Алуминијумска цев се користи за руковање течностима, структуралне оквире, ХВАЦ, поморске и криогене системе јер комбинује ниску густину, корисну отпорност на корозију и добру обрадивост. Поуздан дизајн почиње од услова рада: притиска, температуре, течности која се преноси, околине и методе спајања. Овај чланак поставља параметре који одлучују о димензијама дизајна звучне цеви -, легури, дебљини зида, контроли корозије, заваривању и стандардима за наручивање.
Кеи Такеаваис
- Прво дефинишите сервисни оквир: притисак, температура, течност и окружење покрећу сваки низводни избор величине, легуре и зида.
- Легура прати окружење: 6061-Т6 за структурални и општи притисак, 3003 и 5052 за послове опште намене и 5ккк легуре (5083, 5086, 5052) као први избор за контакт са морском водом.
- Дебљина зида за танке-зидне цеви се израчунава помоћу Барлоуове једначине обруча напрезања σ=П·Д/(2т); код дизајна га затим претвара у дозвољену основу-напона са експлицитном сигурносном маргином.
- Дизајн корозије је углавном галванска изолација: алуминијум је анодичан према челику, бакру и нерђајућем челику, тако да изолационе прирубнице, заптивке и обложени причвршћивачи спречавају убрзани напад на спојеве.
- Заваривање мења понашање материјала: легуре 5ккк лако заварују, док 6061 губи отпорност Т6 у зони захваћеном топлотом{3}}, тако да снага зоне заваривања{4}}управља спојем.
- Алуминијум слаби како температура расте и задржава своју жилавост на криогеној температури - оба смера морају да се одразе на основу дизајна.
1. Основни параметри дизајна
Свака спецификација алуминијумске цеви почиње са пет бројева: спољни пречник, дебљина зида, дужина и толеранције равности и овалности дозвољене стандардом за наручивање. Ово произилази из радног - протока фиксира отвор, притисак фиксира зид, а распоред фиксира дужину.
Производни пут је важан за цену и перформансе:
Бешавне екструдиране цеви- вруће екструдирано из гредице без уздужног вара; заједничка рута за потисну цев, испоручена у АСТМ Б241.
Хладно{0}}вучена цев- нацртано након екструзије за уже толеранције, тање зидове и бољу завршну обраду површине; испоручује се са АСТМ Б210 или ГБ/Т 6893.
Заварене цеви- формиран од траке и заварен; економичан за веће пречнике и танке зидове, са чврстоћом у зависности од интегритета завара и легуре.
За конструкцијску функцију, дебљина зида се често одређује извијањем и крутошћу, а не притиском; за рад са флуидима се подешава притиском, што је покривено у одељку 3.
2. Избор легуре
Легура и темперамент поправљају чврстоћу, перформансе корозије и заварљивост цеви. У табели испод су наведене легуре које се најчешће специфицирају за алуминијумске цеви, са типичним минималним границама течења за цеви и облике цеви према АСТМ Б241 / АСТМ Б210.
| Аллои & Темпер | Типичне примене | Типична минимална граница попуштања (цев/цев) | Заварљивост | Стандарди наручивања |
|---|---|---|---|---|
| 3003 (O, H14) | Канали опште{0}}намене, рукохвати, водови{1}}ниског притиска | ≈ 40–145 МПа (О–Х14) | Добро | АСТМ Б241/Б210, ГБ/Т 4437.1, ГБ/Т 6893 |
| 5052 (H32) | Цевоводи за гориво и уље, резервоари, општа поморска{0}}суседна служба | ≈ 195 МПа (Х32) | Добро | АСТМ Б241/Б210, ГБ/Т 4437.1, ГБ/Т 6893 |
| 5083 (O, H116, H321) | Системи за морску и морску воду, посуде под притиском | ≈ 145–215 МПа (О–Х321) | Одлично | АСТМ Б241/Б210, ГБ/Т 4437.1, ГБ/Т 6893 |
| 6061-T6 | Конструкцијски оквири, процесни цевоводи, пнеуматски и хидраулични водови | ≈ 240 МПа (према АСТМ Б241) | Добро; ХАЗ губитак темперамента | АСТМ Б241/Б210, ГБ/Т 4437.1, ГБ/Т 6893 |
| 2024-T3 | Ваздухопловство и хидрауличне цеви; не за морску воду | ≈ 325 МПа (према АСТМ Б210) | Ограничено | АСТМ Б210 |
Вредности су типични минимуми за форме цеви и цеви као што је објављено у АСТМ Б241 и АСТМ Б210; потврдите тачну цифру са важећим стандардом за наруџбу и величину. ГБ/Т 4437.1 и ГБ/Т 6893 регулишу екструдиране и хладно{5}}вучене цеви на кинеском тржишту.
