Disinn tal-Pipe tal-Aluminju: Ligi, Ħxuna tal-Ħitan, Standards

Il-pajp ta 'l-aluminju jintuża fl-immaniġġjar tal-fluwidu, qafas strutturali, HVAC, sistemi tal-baħar u krijoġeniċi minħabba li jgħaqqad densità baxxa, reżistenza għall-korrużjoni utli u tħaddim tajjeb. Disinn affidabbli jibda mill-kundizzjonijiet tas-servizz: il-pressjoni, it-temperatura, il-fluwidu li jinġarr, l-ambjent tal-madwar u l-metodu tat-twaħħil. Dan l-artikolu jistabbilixxi l-parametri li jiddeċiedu dimensjonijiet tad-disinn tal-pajp tal-ħoss -, liga, ħxuna tal-ħajt, kontroll tal-korrużjoni, iwweldjar u l-istandards li jordnaw kontra.

Takeaways Ewlenin

• Iddefinixxi l-pakkett tas-servizz l-ewwel: pressjoni, temperatura, fluwidu u ambjent imexxu kull għażla downstream ta 'daqs, liga u ħajt.
• Liga ssegwi l-ambjent: 6061 -T6 għal servizz ta 'pressjoni strutturali u ġenerali, 3003 u 5052 għal dmirijiet għal skopijiet ġenerali, u ligi 5xxx (5083, 5086, 5052) bħala l-ewwel għażla għall-kuntatt mal-ilma baħar.
• Il-ħxuna tal-ħajt għall-pajp tal-ħajt-rqiq hija kkalkulata bl-ekwazzjoni tal-istress taċ-ċrieki ta' Barlow σ=P·D/(2t); il-kodiċi tad-disinn imbagħad jikkonvertih f'bażi ​​ta' stress permissibbli-b'marġini ta' sikurezza espliċitu.
• Id-disinn tal-korrużjoni huwa prinċipalment iżolament galvaniku: l-aluminju huwa anodiku għall-azzar, ir-ram u l-istainless steel, għalhekk flanġijiet iżolanti, gaskits u qfieli miksija jipprevjenu attakk aċċellerat fil-konnessjonijiet.
• L-iwweldjar jibdel l-imġieba tal-materjal: 5xxx ligi iwweldjaw faċilment, filwaqt li 6061 jitlef it-temper T6 fiż-żona affettwata tas-sħana-, għalhekk is-saħħa taż-żona tal-weldjatura-irregola l-ġonta.
• L-aluminju jiddgħajjef hekk kif togħla t-temperatura u jżomm it-toughness tiegħu f'temperatura krijoġenika - iż-żewġ direzzjonijiet għandhom ikunu riflessi fil-bażi tad-disinn.

1. Parametri tad-Disinn tal-qalba

Kull speċifikazzjoni tal-pajp tal-aluminju tibda b'ħames numri: dijametru ta 'barra, ħxuna tal-ħajt, tul, u t-tolleranzi ta' straightness u ovalità permessi mill-istandard tal-ordni. Dawn isegwu mid-dazju - ir-rata tal-fluss tiffissa t-toqba, il-pressjoni tiffissa l-ħajt, u t-tqassim jiffissa t-tul.

Ir-rotta tal-manifattura hija importanti għall-ispiża u l-prestazzjoni:

Pajp estruż mingħajr saldatura- estruż bis-sħana minn billetta mingħajr weldjatura lonġitudinali; ir-rotta komuni għall-pajp tal-pressjoni, fornuta lil ASTM B241.

Tubu miġbud-kiesaħ- miġbud wara l-estrużjoni għal tolleranzi aktar stretti, ħitan irqaq u finitura tal-wiċċ aħjar; fornut lil ASTM B210 jew GB/T 6893.

Pajp iwweldjat- iffurmat minn strixxa u wweldjati; ekonomiku għal dijametri akbar u ħitan irqaq, b'saħħa li tiddependi fuq l-integrità u l-liga tal-weldjatura.

Għad-dazju strutturali, il-ħxuna tal-ħajt ħafna drabi hija stabbilita permezz ta 'buckling u ebusija aktar milli pressjoni; għad-dazju tal-fluwidu huwa stabbilit bil-pressjoni, li hija koperta fit-Taqsima 3.

2. Għażla ta 'Liga

Liga u temper jiffissaw is-saħħa, il-prestazzjoni tal-korrużjoni u l-iwweldjar tal-pajp. It-tabella hawn taħt telenka l-ligi l-aktar komunement speċifikati għall-pajp ta 'l-aluminju, b'qawwiet ta' rendiment minimi tipiċi għal forom ta 'pajpijiet u tubi skont ASTM B241 / ASTM B210.

