Подробный анализ материалов и свойств высокоточных сплавных труб

Запрос на трубу из прецизионного сплава описывает репутацию, а не требование. «Прецизионный» — это слово, которое использует каждый производитель, но ни один стандарт его не определяет. Стандарт определяет допуск, а допуск — это число со знаком и единицей измерения, прикрепленное к размеру.

Разница не является академической, поскольку два числа, имеющие значение для трубы, написаны в разных валютах. В стандарте ASTM A269, стандарте для бесшовных и сварных аустенитных нержавеющих труб общего назначения, наружный диаметр трубы от 12,7 мм до 38,1 мм поддерживается с допуском плюс или минус 0,005 дюйма (0,13 мм), а стенка той же трубы — с допуском плюс или минус 10 %. Одно число является абсолютным, а другое — процентным, и второе изменяется в зависимости от толщины стенки, которую вы заказываете.

На трубе со стенкой 2,0 мм 10 % составляют плюс или минус 0,20 мм, что в 1,5 раза превышает допуск на наружный диаметр. На трубе со стенкой 0,8 мм те же 10 % составляют плюс или минус 0,08 мм, что меньше допуска на диаметр. Одна и та же строка одного и того же стандарта дает два разных обещания, и чертеж должен читаться с учетом фактически указанной стенки.

На этой странице излагается, что фактически фиксирует стандарт на трубы, какие из трех размеров трубы могут быть зафиксированы одновременно, какова разница в стоимости между средней и минимальной стенкой, и почему чистота поверхности является отдельной покупкой от точности размеров.

ASTM A269 является полезным справочным материалом, поскольку это стандарт, который чаще всего цитируется для труб общего назначения и для контрольно-измерительных приборов, а его таблица размеров достаточно коротка, чтобы воспроизвести ее полностью. Приведенные ниже значения — это допуски на наружный диаметр и стенку, и стандарт применяется к номинальной толщине стенки 0,5 мм и выше.

Две особенности этой таблицы определяют большую часть последующего. Допуск на диаметр увеличивается в абсолютных величинах по мере увеличения размера трубы, что является нормальным, поскольку процесс волочения и обработка более крупной бухты добавляют вариации. Допуск на стенку остается на уровне 10 % в четырех из пяти диапазонов размеров, что означает, что он масштабируется в зависимости от стенки, а не от диаметра.

Существует также граница в стандарте, которую редко упоминают на страницах каталогов: она применяется от номинальной стенки 0,5 мм и выше. Ниже этой величины продукт относится к другому классу, обычно к капиллярным или иглам для инъекций, и заказывается по другому документу с другими правилами проверки. Покупатель, запрашивающий стенку 0,3 мм по стандарту A269, запрашивает то, что стандарт не охватывает.

Круглая труба описывается тремя размерами, и только два из них являются независимыми. Стенка — это половина разницы между наружным и внутренним диаметром, поэтому любые два из трех определяют третий.

Чертеж, который устанавливает допуск на все три размера, поэтому устанавливает допуск на величину, которая уже определена, и три допуска обычно противоречат друг другу. Труба на верхней границе допуска на наружный диаметр и верхней границе допуска на стенку имеет внутренний диаметр выше собственного предела, и инспектор должен решить, по каким из трех чисел фактически была куплена деталь. Производители решают это одинаково каждый раз: чертеж цитируется с примечанием с просьбой указать, какие два размера являются определяющими, и заказ не двигается до тех пор, пока на примечание не будет дан ответ.

Выбор двух размеров также определяет процесс. Волочение с оправкой контролирует стенку и внутренний диаметр, поскольку оправка задает внутреннее отверстие, а фильера — наружное. Вытяжка без внутренней поддержки уменьшает наружный диаметр и позволяет увеличиваться стенке, поэтому она контролирует наружный размер, а стенка следует за ним. Безоправочное шлифование корректирует наружный диаметр и поверхность, но не может исправить уже неправильную стенку. Чертеж, который фиксирует внутренний диаметр и стенку, выбирает путь, который стоит дороже, чем чертеж, который фиксирует наружный диаметр и стенку, а разница в цене — это разница в процессе.

Допуск на стенку в таблице применяется к одному из двух определений, и стандарт требует, чтобы в заказе на покупку было указано, к какому именно. Заказ на среднюю стенку допускает стенку, которая в некоторых точках ниже номинальной, при условии, что среднее значение по длине и окружности остается в пределах допуска. Заказ на минимальную стенку требует, чтобы ни одно измерение не было ниже номинального значения.

Арифметика проста, а коммерческие последствия — нет. Возьмем номинальную стенку 2,0 мм с допуском плюс или минус 10 %.