Практично правило: ако цев додирује морску воду, наведите легуру 5ккк (5083, 5086 или 5052). 6061-Т6 нуди добру чврстоћу и обрадивост, али је његова отпорност на корозију у сланим срединама инфериорна у односу на серију 5ккк, а 2ккк / 7ккк имају отпорност на хемикалије, а 2ккк / 7ккк нису наведене за општу хемијску отпорност или отпорност на хемикалије.
3. Дизајн притиска и дебљина зида
За цев са танким зидовима - спољни пречник подељен са дебљином зида од 10 или више -, напон обруча изазван унутрашњим притиском се израчунава Барлоовом једначином:
σ = P × D / (2 × t)
гдеσ= напон обруча (МПа),P= унутрашњи манометарски притисак (МПа),D= спољни пречник (мм),t= дебљина зида (мм).
Преуређено за пројектовану дебљину зида:
t = P × D / (2 × S)
гдеSје дозвољени напон постављен кодом дизајна. АСМЕ Б31.3, на пример, димензионира процесне цевоводе на основу дозвољеног-напона - његов пун израз је т=П·Д / [2(С·Е + П·И)], у коме је Е ефикасност зглоба, а И коефицијент који зависи од температуре- -, а не из општег сигурносног фактора. За обојене материјале шифра изводи дозвољени напон као мањи од отприлике једне трећине затезне чврстоће (затезна чврстоћа/3,5) или две трећине чврстоће течења (1,5). Маржа у односу на принос је стога експлицитна у обрачуну, а не као фиксни множитељ.
Радни пример.Цев 6061-Т6 са спољним пречником од 50 мм за пројектовани притисак од 10 МПа. Према АСТМ Б241 типична минимална затезна чврстоћа и чврстоћа течења су 290 МПа и 240 МПа, тако да је дозвољено напрезање у стилу Б31.3 мање од 290/3,5 ≈ 83 МПа и 240/1.5=160 МПа, односно С ≈ 83 МПа. Потребан зид: т=10 × 50 / (2 × 83) ≈ 3,0 мм. Одговарајуће напрезање обруча при 10 МПа је 83 МПа, а маргина у односу на границу течења од 240 МПа је 240/83 ≈ 2,9. Овај пример илуструје метод; производни дизајн мора да користи код дозвољеног напрезања за стварну радну температуру и такође мора да провери спољни притисак, савијање, замор и извијање.
За цеви са дебелим{0}}зидом (Д/т испод 10), Ламеова једначина или анализа коначних елемената је тачнија од Барлоуа. ФЕА је такође практичан алат за циклична оптерећења: дозвољени замор алуминијума се објављују у кодовима дизајна и подацима о замору легуре, тако да дизајн треба да се заснива на тим вредностима, а не на претпостављеном броју циклуса.
4. Дизајн корозије
Алуминијум се штити природним оксидним филмом који се брзо реформише када је оштећен у већини атмосфера. Два дизајнерска задатка су да тај филм остане нетакнут и да се избегну услови који га нападају.
4.1 Галванска корозија
У биметалном пару, алуминијум је анодичан према челику, бакру, месингу и нерђајућем челику. Тамо где се два метала додирују у присуству електролита, алуминијум брже кородира. Стандардне противмере:
Комплети изолационих прирубница и не{0}}неметалне заптивке које прекидају електрични континуитет на вијчаним спојевима.
Обложени или не{0}}метални затварачи, са подлошкама испод челичних вијака.
Нема навоја на бази бакра{0}}а нити фитинга у директном контакту са алуминијумом.
Спојеви дизајнирани за дренажу и вентилацију тако да се влага не скупља.
4.2 Изложеност морској води и хемикалијама
За директан контакт са морском водом, серија 5ккк (5083, 5086, 5052) је устаљени избор. 6ккк легуре се понекад користе у морским структурама са заштитним мерама, али нису први избор за урањање у слану воду. Тамо где је окружење агресивно, елоксирање (обично 10–25 µм дебљине премаза према ИСО 7599) или органски премаз додаје баријеру, а компатибилност цеви са транспортованом течношћу увек треба да се потврди пре спецификације.
5. Прикључци и заваривање
5.1 Заваривање
5ккк легуре (5083, 5086, 5052) добро заварују са одговарајућим пунилима - на пример ЕР5356 или ЕР5183 за 5083 по АВС Д1.2 - и задржавају свој учинак корозије у споју.
6061 се може заварити са ЕР4043 или ЕР5356 пунилом по АВС Д1.2, али зона{4}}захваћена топлотом губи отпорност на Т6: локална чврстоћа у зони завара опада према жареном нивоу, тако да спој мора бити пројектован на основу {{6}јаче зоне} заваривања, а не матичне{7}.
2ккк легуре се генерално не препоручују за заварене конструкције.