Il-valuri huma minimi tipiċi għal forom ta' pajpijiet u tubi kif ippubblikati f'ASTM B241 u ASTM B210; tikkonferma l-figura eżatta bl-istandard applikabbli għat-temper u d-daqs ordnat. GB/T 4437.1 u GB/T 6893 jirregolaw tubu estruż u miġbud-kiesaħ rispettivament fis-suq Ċiniż.

Regola prattika: jekk il-pajp tmiss l-ilma baħar, speċifika liga 5xxx (5083, 5086 jew 5052) . 6061-T6 joffri saħħa tajba u magni, iżda r-reżistenza għall-korrużjoni tagħha f'ambjenti salini hija inferjuri għas-serje 5xxx, u 2xxx / 7xxx ligi għandhom reżistenza għall-korrużjoni fqira għal servizz marittimu jew ġenerali u mhumiex speċifikati għal servizz kimiku.

3. Disinn tal-Pressjoni u Ħxuna tal-Ħitan

Għal -pajp tal-ħajt irqiq - dijametru ta' barra diviż bil-ħxuna tal-ħajt ta' 10 jew aktar - l-istress taċ-ċrieki ikkawżat mill-pressjoni interna huwa kkalkulat bl-ekwazzjoni ta' Barlow:

σ = P × D / (2 × t)

fejnσ= tensjoni taċ-ċrieki (MPa),P= pressjoni tal-kejl interna (MPa),D= dijametru ta' barra (mm),t= ħxuna tal-ħajt (mm).

Irranġat mill-ġdid għal ħxuna tal-ħajt tad-disinn:

t = P × D / (2 × S)

fejnShija l-istress permissibbli stabbilit mill-kodiċi tad-disinn. ASME B31.3, pereżempju, id-daqsijiet jipproċessaw il-pajpijiet minn bażi permissibbli-istress - l-espressjoni sħiħa tagħha hija t=P·D / [2(S·E + P·Y)], li fiha E hija l-effiċjenza konġunta u Y koeffiċjent dipendenti fuq it-temperatura - aktar milli minn fattur ta' sigurtà kutra. Għal materjali li ma fihomx ħadid il-kodiċi jidderiva l-istress permissibbli bħala l-inqas ta 'bejn wieħed u ieħor terz tar-reżistenza tat-tensjoni (tensjoni/3.5) jew żewġ terzi tar-reżistenza (rendiment/1.5). Il-marġni kontra r-rendiment huwa għalhekk espliċitu fil-kalkolu aktar milli applikat bħala multiplikatur fiss.

Eżempju maħdum.Pajp 6061-T6 b'dijametru ta 'barra ta' 50 mm għal pressjoni tad-disinn ta '10 MPa. Skont ASTM B241 il-qawwiet minimi tipiċi tat-tensjoni u ta 'rendiment huma 290 MPa u 240 MPa, għalhekk l-istress permissibbli ta' stil B31.3 huwa l-inqas minn 290/3.5 ≈ 83 MPa u 240/1.5=160 MPa, jiġifieri S ≈ 83 MPa. Ħajt meħtieġ: t=10 × 50 / (2 × 83) ≈ 3.0 mm. L-istress taċ-ċrieki korrispondenti f'10 MPa huwa 83 MPa, u l-marġni kontra s-saħħa ta 'rendiment ta' 240 MPa huwa 240/83 ≈ 2.9. Dan l-eżempju juri l-metodu; disinn ta 'produzzjoni għandu juża l-istress permissibbli tal-kodiċi għat-temperatura operattiva attwali u għandu wkoll jiċċekkja l-pressjoni esterna, il-liwi, l-għeja u l-buckling.

Għal pajp tal-ħajt oħxon-(D/t taħt 10), l-ekwazzjoni ta 'Lame jew l-analiżi ta' elementi finiti hija aktar preċiża minn Barlow. L-FEA hija wkoll l-għodda prattika għal tagħbijiet ċikliċi: il-permessi tal-għeja għall-aluminju huma ppubblikati fil-kodiċijiet tad-disinn u fid-dejta tal-għeja tal-liga, għalhekk id-disinn għandu jkun ibbażat fuq dawk il-valuri aktar milli fuq l-għadd taċ-ċiklu preżunt.

4. Disinn tal-Korrużjoni

L-aluminju jipproteġi lilu nnifsu b'film ta 'ossidu naturali li jirriforma malajr meta jsir ħsara fil-biċċa l-kbira ta' l-atmosferi. Iż-żewġ kompiti tad-disinn huma li jżommu dak il-film intatt u li jiġu evitati kundizzjonijiet li jattakkawh.

