления заусенцев обычно преднамеренно уменьшает внутренний диаметр примерно на 0,002 дюйма, что приводит к локальному утонению стенки в зоне сварного шва. Хотя толщина стенки заполняется последующей холодной обработкой, остаточные напряжения и ориентация зерен могут отличаться от основного металла, и толщина стенки может быть немного меньше, чем у сопоставимой трубы, указанной в спецификации J356A.
В зависимости от конечного назначения трубы, внутренние заусенцы необходимо удалить или сгладить (или выровнять), чтобы исключить потенциальные пути утечки, особенно это касается труб с однослойным концом и расширенным концом. Хотя обычно считается, что труба из стали J525 имеет гладкую внутреннюю поверхность и, следовательно, не протекает, это заблуждение. На трубах из стали J525 могут образовываться полосы на внутренней поверхности из-за неправильной холодной обработки, что приводит к утечкам в местах соединения.
Начинайте удаление заусенцев с помощью срезания (или соскабливания) сварочного шва с внутренней стенки трубы. Инструмент для очистки крепится к оправке, поддерживаемой роликами внутри трубы, непосредственно за сварочной станцией. Во время удаления сварочного шва ролики непреднамеренно накатывали на часть сварочных брызг, в результате чего они ударялись о поверхность внутренней стенки трубы (см. рис. 2). Это проблема для труб, подвергнутых легкой механической обработке, таких как точеные или хонингованные трубы.
Удалить блестки из тубуса непросто. В процессе резки блестки превращаются в длинную, запутанную нить острых стальных осколков. Хотя удаление необходимо, оно часто выполняется вручную и не всегда гладко. Иногда части тубусов для шарфов покидают территорию производителя и отправляются покупателям.
Рис. 1. Материал SAE-J525 производится серийно, что требует значительных инвестиций и трудозатрат. Аналогичные трубные изделия, изготовленные из SAE-J356A, полностью обрабатываются на трубопрокатных станах с отжигом, что делает их более эффективными.
Для труб меньшего диаметра, например, для жидкостных трубопроводов диаметром менее 20 мм, зачистка внутреннего диаметра обычно не так важна, поскольку такие диаметры не требуют дополнительной обработки. Единственное предостережение заключается в том, что конечному пользователю нужно лишь учитывать, не создаст ли проблем поддержание постоянной высоты заусенцев.
Обеспечение превосходного контроля пламени при внутренней сварке начинается с точной обработки полосы, резки и сварки. Фактически, свойства сырья для стали J356A должны быть более строгими, чем для J525, поскольку для J356A действуют более жесткие ограничения по размеру зерна, оксидным включениям и другим параметрам сталеплавильного производства из-за процесса холодной прокатки.
Наконец, для внутренней сварки часто требуется охлаждающая жидкость. В большинстве систем используется та же охлаждающая жидкость, что и в инструменте для формирования валков, но это может создавать проблемы. Несмотря на фильтрацию и обезжиривание, охлаждающие жидкости для прокатных станов часто содержат значительное количество металлических частиц, различных масел и других загрязнений. Поэтому для труб J525 требуется цикл промывки горячей щелочью или другой аналогичный этап очистки.
Конденсаторы, автомобильные системы и другие подобные системы требуют очистки трубопроводов, и соответствующая очистка может быть выполнена на заводе. Трубы J356A покидают завод с чистым внутренним диаметром, контролируемым содержанием влаги и минимальным количеством остатков. Наконец, общепринятой практикой является заполнение каждой трубки инертным газом для предотвращения коррозии и герметизация концов перед отгрузкой.
Трубы J525 после сварки подвергаются нормализации, а затем холодной обработке (вытяжке). После холодной обработки труба снова нормализуется для соответствия всем механическим требованиям.
Этапы нормализации, волочения проволоки и повторной нормализации требуют транспортировки трубы к печи, к волочильному станку и обратно к печи. В зависимости от специфики операции, эти этапы требуют дополнительных отдельных подэтапов, таких как заделка швов (перед покраской), травление и выпрямление. Эти этапы дорогостоящи и требуют значительных временных, трудовых и финансовых затрат. Производство холоднотянутых труб связано с 20% брака.
Труба J356A проходит нормализацию на прокатном стане после сварки. Труба не соприкасается с землей и перемещается от начальных этапов формовки до готовой трубы в непрерывной последовательности этапов на прокатном стане. 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 идентичны.
Для холоднотянутых труб J525 требуются две предварительные нормализационные обработки: 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 значительное воздействие на окружающую среду с точки зрения выбросов в атмосферу и образования отходов, богатых металлами.
Кроме того, нормализация температуры в восстановительной атмосфере валковой печи приводит к потреблению углерода на поверхности стали. Этот процесс, обезуглероживание, оставляет поверхностный слой, который значительно слабее исходного материала (см. рис. 3). Это особенно важно для тонкостенных труб. При толщине стенки 0,030 дюйма даже небольшой слой обезуглероживания толщиной 0,003 дюйма уменьшит эффективную толщину стенки на 10%. Такие ослабленные трубы могут выйти из строя из-за напряжений или вибрации.
