Izbira materiala za avtomobilske tekočinske cevi
Aluminijasta cev je izpodrinila jeklo in baker v avtomobilskih tekočinskih sistemih, ker zagotavlja zahtevano tlačno zmogljivost pri približno polovici teže. Tipična avtomobilska praksa uporablja 3003 H14 za nizkotlačne-gorivne in povratne vode ter 6061 T6 za zavorne, sklopke in visoko{6}}tlačne hidravlične tokokroge. Cev 3003 H14 deluje pri natezni trdnosti 145-150 MPa z 8-12-odstotnim raztezkom, kar daje dovolj duktilnosti za ozke upogibne radije, medtem ko 6061 T6 dvigne natezno trdnost na približno 310 MPa z izkoristkom 276 MPa in 12-odstotnim raztezkom za tlačno delovanje.
Odpornost proti koroziji je drugi dejavnik. Plast naravnega oksida je odporna na cestno sol, zavorno tekočino in goriva,-zmešana z etanolom, dolgotrajni-preizkusi potopitve cevi 3xxx in 6xxx v hladilno tekočino z glikolom in v mešanicah E10 do E85 pa kažejo zanemarljivo izgubo stene. Za obalna okolja in okolja z od-od-soljo ponuja cev 5052 H32 natezno trdnost 228 MPa z najboljšo odpornostjo na kloride v skupini za varjenje. Aluminij tudi prevaja toploto pri 160–200 W/m·K, kar pomaga pri zavorah in prenosnih vodih odvajati toploto, namesto da bi jo prevajalo vzdolž šasije.
Razredi in specifikacije letalskih cevi
Hidravlične, cevne cevi za gorivo in pnevmatske cevi za vesoljsko vesoljsko okolje delujejo pod drugačnim nizom omejitev: dokazni tlak, obremenitev, toleranca dimenzij in popolna sledljivost. Tu prevladujeta družini 2xxx in 7xxx.
| Zlitina in temper | Tipična uporaba v vesolju | Natezna trdnost | Meja tečenja | Območje delovanja |
|---|---|---|---|---|
| 2024 T3 | Hidravlične tlačne cevi | 483 MPa | 345 MPa | -55 do 150 stopinj |
| 7075 T6 | Visokotlačni-pnevmatski in strukturni vodi | 572 MPa | 503 MPa | -55 do 120 stopinj |
| 2099 T83 | Teža-kritične hidravlične cevi | 545 MPa | 500 MPa | -55 do 150 stopinj |
| 6061 T6 | Niz{0}}tlačne cevi za gorivo in zrak | 310 MPa | 276 MPa | -55 do 150 stopinj |
Razredi aluminija-litija, kot je 2099 T83, dodajo približno 8-10 odstotkov togosti in 3-odstotno zmanjšanje gostote v primerjavi s 7075 T6, kar je dragoceno pri dolgih hidravličnih vožnjah, kjer šteje vsak kilogram. V zameno zahtevajo strožji nadzor oblikovanja in ravnanja, ker so zlitine, ki vsebujejo litij, bolj občutljive na napetostno korozijo na obdelanih robovih in na kontaminacijo med popravilom.
Cev je določena v skladu z ASTM B210 ali ASTM B210M za vlečeno brezšivno cev in v skladu z ASTM B241 ali ASTM B241M za ekstrudirano cev, pri čemer so deli za vesoljska letalstva 2024 in 7075 dodatno naročeni glede na veljavne specifikacije letalskih materialov za zlitino. Toleranca debeline stene na cevi za vesoljsko industrijo je običajno plus ali minus 10 odstotkov nominalne, s toleranco premera znotraj 0,1 mm na natančnih linijah. Notranja površina mora biti čista in suha, saj so ostanki vlečnega maziva ali vlage vir korozije in kontaminacije sistema.
Upogibanje, debelina stene in ocene tlaka
Debelina stene je nastavljena z Barlowovim razmerjem za tank{0}}stensko cev: dovoljeni delovni tlak je enak dvakratni dovoljeni napetosti, pomnoženi z debelino stene, deljeno z zunanjim premerom. Z uporabo dovoljene napetosti 165 MPa, kar je 60 odstotkov meje tečenja 276 MPa 6061 T6, spodnji izračunani delovni tlaki kažejo, kako premer in stena vplivata na oceno.
| Zunanji premer | Debelina stene | Izračunani delovni tlak | Tipična uporaba |
|---|---|---|---|
| 4,76 mm | 0,8 mm | 55 MPa | Zavorni vod in sklopka |
| 6,35 mm | 1,0 mm | 52 MPa | Zavorni vod, dovod goriva |
| 9,52 mm | 1,2 mm | 42 MPa | Servo volan in cev za gorivo |
| 12,7 mm | 1,5 mm | 39 MPa | Hladilno sredstvo in zračni vod |
| 15,88 mm | 2,0 mm | 42 MPa | Hidravlični povratni vod |
Letalska in vesoljska praksa sledi isti formuli z nižjo dovoljeno obremenitvijo, običajno eno četrtino končne natezne trdnosti za-kritične hidravlične cevi, vsaka cev pa je preizkušena pri 1,5-kratnem delovnem tlaku sistema. Upogibanje se izvaja na trnih ali rotacijskih krivuljih z najmanjšim polmerom središčnice, ki je 3-kratni zunanji premer za avtomobilske proge in 4- do 6-kratni premer za letalske linije, kjer mora krožnost po upogibanju ostati znotraj 2 odstotkov. Orodje s polimernimi ali politetrafluoroetilenskimi vložki preprečuje ugriz na izvrtino cevi, kompenzacija vzmeti od 1 do 3 stopinj pa je vgrajena v podatke o orodju. Utrjena cev-je žarjena po težkem oblikovanju, ko upogib povzroči več kot približno 15-odstotno tanjšanje stene na zunanji strani upogiba.