5.2 Прирубнице, фитинги и спојеви
Прирубнички спојеви за алуминијумске цеви обично користе анодизиране или обложене алуминијумске прирубнице са не-металним заптивкама, плус изолационе комплете где се вод повезује са челиком. Навојни спојеви су могући код дебљих зидова, али облик навоја и дубина морају бити у складу са стандардом цеви; за рад под притиском већина дизајнера преферира заварене или прирубничке спојеве у односу на навоје.
6. Температурни ефекти
Температура утиче на алуминијум у два супротна смера и оба су битна.
висока температура:снага и дозвољени напон падају са порастом температуре. Легуре отврднуте на падавинама-као што је 6061-Т6 такође могу да престаре када се држе током дужег периода на температури изнад отприлике 150–200 степени , тако да континуирана топлота захтева смањено дозвољено оптерећење на основу података о материјалу у коду дизајна, а темперамент после сервисирања треба да се провери тамо где старење представља ризик.
Криогена температура:за разлику од угљеничног челика, алуминијум не показује дуктилни-у-прелаз; жилавост на удар се задржава на ниским температурама, због чега је алуминијум одређен за ЛНГ (-162 степена), течни кисеоник (-183 степен) и течни азот (-196 степени). Тврдње о екстремним температурама као што је -269 степени треба проверити у односу на податке о специфичној легури, а не претпоставити, а линији је и даље потребна одговарајућа изолација - висока топлотна проводљивост алуминијума (отприлике 130–220 В/м·К у зависности од легуре) повећава улазак топлоте у хладну линију, тако да је дизајн изолације део дизајна паковања.
7. Наручивање и стандарди
Ставите стандард на сваку линију поруџбине. За бешавне цеви, АСТМ Б241 (бешавне цеви од алуминијума и легуре алуминијума-) је уобичајена референца; за вучене цеви примењује се АСТМ Б210 (бешавне цеви извучене од алуминијума и алуминијумске{4}}легура). На кинеском тржишту, ГБ/Т 4437.1 покрива екструдиране цеви од легуре алуминијума, а ГБ/Т 6893 покрива хладно{8}}вучене цеви од легуре алуминијума. Европски купци обично наручују ЕН 755 за екструдиране шипке, шипке, цеви и профиле. Комплетна линија поруџбине наводи: легура, темперамент, спољашњи пречник, дебљина зида, дужина, стандард, завршна обрада површине и количина - стандард затим дефинише хемију, толеранције димензија, верификацију температуре и захтеве за испитивање.
Округла алуминијумска цев у млинској завршној обради, типична за екструдирани материјал за структуралне и под притиском.
Узорци алуминијумске цеви са равним крајевима; дебљина зида и завршна обрада су видљиви на пресеку.
Алуминијумске цеви пре сечења на дужину - легуре, величина и темперамент су потврђени у односу на поруџбину пре обраде.
ФАК
Шта је Барлоуова формула и како се користи за дебљину зида?
Барлоуова једначина обруча напрезања σ=П·Д/(2т) повезује унутрашњи притисак са напоном у зиду у цеви са танким -зидом. Преуређен као т=П·Д/(2С), даје дебљину зида за дозвољени напон С преузет из кода дизајна. Претпоставља се да је Д/т већи или једнак 10; за дебље зидове, Ламеова једначина или ФЕА је тачнија.
Која је легура алуминијума најбоља за употребу у морској води?
Серија 5ккк - 5083, 5086 и 5052 - је устаљени избор за директан контакт са морском водом, комбинујући отпорност на корозију са чврстоћом и заварљивошћу. 6061 може се појавити у морским конструкцијама са заштитним мерама, али није први избор за урањање.
Да ли се алуминијумска цев може заварити?
Да. 5ккк легуре се лако заварују са одговарајућим пунилима. 6061 добро заварују, али губе Т6 темперамент у зони погођеном топлотом-, тако да спој мора да буде пројектован на основу јачине- зоне заваривања. АВС Д1.2 покрива дизајн и избор пунила за алуминијумске конструкције.
Како да спречим галванску корозију између алуминијума и челика?
Држите два метала електрично изолована тако да алуминијум не делује као жртвована анода: комплети изолационих прирубница, не-заптивке, обложени причвршћивачи и дренажа спојева, све то прекида електрични и електролитски пут.
Који стандарди покривају алуминијумске цеви?
АСТМ Б241 за бешавне цеви, АСТМ Б210 за вучену цев, ГБ/Т 4437.1 за екструдирану цев и ГБ/Т 6893 за хладно{4}}вучену цев на кинеском тржишту и ЕН 755 за европске наруџбине. Стандард дефинише захтеве за хемију, толеранције, темперамент и испитивање.
Да ли температура ограничава сервис алуминијумских цеви?
На високој температури дозвољено напрезање опада и легуре 6ккк ризикују прекомерно-старење, тако да је континуирани рад обично ограничен знатно испод 200 степени за отпорност конструкције. На криогеној температури алуминијум задржава своју жилавост, због чега се користи за ЛНГ и водове течног кисеоника.