Рисунок 2. Инструмент для очистки внутреннего диаметра (не показан) поддерживается роликами, которые перемещаются вдоль внутреннего диаметра трубы. Грамотная конструкция роликов уменьшает количество сварочных брызг, попадающих на стенку трубы. Инструменты Nielsen.
Трубы из стали J356 обрабатываются партиями и требуют отжига в прокатной печи, но это не является их единственным преимуществом. Вариант J356A полностью обрабатывается на прокатном стане с использованием встроенной индукционной системы, процесс нагрева которого намного быстрее, чем в прокатной печи. Это сокращает время отжига, тем самым сужая окно возможностей для обезуглероживания с минут (или даже часов) до секунд. Это обеспечивает равномерный отжиг стали J356A без образования оксидов и обезуглероживания.
Трубы, используемые для гидравлических линий, должны быть достаточно гибкими, чтобы их можно было сгибать, расширять и придавать им нужную форму. Изгибы необходимы для транспортировки гидравлической жидкости из точки А в точку Б, при этом по пути трубы проходят через различные изгибы и повороты, а развальцовка является ключевым элементом для обеспечения способа соединения концов.
В ситуации "курица или яйцо" дымоходы проектировались для одностенных соединений горелок (следовательно, с гладким внутренним диаметром), или же могло быть наоборот. В этом случае внутренняя поверхность трубы плотно прилегает к гнезду штырькового соединителя. Для обеспечения надежного соединения металла с металлом поверхность трубы должна быть максимально гладкой. Этот аксессуар появился в 1920-х годах в только что созданном ВВС США. Позже этот аксессуар стал стандартным 37-градусным развальцовочным соединением, широко используемым сегодня.
С начала пандемии COVID-19 поставки тянутых труб с гладким внутренним диаметром значительно сократились. Сроки поставки доступных материалов, как правило, увеличились по сравнению с прошлым. Это изменение в цепочках поставок можно компенсировать перепроектированием концевых соединений. Например, в запросе на коммерческое предложение, требующем одностенную горелку и указывающем на стандарт J525, возможно использование двухстенной горелки. С этим концевым соединением можно использовать любой тип гидравлической трубы. Это открывает возможности для использования стандарта J356A.
Помимо развальцованных соединений, также широко используются механические уплотнения с уплотнительными кольцами (см. рисунок 5), особенно в системах высокого давления. Этот тип соединения не только менее герметичен, чем одностенное развальцованное соединение, поскольку в нем используются эластомерные уплотнения, но и более универсален — его можно изготовить на конце любого распространенного типа гидравлической трубы. Это предоставляет производителям труб больше возможностей для оптимизации цепочки поставок и обеспечивает лучшие экономические показатели в долгосрочной перспективе.
История промышленности полна примеров того, как традиционные продукты укоренялись в то время, когда рынку было трудно изменить направление. Конкурирующий продукт — даже значительно более дешевый и отвечающий всем требованиям оригинального продукта — может с трудом закрепиться на рынке, если возникнут подозрения. Обычно это происходит, когда агент по закупкам или назначенный инженер рассматривает нетрадиционную замену существующему продукту. Мало кто готов рисковать быть обнаруженным.
В некоторых случаях изменения могут быть не просто необходимыми, а действительно необходимыми. Пандемия COVID-19 привела к неожиданным изменениям в доступности определенных типов и размеров стальных труб для транспортировки жидкостей. Это затронуло отрасли, использующие трубы в автомобильной, электротехнической, машиностроительной и других отраслях, где применяются трубопроводы высокого давления, особенно гидравлические.
Этот пробел можно заполнить с меньшими общими затратами, рассмотрев устоявшийся, но нишевый тип стальных труб. Выбор подходящего продукта для конкретного применения требует проведения исследований для определения совместимости с жидкостями, рабочего давления, механической нагрузки и типа соединения.
Более детальное изучение технических характеристик показывает, что J356A может быть эквивалентен настоящему J525. Несмотря на пандемию, он по-прежнему доступен по более низкой цене благодаря проверенной цепочке поставок. Если решение проблем с окончательной формой требует меньше трудозатрат, чем поиск J525, это может помочь производителям оригинального оборудования решить логистические проблемы в эпоху COVID-19 и в последующий период.
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 «Трубопроводы и трубы» (1990 г.) Tube & Pipe Journal стал первым журналом, посвященным индустрии металлических труб в 1990 году. В 1990 году журнал Tube & Pipe Journal стал первым изданием, посвященным индустрии металлических труб.Сегодня это единственное отраслевое издание в Северной Америке, ставшее самым надежным источником информации для специалистов трубопроводной отрасли.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный цифровой доступ к журналу STAMPING Journal, в котором представлены новейшие технологии, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному цифровому доступу к The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.