Tehnologije spajanja za cevne sklope
Cev se redko uporablja kot gola dolžina; pritrjen je na priključke, cevi in vedno bolj na strukturo vozila ali letala. Pet procesov pokriva večino proizvodnih potreb.
| Proces | Tipična uporaba | Ključna prednost |
|---|---|---|
| Avtomatsko orbitalno varjenje z volframovim inertnim plinom | Oprema za gorivo in hidravliko | Popolna penetracija, čist notranji del |
| Varjenje s trenjem in mešanjem | Nosilci okvirja, strukturna cev | Pol{0}}prevodniški spoj blizu matične trdnosti |
| Samo{0}}zakovičenje | Strukture telesa iz mešanih materialov | Hitro, brez toplotnega učinka |
| Lasersko trdo spajkanje s polnilom ER4047 | Vidni kozmetični sklepi | Majhna deformacija, zatesnjen šiv |
| Magnetno pulzno varjenje | Spoji aluminij na jeklo ali baker | Združuje različne kovine brez taljenja |
Pri strukturnih sklopih varjenje s trenjem in mešanjem ustvari popolnoma utrjen spoj pri hitrosti gibanja od 1 do 2 metra na minuto z učinkovitostjo spoja v območju 90 odstotkov trdnosti osnovne kovine pri ekstruzijah 6xxx. Samo-kovičenje in lepljenje z lepilom se uporabljata tam, kjer ni mogoče prenašati toplote, lepljenje z mehanskimi pritrdilnimi elementi pa bistveno izboljša življenjsko dobo proti utrujenosti v primerjavi s samimi pritrdilnimi elementi. Aluminijasta cev, spojena z jeklom, mora biti na spoju električno izolirana ali mora biti prevlečena s pretvorbenim premazom MIL-DTL-5541, sicer galvanska korozija napade aluminij na vmesniku.
Pregled, testiranje in sledljivost
Kakovost cevi je preverjena na treh točkah: vhodna tuljava ali gredica,-oblikovanje v postopku in končana montaža. Standardna neporušitvena metoda za aluminijaste cevi je testiranje z vrtinčnimi tokovi po ASTM E215, ki zazna vzdolžne in obodne prekinitve v steni. Ultrazvočno kartiranje debeline stene se uporablja na letalskih linijah za potrditev minimalne stene po upogibanju, penetrantna kontrola barvila po ASTM E1417 pa se uporablja za zvare in strojno obdelane konce. Vsak sklop je nato testiran pod tlakom, bodisi s preizkusnim tlakom pri 1,5-kratnem delovnem tlaku ali s preskusom tesnjenja z zrakom pod vodo ali sledilnim plinom.
Sledljivost je del specifikacije in ne izbirni dodatek. Aerospace tube je dobavljena s toplotnim številom, zlitino, temperaturo, certifikatom rezanja in dimenzijskimi zapisi, ki sledijo delu skozi krivljenje, varjenje in sestavljanje, tako da je popravilo ali pregled voznega parka mogoče povezati z določeno proizvodno serijo. Avtomobilske linije sledijo lažji, a enakovredni poti, s sledljivostjo serije na cevi in spremljanjem procesa na upogibni napravi in varilni celici.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Katera aluminijeva zlitina se uporablja za avtomobilske zavorne cevi?
6061 T6 vlečena brezšivna cev je običajna za zavorne kroge in tokokroge sklopke, 3003 H14 pa se uporablja za nižjetlačne cevi za gorivo in povratne cevi, kjer je upogljivost pomembnejša od trdnosti.
V: Kako se izračuna debelina stene cevi?
Uporabite Barlowovo razmerje: delovni tlak je enak dvakratni dovoljeni napetosti, pomnoženi z debelino stene, deljeno z zunanjim premerom. Z dovoljeno obremenitvijo 165 MPa ima cev 6,35 mm pri steni 1,0 mm približno 52 MPa.
V: Kakšen radij upogiba je mogoče doseči v aluminijasti cevi?
Upogibanje s trnom ali rotacijskim vlečenjem drži polmer središčnice 3-kratnega zunanjega premera za avtomobilske vrvice. Letalske linije običajno uporabljajo 4- do 6-kratni premer, da ohranijo krožnost znotraj 2 odstotkov.
V: Zakaj potrebuje aluminijasta cev prevleko, kjer se sreča z jeklom?
Aluminij in jeklo tvorita galvanski par, stran aluminija pa v prisotnosti vlage prednostno korodira. Prevleka za pretvorbo v MIL-DTL-5541 ali izolacijski tulec na spoju to preprečuje.
V: Kako se aluminijasta cev testira na napake?
Preskušanje z vrtinčnimi tokovi po ASTM E215 je primarna metoda za prekinitve stene, podprta z ultrazvočnim kartiranjem debeline stene, penetrantom barvila na zvarih po ASTM E1417 in preskusom-končnega tlaka ali puščanja komponent.
V: Ali je aluminija-litijeva cev vredna dodatnih stroškov?
Da pri-kritičnih hidravličnih vožnjah z veliko težo: 2099 T83 prihrani približno 3 odstotke pri gostoti in doda 8–10 odstotkov togosti v primerjavi s 7075 T6, vendar potrebuje strožji nadzor pri ravnanju, da se izogne napetostni koroziji na robovih.