لوله های آلومینیومی برای خودرو و هوا فضا: درجه ها، اندازه و اتصال

انتخاب مواد برای خطوط مایع خودرو

لوله آلومینیومی جایگزین فولاد و مس در سیستم های سیال خودرو شده است، زیرا توانایی فشار مورد نیاز را با تقریباً نصف وزن ارائه می دهد. روش معمول خودرو از 3003 H14 برای خطوط سوخت کم فشار و خطوط برگشت و 6061 T6 برای مدارهای هیدرولیک ترمز، کلاچ و فشار بالا-استفاده می‌کند. یک لوله 3003 H14 با استحکام کششی 145-150 مگاپاسکال با ازدیاد طول 8-12 درصد کار می کند، که شکل پذیری کافی برای شعاع خمش تنگ می دهد، در حالی که 6061 T6 استحکام کششی را به حدود 310 مگاپاسکال با تسلیم 276 مگاپاسکال و 12 درصد کشیدگی فشار برای افزایش می دهد.

مقاومت در برابر خوردگی عامل دوم است. لایه اکسید طبیعی در برابر نمک جاده، مایع ترمز و سوخت‌های مخلوط اتانول مقاومت می‌کند، و آزمایش‌های غوطه‌وری طولانی‌مدت-لوله 3xxx و 6xxx در خنک‌کننده گلیکول و در مخلوط‌های E10 تا E85 از دست دادن دیواره ناچیز را نشان می‌دهد. برای محیط های ساحلی و یخ زدایی-نمک، لوله 5052 H32 استحکام کششی 228 مگاپاسکال را با بهترین مقاومت کلریدی در گروه قابل جوش ارائه می دهد. آلومینیوم همچنین گرما را در 160-200 W/m·K هدایت می کند، که به ترمز و خطوط انتقال کمک می کند تا گرما را به جای هدایت در امتداد شاسی از بین ببرند.

نمرات و مشخصات لوله های هوافضا

لوله های هیدرولیک، سوخت و پنوماتیک هوافضا تحت مجموعه ای از محدودیت ها کار می کنند: فشار ثابت، عمر خستگی، تحمل ابعادی و قابلیت ردیابی کامل. خانواده های 2xxx و 7xxx در اینجا غالب هستند.

گریدهای آلومینیوم{0}}لیتیوم مانند 2099 T83 حدود 8-10 درصد سفتی و 3 درصد کاهش چگالی را در مقایسه با 7075 T6 اضافه می‌کنند که در کارکردهای طولانی هیدرولیک که هر کیلوگرم وزن دارد، ارزشمند است. در ازای آن، آنها نیازمند کنترل‌های شکل‌دهی و جابجایی دقیق‌تر هستند، زیرا آلیاژهای دارای لیتیوم نسبت به خوردگی تنشی در لبه‌های ماشین‌کاری شده و آلودگی در حین تعمیر حساس‌تر هستند.

لوله به ASTM B210 یا ASTM B210M برای لوله بدون درز کشیده شده و به ASTM B241 یا ASTM B241M برای لوله اکسترود شده مشخص شده است، با قطعات هوافضای 2024 و 7075 علاوه بر این بر اساس مشخصات مواد هوافضای قابل اعمال برای آلیاژ سفارش داده شده است. تحمل ضخامت دیوار در لوله هوافضا معمولاً به مثبت یا منفی 10 درصد اسمی است، با تحمل قطر داخل 0.1 میلی متر در خطوط دقیق. سطح داخلی باید تمیز و خشک باشد، زیرا باقیمانده روغن کششی یا رطوبت منبع خوردگی و آلودگی سیستم است.

خمش، ضخامت دیوار و رتبه بندی فشار

ضخامت دیوار با رابطه بارلو برای لوله نازک-دیوار تنظیم می‌شود: فشار کاری مجاز دو برابر تنش مجاز برابر ضخامت دیوار تقسیم بر قطر خارجی است. با استفاده از تنش مجاز 165 مگاپاسکال، که 60 درصد استحکام تسلیم 276 مگاپاسکال 6061 T6 است، فشارهای کاری محاسبه شده در زیر نشان می‌دهد که چگونه قطر و دیواره امتیاز را هدایت می‌کنند.

تمرین هوافضا از همان فرمول با تنش مجاز کمتر پیروی می کند، معمولاً یک چهارم استحکام کششی نهایی برای خطوط هیدرولیک بحرانی پرواز، و هر لوله با 1.5 برابر فشار کاری سیستم آزمایش می شود. خمش روی مندرل یا خم کن‌های چرخشی با حداقل شعاع خط مرکزی 3 برابر قطر بیرونی برای خطوط خودرو و 4 تا 6 برابر قطر برای خطوط هوافضا انجام می‌شود، جایی که دایره‌ای باید پس از خمش تا 2 درصد باقی بماند. ابزارسازی با درج های پلیمری یا پلی تترا فلوئورواتیلن از ضربه زدن بر روی سوراخ لوله جلوگیری می کند و جبران برگشت فنری 1 تا 3 درجه در داده های ابزار تعبیه شده است. زمانی که خم باعث نازک شدن بیش از 15 درصد دیواره در قسمت بیرونی خم شود، لوله سخت شده با کرنش{11}}پس از شکل‌گیری شدید بازپخت می‌شود.