4.1 Korrużjoni galvanika

F'koppja bimetallika, l-aluminju huwa anodiku għall-azzar, ir-ram, ir-ram u l-istainless steel. Fejn iż-żewġ metalli jikkuntattjaw fil-preżenza ta 'elettrolit, l-aluminju jissaddad aktar malajr. Kontromiżuri standard:

Kitts tal-flanġ iżolanti u gaskits mhux-metalliċi li jkissru l-kontinwità elettrika fil-ġonot imbevuti.

Qafliet miksija jew mhux-metalliċi, bi woxers taħt boltijiet tal-azzar.

L-ebda ħjut jew fittings ibbażati fuq ir-ram-f'kuntatt dirett mal-aluminju.

Ġonot iddisinjati għad-drenaġġ u l-ventilazzjoni sabiex l-umdità ma tiġborx.

4.2 Ilma baħar u espożizzjoni kimika

Għal kuntatt dirett tal-ilma baħar, is-serje 5xxx (5083, 5086, 5052) hija l-għażla stabbilita . 6xxx ligi kultant jintużaw fi strutturi tal-baħar b'miżuri protettivi, iżda mhumiex l-ewwel għażla għall-immersjoni fl-ilma mielaħ. Fejn l-ambjent huwa aggressiv, l-anodizzar (tipikament 10–25 µm ħxuna tal-kisi skont ISO 7599) jew kisja organika żżid barriera, u l-kompatibilità tal-pajp mal-fluwidu trasportat għandha dejjem tiġi kkonfermata qabel l-ispeċifikazzjoni.

5. Konnessjonijiet u Iwweldjar

5.1 Iwweldjar

Ligi 5xxx (5083, 5086, 5052) iwweldjaw sew b'fillers li jaqblu - pereżempju ER5356 jew ER5183 għal 5083 għal kull AWS D1.2 - u jżommu l-prestazzjoni tal-korrużjoni tagħhom fil-ġonta.

6061 jista 'jkun iwweldjat b'mili ER4043 jew ER5356 għal kull AWS D1.2, iżda ż-żona milquta tas-sħana -titlef it-temper T6: is-saħħa lokali fiż-żona tal-weldjatura taqa' lejn il-livell ittemprat, għalhekk il-ġonta għandha tkun iddisinjata fuq is-saħħa taż-żona tal-weldjatura-, mhux is-saħħa tal-ġenitur- tal-metall.

Ligi 2xxx ġeneralment mhumiex rakkomandati għal servizz strutturali wweldjat.

5.2 Flanġijiet, fittings u ġonot

Ġonot tal-flanġ għall-pajp tal-aluminju tipikament jużaw flanġijiet tal-aluminju anodizzati jew miksija b'gaskits mhux-metalliċi, flimkien ma' kits iżolanti fejn il-linja tgħaqqad mal-azzar. Ġonot bil-kamin huma possibbli f'ħitan eħxen iżda l-forma tal-ħajta u l-fond għandhom isegwu l-istandard tal-pajp; għal servizz ta 'pressjoni ħafna disinjaturi jippreferu ġonot iwweldjati jew flanġ fuq ħjut.

6. Effetti tat-Temperatura

It-temperatura taffettwa l-aluminju f'żewġ direzzjonijiet opposti, u t-tnejn jimpurtaw.

Temperatura għolja:is-saħħa u l-istress permissibbli jaqgħu hekk kif togħla t-temperatura. Preċipitazzjoni-ligi mwebbsa bħal 6061-T6 jistgħu wkoll iżżejjed meta jinżammu għal perjodi twal 'il fuq minn bejn wieħed u ieħor 150-200 grad , għalhekk servizz sħun kontinwu jeħtieġ stress permissibbli mnaqqas mid-dejta materjali fil-kodiċi tad-disinn, u t-temper wara s-servizz għandu jiġi vverifikat fejn it-tixjiħ huwa riskju.

Temperatura krijoġenika:b'differenza mill-azzar tal-karbonju, l-aluminju ma juri l-ebda transizzjoni duttili-għal-fraġli; It-toughness tal-impatt tinżamm f'temperatura baxxa, u huwa għalhekk li l-aluminju huwa speċifikat għal servizz LNG (-162 grad), ossiġnu likwidu (-183 grad) u nitroġenu likwidu (-196 grad). Pretensjonijiet dwar temperaturi estremi bħal -269 grad għandhom jiġu ċċekkjati kontra d-dejta tal-liga speċifika aktar milli suppost, u l-linja għadha teħtieġ insulazzjoni xierqa - konduttività termali għolja tal-aluminju (bejn wieħed u ieħor 130-220 W/m·K skont il-liga) iżid id-dħul tas-sħana f'linja kiesħa, għalhekk id-disinn tal-pakkett huwa parti minn insulazzjoni.

