צינורות אלומיניום לרכב ותעופה וחלל: ציונים, מידות וחיבורים

בחירת חומרים לקווי נוזלים לרכב

שפופרת אלומיניום עקרה פלדה ונחושת במערכות נוזלי רכב מכיוון שהיא מספקת את יכולת הלחץ הנדרשת בערך במחצית המשקל. תרגול אופייני לרכב משתמש ב-3003 H14 עבור קווי דלק וקווי חזרה בלחץ נמוך- ו-6061 T6 עבור מעגלים הידראוליים בלמים, מצמד ולחץ גבוה-. צינור 3003 H14 פועל בחוזק מתיחה של 145-150 MPa עם התארכות של 8-12 אחוזים, מה שנותן משיכות מספקת לרדיוסי כיפוף הדוקים, בעוד ש-6061 T6 מעלה את חוזק המתיחה לכ-310 MPa עם תפוקה של 276 MPa ו-12 אחוזי אורך לחץ.

עמידות בפני קורוזיה היא הנהג השני. שכבת התחמוצת הטבעית מתנגדת למלח כביש, נוזל בלמים ואתנול-דלקים מעורבבים, ובדיקות טבילה ארוכות טווח של צינורות 3xxx ו-6xxx בנוזל קירור גליקול ובתערובות E10 עד E85 מראות אובדן קיר זניח. עבור סביבות חוף ו-הקרח-מלח, צינור 5052 H32 מציע חוזק מתיחה של 228 MPa עם עמידות הכלוריד הטובה ביותר בקבוצה הניתנת לריתוך. האלומיניום גם מוליך חום ב-160-200 W/m·K, מה שעוזר לקווי הבלמים וההעברה להשיל חום במקום להוביל אותו לאורך השלדה.

ציונים ומפרטים של צינורות תעופה וחלל

צינורות הידראוליים, דלק ופנאומטיים של תעופה וחלל פועלים תחת סט אחר של אילוצים: לחץ הוכחה, חיי עייפות, סובלנות ממדים ועקיבות מלאה. משפחות 2xxx ו-7xxx שולטות כאן.

אלומיניום-ציוני ליתיום כגון 2099 T83 מוסיפים כ-8-10 אחוזים קשיחות והפחתה של 3 אחוזים בצפיפות בהשוואה ל-7075 T6, שהוא בעל ערך בריצות הידראוליות ארוכות שבהן כל קילוגרם חשוב. בתמורה, הם דורשים בקרות צורה וטיפול הדוקים יותר, מכיוון שסגסוגות הנושאות ליתיום רגישות יותר לקורוזיה במתח בקצוות המעובדים ולזיהום במהלך התיקון.

הצינור מצוין ל-ASTM B210 או ASTM B210M עבור צינור נמשך ללא תפרים ול-ASTM B241 או ASTM B241M עבור צינור שחול, כאשר חלקי תעופה וחלל 2024 ו-7075 הוזמנו בנוסף בהתאם למפרט החומר החלל החל עבור הסגסוגת. סובלנות עובי דופן בצינור תעופה וחלל נהוגה להחזיק בפלוס מינוס 10 אחוז מהנומינלי, עם סובלנות קוטר בתוך 0.1 מ"מ בקווי דיוק. המשטח הפנימי חייב להיות נקי ויבש, שכן שאריות חומר סיכה או לחות הם מקור לקורוזיה ולזיהום המערכת כאחד.

דירוגי כיפוף, עובי דופן ולחץ

עובי הקיר נקבע עם הקשר של Barlow עבור צינור דק-: לחץ העבודה המותר שווה פי שניים מהלחץ המותר כפול עובי הקיר חלקי הקוטר החיצוני. תוך שימוש במתח מותר של 165 MPa, שהם 60 אחוזים מחוזק התשואה של 276 MPa של 6061 T6, לחצי העבודה המחושבים להלן מראים כיצד הקוטר והקיר מניעים את הדירוג.

תרגול תעופה וחלל פועל לפי אותה נוסחה עם מתח מותר נמוך יותר, בדרך כלל רבע מחוזק מתיחה אולטימטיבי לקווים הידראוליים קריטיים-לטיסה, וכל צינור נבדק בהוכחה בפי 1.5 מלחץ העבודה של המערכת. הכיפוף מתבצע על מכופפי משיכה סיבוביים עם רדיוס קו מרכז מינימלי של פי 3 מהקוטר החיצוני עבור קווי רכב ופי 4 עד 6 מהקוטר עבור קווי תעופה וחלל, כאשר המעגליות חייבת להישאר בטווח של 2 אחוזים לאחר הכיפוף. כלי עבודה עם תוספות פולימר או פולי-טטרה-פלואורואתילן מונע צריבה על פתח הצינור, ופיצוי קפיצה של 1 עד 3 מעלות מובנה בנתוני הכלים. צינור מוקשה-מתקשה לאחר היווצרות חמורה כאשר העיקול גורם ליותר מ-15 אחוזים של דילול דופן בצד החיצוני של העיקול.