پیوستن به فناوری‌ها برای مجموعه‌های لوله

لوله به ندرت به عنوان طول لخت استفاده می شود. به اتصالات، به شیلنگ ها و به طور فزاینده ای به ساختار خودرو یا بدنه هواپیما متصل می شود. پنج فرآیند اکثر نیازهای تولید را پوشش می دهند.

برای مجموعه‌های سازه‌ای، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک اتصال کاملاً یکپارچه را با سرعت حرکت 1 تا 2 متر در دقیقه با راندمان اتصال در ناحیه 90 درصد استحکام فلز اصلی در اکستروژن‌های 6xxx ایجاد می‌کند. پرچ‌های خود سوراخ‌شونده و چسباندن چسب در جاهایی استفاده می‌شوند که گرما را نمی‌توان تحمل کرد، و اتصال چسب با بست‌های مکانیکی عمر خستگی را در مقایسه با بست‌ها به تنهایی بهبود می‌بخشد. لوله آلومینیومی متصل به فولاد باید از نظر الکتریکی در محل اتصال ایزوله شود یا یک پوشش تبدیل به MIL-DTL-5541 داده شود، در غیر این صورت خوردگی گالوانیکی به آلومینیوم در سطح مشترک حمله می کند.

بازرسی، آزمایش و ردیابی

کیفیت لوله در سه نقطه تأیید می‌شود: سیم‌پیچ یا بیلت ورودی،-در فرآیند شکل‌گیری و مونتاژ نهایی. روش غیرمخرب استاندارد برای لوله آلومینیومی، آزمایش جریان گردابی با استاندارد ASTM E215 است که ناپیوستگی های طولی و محیطی را در دیوار تشخیص می دهد. نقشه برداری ضخامت دیوار اولتراسونیک در خطوط هوافضا برای تأیید حداقل دیوار پس از خمش استفاده می شود و بازرسی نافذ رنگ مطابق ASTM E1417 برای جوش ها و انتهای ماشینکاری شده اعمال می شود. سپس هر مجموعه ای با فشار ثابت در 1.5 برابر فشار کاری یا با آزمایش نشتی با هوا زیر آب یا گاز کمی آزمایش می شود.

قابلیت ردیابی بخشی از مشخصات است، نه یک اضافی اختیاری. لوله هوافضا با شماره حرارت، آلیاژ، درجه حرارت، گواهی آسیاب و سوابق ابعادی تحویل داده می شود که قطعه را از طریق خمش، جوشکاری و مونتاژ دنبال می کند، به طوری که یک تعمیر یا بازرسی ناوگان می تواند به یک قطعه تولید خاص متصل شود. خطوط خودرو از مسیری سبکتر اما معادل با قابلیت ردیابی زیاد روی لوله و نظارت بر فرآیند بر روی خم کن و سلول جوش پیروی می کنند.

سوالات متداول

س: کدام آلیاژ آلومینیوم برای خطوط ترمز خودرو استفاده می شود؟
لوله بدون درز کشیده شده 6061 T6 برای مدارهای ترمز و کلاچ معمول است، با 3003 H14 برای سوخت فشار پایین تر و خطوط برگشتی که قابلیت خمش بیش از استحکام مهم است استفاده می شود.

س: ضخامت دیواره لوله چگونه محاسبه می شود؟
از رابطه بارلو استفاده کنید: فشار کاری برابر است با دو برابر تنش مجاز بار ضخامت دیوار تقسیم بر قطر خارجی. با فشار مجاز 165 مگاپاسکال، یک لوله 6.35 میلی‌متری با دیواره 1.0 میلی‌متری حدود 52 مگاپاسکال است.

س: چه شعاع خمشی در لوله آلومینیومی قابل دستیابی است؟
خمش سنبه یا چرخشی برای خطوط خودرو شعاع خط مرکزی 3 برابر قطر بیرونی دارد. خطوط هوافضا معمولاً از 4 تا 6 برابر قطر استفاده می کنند تا دایره ای را در 2 درصد نگه دارند.

س: چرا لوله آلومینیومی در جایی که فولاد را ملاقات می کند به پوشش نیاز دارد؟
آلومینیوم و فولاد یک جفت گالوانیکی را تشکیل می دهند و طرف آلومینیومی ترجیحاً در حضور رطوبت خورده می شود. پوشش تبدیل به MIL-DTL-5541 یا یک آستین عایق در محل اتصال از آن جلوگیری می کند.

س: لوله آلومینیومی چگونه برای نقص آزمایش می شود؟
آزمایش جریان گردابی به ASTM E215 روش اصلی برای ناپیوستگی دیوار است که با نقشه برداری ضخامت دیواره اولتراسونیک، نفوذ رنگ در جوش به ASTM E1417 و آزمایش فشار یا نشت اجزای نهایی- پشتیبانی می شود.

س: آیا لوله آلومینیومی{0}}لیتیومی ارزش هزینه اضافی را دارد؟
بله در مسیرهای هیدرولیک بحرانی وزن طولانی-: 2099 T83 حدود 3 درصد در چگالی صرفه جویی می کند و 8 تا 10 درصد سفتی را نسبت به 7075 T6 اضافه می کند، اما برای جلوگیری از خوردگی تنش در شرایط لبه، به کنترل کنترل دقیق تری نیاز دارد.