7. Ordni u Standards

Poġġi l-istandard fuq kull linja tal-ordni. Għal pajp mingħajr saldatura, ASTM B241 (pajp mingħajr saldatura tal-aluminju u -liga tal-aluminju) hija r-referenza komuni; għal tubu miġbud, japplika ASTM B210 (tubi mingħajr saldatura miġbudin tal-aluminju u -liga). Fis-suq Ċiniż, GB/T 4437.1 ikopri tubi estrużi ta 'liga tal-aluminju u GB/T 6893 ikopri tubi miġbudin kiesaħ -liga tal-aluminju. Ix-xerrejja Ewropej komunement jordnaw EN 755 għal virga, bar, tubu u profili estrużi. Linja tal-ordni kompluta tgħid: liga, temper, dijametru ta 'barra, ħxuna tal-ħajt, tul, standard, finitura tal-wiċċ u kwantità - l-istandard imbagħad jiddefinixxi l-kimika, it-tolleranzi dimensjonali, il-verifika tat-temper u r-rekwiżiti tat-test.

Pajp tond ta 'l-aluminju fil-finitura tal-mitħna, tipiku ta' stokk estruż għal servizz strutturali u ta 'pressjoni.

Kampjuni ta 'tubi ta' l-aluminju bi truf maqtugħin sempliċi; ħxuna tal-ħajt u finitura tal-bore huma viżibbli fis-sezzjoni.

L-istokk tal-pajp tal-aluminju qabel ma jinqatgħu għat-tul - liga, daqs u temper huma kkonfermati kontra l-ordni qabel l-ipproċessar.

FAQ

X'inhi l-formula ta 'Barlow u kif tintuża għall-ħxuna tal-ħajt?

L-ekwazzjoni tal-istress taċ-ċrieki ta' Barlow σ=P·D/(2t) tirrelata pressjoni interna mal-istress tal-ħajt f'pajp tal-ħajt-rqiq. Irranġat mill-ġdid bħala t=P·D/(2S), jagħti l-ħxuna tal-ħajt għal stress permess S meħud mill-kodiċi tad-disinn. Jassumi D/t Akbar minn jew ugwali għal 10; għal ħitan eħxen, l-ekwazzjoni ta 'Lame jew FEA hija aktar preċiża.

Liema liga tal-aluminju hija l-aħjar għas-servizz tal-ilma baħar?

Is-serje 5xxx - 5083, 5086 u 5052 - hija l-għażla stabbilita għal kuntatt dirett ta 'l-ilma baħar, li tgħaqqad ir-reżistenza għall-korrużjoni mas-saħħa u l-iwweldjar. 6061 tista' tidher fi strutturi tal-baħar b'miżuri protettivi, iżda mhix l-ewwel għażla għall-immersjoni.

Jista 'jiġi wweldjat il-pajp tal-aluminju?

Iva. 5xxx ligi iwweldjaw faċilment b'fillers li jaqblu. 6061 iwweldja sew iżda titlef it-temper T6 fiż-żona affettwata tas-sħana-, għalhekk il-ġonta għandha tkun iddisinjata fuq is-saħħa taż-żona tal-weldjatura-. AWS D1.2 tkopri l-għażla tad-disinn u tal-mili għal strutturi tal-aluminju.

Kif nipprevjeni l-korrużjoni galvanika bejn l-aluminju u l-azzar?

Żomm iż-żewġ metalli iżolati elettrikament sabiex l-aluminju ma jaġixxix bħala l-anodu tas-sagrifiċċju: kits tal-flanġ iżolanti, gaskits mhux-metalliċi, qfieli miksija u drenaġġ konġunt kollha jiksru t-triq elettrika u tal-elettroliti.

Liema standards ikopru pajp ta 'l-aluminju?

ASTM B241 għal pajp mingħajr saldatura, ASTM B210 għal tubu miġbud, GB/T 4437.1 għal tubu estruż u GB/T 6893 għal tubu miġbud-kesħa fis-suq Ċiniż, u EN 755 għal ordnijiet Ewropej. L-istandard jiddefinixxi l-kimika, it-tolleranzi, it-temper u r-rekwiżiti tat-test.

It-temperatura tillimita s-servizz tal-pajp tal-aluminju?

F'temperatura għolja l-istress permissibbli jaqa' u l-ligi 6xxx jirriskjaw li tixjieħ iżżejjed, għalhekk is-servizz kontinwu huwa normalment limitat sew taħt il-200 grad għal temperi strutturali. F'temperatura krijoġenika l-aluminju jżomm it-toughness tiegħu, u huwa għalhekk li jintuża għal LNG u linji ta 'ossiġnu likwidu.