הצטרפות לטכנולוגיות למכלולי צינורות

צינור משמש לעתים רחוקות כאורך חשוף; הוא מחובר לאביזרים, לצינורות ויותר ויותר למבנה הרכב או השלד. חמישה תהליכים מכסים את רוב צרכי הייצור.

עבור מכלולים מבניים, ריתוך בחיכוך מייצר מפרק מגובש במלואו במהירויות נסיעה של 1 עד 2 מטר לדקה עם יעילות מפרקים באזור של 90 אחוז מחוזק מתכת האב בשיחול 6xxx. ניטור-עצמי והדבקה דביקה משמשים היכן שלא ניתן לסבול חום, והדבקה עם מחברים מכניים משפרת את חיי העייפות באופן משמעותי בהשוואה למחברים בלבד. צינור אלומיניום המחובר לפלדה חייב להיות מבודד חשמלי בחיבור או לקבל ציפוי המרה ל-MIL-DTL-5541, אחרת קורוזיה גלוונית תוקפת את האלומיניום בממשק.

בדיקה, בדיקה ומעקב

איכות הצינור מאומתת בשלוש נקודות: סליל נכנס או בילט,- בתהליך גיבוש והרכבה מוגמרת. השיטה הלא הרסנית הסטנדרטית לצינור אלומיניום היא בדיקת זרם מערבולת לפי ASTM E215, המזהה אי רציפות אורכיים והיקפיים בקיר. מיפוי עובי דופן על-קולי משמש בקווי תעופה וחלל כדי לאשר את הקיר המינימלי לאחר כיפוף, ובדיקת חודר צבע ל-ASTM E1417 מיושמת על ריתוכים ועל קצוות מעובדים. לאחר מכן כל מכלול נבדק בלחץ, או על ידי לחץ הוכחה בלחץ עבודה פי 1.5 או על ידי בדיקת דליפה עם אוויר מתחת למים או גז עקבות.

עקיבות היא חלק מהמפרט, לא תוספת אופציונלית. שפופרת תעופה וחלל מסופקת עם מספר חום, סגסוגת, מזג, תעודת טחינה ורישומי מידות העוקבים אחר החלק דרך כיפוף, ריתוך והרכבה, כך שניתן לקשור תיקון או בדיקת צי למגרש ייצור ספציפי. קווי רכב עוברים מסלול קל יותר אך שווה ערך, עם יכולת מעקב על הצינור וניטור תהליך על המכופף ותא הריתוך.

שאלות נפוצות

ש: איזו סגסוגת אלומיניום משמשת לקווי בלמים לרכב?
צינור 6061 T6 נמשך ללא תפר נפוץ עבור מעגלי בלמים ומצמד, כאשר 3003 H14 משמש לקווי דלק וקווי חזרה בלחץ נמוך יותר, שבהם הכיפוף חשוב יותר מאשר החוזק.

ש: כיצד מחושב עובי דופן הצינור?
השתמש ביחס של Barlow: לחץ העבודה שווה פי שניים מהלחץ המותר כפול עובי הדופן חלקי הקוטר החיצוני. עם מתח מותר של 165 מגפ"ס, צינור של 6.35 מ"מ בקיר של 1.0 מ"מ מדורג כ-52 מגפ"ס.

ש: איזה רדיוס עיקול ניתן להשיג בצינור אלומיניום?
כיפוף משיכה או סיבוב סיבובי מחזיק ברדיוס קו מרכז של פי 3 מהקוטר החיצוני עבור קווי רכב. קווי תעופה וחלל משתמשים בדרך כלל בקוטר פי 4 עד 6 כדי לשמור על מעגליות בתוך 2 אחוזים.

ש: מדוע צינור אלומיניום צריך ציפוי במקום בו הוא פוגש פלדה?
אלומיניום ופלדה יוצרים זוג גלווני, וצד האלומיניום משחית בעדיפות בנוכחות לחות. ציפוי המרה ל-MIL-DTL-5541 או שרוול מבודד במפרק מונע זאת.

ש: כיצד נבדקת צינור אלומיניום לאיתור פגמים?
בדיקת זרם מערבולת ל-ASTM E215 היא השיטה העיקרית לאי-רציפות בקירות, הנתמכת על ידי מיפוי עובי דופן קולי, חודר צבע על ריתוכים ל-ASTM E1417 ובדיקת לחץ או דליפה מוגמרת של-רכיבים.

ש: האם צינור ליתיום-אלומיניום שווה את העלות הנוספת?
כן בריצות הידראוליות ארוכות-: 2099 T83 חוסך כ-3 אחוז בצפיפות ומוסיף 8-10 אחוז בקשיחות על פני 7075 T6, אך הוא זקוק לשליטה הדוקה יותר בטיפול כדי למנוע קורוזיה במתח בתנאי קצה.