油圧チューブ不足時の生産動向 そのⅡ

May 16, 2023

ウィン・カーンズ、インディアナ地下鉄株式会社

編集者注: この記事は、高圧用途向けの小径流体輸送ラインの市場と製造に関する 2 部構成のシリーズの 2 番目です。 第 1 部では、これらの用途向けの従来製品の国内供給状況が不足していることについて説明しました。 パート II では、この市場向けの 2 つの型破りな製品について説明します。

自動車技術会によって指定された 2 種類の溶接油圧チューブ (SAE-J525 および SAE-J356A) は共通の起源を持っており、その仕様書も同様です。 平鋼帯を幅方向にスリットし、ロール成形により管状に成形します。 フィンロールツールでストリップのエッジを研磨した後、チューブを高周波電気抵抗溶接で加熱し、加圧ロール間で鍛造して溶接シームを形成します。 溶接後、OD バリは通常炭化タングステン製の固定ツールで除去されます。 ID フラッシュは固定工具で取り外すか、設計上の最大高さに制御されます。

この溶接プロセスの説明は一般的なものであり、実際の製造では多くの小さなプロセスの違いが存在します (図 1 を参照)。 それにもかかわらず、この 2 つは多くの共通の機械的特性を持っています。

チューブの破損、および一般的な破損モードは、引張荷重または圧縮荷重に分類できます。 ほとんどの材料では、引張下での破損は圧縮時よりも低い応力値で発生します。 つまり、ほとんどの材料は引張よりも圧縮の方がはるかに強いのです。 コンクリートはその一例です。 圧縮には非常に強いのですが、内部に鉄筋（鉄筋）のネットワークを入れて鋳造しない限り、簡単に引き裂いてしまいます。 このため、鋼は引張荷重下で試験され、極限引張強さ (UTS) が決定されます。 3 つの油圧チューブ仕様にはすべて、UTS 310 MPa (45,000 PSI) という同様の要件があります。

圧力チューブは油圧に耐える能力が必要なため、別途計算や破壊試験、破裂試験が必要となる場合があります。 計算により、壁の厚さ、材料の UTS、および OD を考慮した理論上の極限破裂圧力を決定できます。 J525 チューブと J356A チューブは同じ寸法にすることができるため、唯一の変数は UTS です。 一般的な引張値である 50,000 PSI を与えると、0.500 x 0.049 インチでの予測破裂圧力となります。 チューブは両方の製品で同じ 10,908 PSI です。

計算では同じ結果が予測されますが、実際のアプリケーションにおける違いの 1 つは、実際の壁の厚さに関係します。 J356A では、仕様に概説されているように、内径溶接バリはチューブの直径に基づいて最大寸法に制御されます。 バリを除去した製品である J525 の場合、フラッシュスカーフプロセスでは ID を意図的に約 0.002 インチアンダーカットすることが多く、その結果溶接部で局所的な肉厚の薄肉化が生じます。 肉厚は後の冷間加工によって埋められますが、残留応力と結晶粒方位が母材とは異なる可能性があり、肉厚は J356A として指定される同等のチューブよりわずかに薄い場合があります。

これにより、実際には、J356A と比較して J525 のバースト圧力が低下するシナリオが作成される可能性があります。

チューブの最終用途に応じて、主に単層フレアエンド形状の場合、潜在的な漏れ経路を排除するために ID フラッシュを除去するか平らにする (または滑らかにする) 必要があります。 J525 はスムーズな ID を備えているため、リーク パスの可能性がないと一般的に受け入れられていますが、これは誤解です。 J525 チューブは不適切な冷間加工により ID 縞が発生し、接続部に漏れ経路が発生する可能性があります。

バリの除去は、ID 壁から溶接ビードをせん断 (またはスカーフィング) することから始まります。 ローラーで支持されたマンドレルに固定されたスカーフィング ツールは、溶接ステーションを過ぎた直後のチューブ内に設置されます。 スカーフィング ツールが溶接ビードを除去している間、ローラーが誤って溶接スパッタの破片の上を転がり、溶接スパッタの破片をチューブの ID の表面に押し込みます (図 2 を参照)。 これは、削られたチューブやホーニングされたチューブなど、軽く加工されたチューブの場合に問題になります。