Заказ на минимальную стенку для стенки 2,0 мм, следовательно, покупает трубу со средней стенкой 2,22 мм и может содержать на 11 % больше металла, чем предполагает номинальное значение, до учета эксцентриситета. На тонкостенной трубе масса почти пропорциональна стенке, поэтому цена меняется вместе с ней. Заказ на покупку, в котором указана стенка 2 мм и нет дальнейших уточнений, оставляет выбор производителю, и производитель укажет интерпретацию, которая использует меньше металла.

Различие также влияет на номинальное давление. Расчет на разрыв использует минимальную стенку, поэтому конструкция, которая предполагала 2,0 мм и получила трубу со средней стенкой с минимальной стенкой 1,8 мм, имеет более тонкую границу давления, чем предполагал расчет, даже если труба соответствует стандарту.

Эксцентриситет — это вариация стенки вокруг одного поперечного сечения, и ни одна колонка в таблице размеров не указывает его напрямую. То, что таблица называет допуском на стенку, применяется к измеренной стенке, и труба может соответствовать допуску на стенку по среднему значению, имея при этом отверстие, которое явно смещено. Следствием этого является толстая стенка с одной стороны и тонкая с другой, при этом среднее значение находится в пределах диапазона.

Источник этой вариации находится выше конечной фильеры. Эксцентриситет возникает на заготовке или слябе, где разница температур по сечению приводит к неравномерному течению металла, и каждое последующее волочение уменьшает его, не устраняя. Производитель, указывающий значение концентричности, указывает результат своего контроля процесса, а не свойство сплава, поэтому два поставщика могут поставлять продукцию по стандарту A269 и производить трубы, которые по-разному ведут себя в теплообменнике.

Тонкие стенки усугубляют проблему, и стандарт это признает. A269 допускает более тонкую трубу, у которой стенка составляет 3 % от наружного диаметра или менее, превышать нормальный диапазон овальности в два раза, при условии, что среднее значение максимальных и минимальных показаний по-прежнему соответствует. На трубе диаметром 25,4 мм граница 3 % приходится на стенку 0,76 мм, поэтому труба со стенкой 0,7 мм относится к облегченному классу, а труба со стенкой 1,0 мм — нет. Чертеж, который указывает тонкую стенку и значение круглости, не замечая этой границы, указал два требования, которые стандарт не согласовывает.

Для теплообменника это не косметическая проблема. Тепловая мощность зависит от стенки, номинальное давление зависит от минимальной стенки, а соединение труба-трубная решетка зависит от стенки в месте вальцовки. Труба, соответствующая допуску на среднюю стенку и имеющая тонкое сечение в сварном шве, прошла стандарт и все же может не пройти соединение.

Никакой допуск на размеры не ограничивает поверхность. A269 требует трубу, чистую и свободную от окалины, и не устанавливает значение шероховатости, поэтому две трубы могут иметь одинаковый допуск плюс или минус 0,13 мм на наружный диаметр и отличаться на порядок по шероховатости.

Где важна поверхность, требование поступает через другой документ или через строку на чертеже. Санитарные трубы заказываются по ASTM A270, который добавляет требование к чистоте и поверхности, которого нет в A269. Фармацевтические и полупроводниковые трубы требуют электрополированной отделки, и отделка указывается как средняя шероховатость в микрометрах, с указанием длины измерения и инструмента. Чертеж, на котором написано «гладкое отверстие», не содержит ничего, что можно было бы проверить.

Причина коммерческого различия в том, что шероховатость достигается отдельной операцией. Волочение устанавливает размер, а полировка или электрополировка — отделку, и вторая операция имеет свою цену, свой срок поставки и свой процент брака. Предложение, которое объединяет их, не указывая значение шероховатости, предлагает отделку, которую покупатель не может обеспечить.

Прецизионная труба — это не семейство материалов. Это класс продукта, который находится поверх нескольких семейств материалов, и каждое семейство регулируется своим собственным стандартом на трубы. Стандарт затем решает, какие испытания будут отражены в сертификате, поэтому выбор сплава влияет на всю документацию.

Две позиции в этой таблице требуют примечания. Титан класса 2 — это коммерчески чистый класс, используемый для труб конденсаторов и теплообменников, а класс 5 — это высокопрочный сплав, трубы которого заказываются по спецификации для аэрокосмических труб, поэтому два класса не взаимозаменяемы при заказе конденсатора. Прецизионные трубы из углеродистой и низколегированной стали находятся вне таблицы, поскольку они регулируются стандартом EN 10305-1 и выражают свои допуски в виде классов, а не единой таблицы размеров. Включение этого класса в запрос на никелевый сплав изменяет маршрут проверки, сертификат и основу цены.

Область применения каждого документа имеет ограничение по размеру, которое стоит прочитать перед запросом предложения. Например, ASTM B163 охватывает бесшовные трубы из никеля и никелевых сплавов для конденсаторов и теплообменников диаметром до 3 дюймов (76,2 мм) и толщиной стенки до 0,148 дюйма (3,76 мм). Требование, выходящее за эти рамки, относится к спецификации на трубы, а не к спецификации на трубы, и требования к испытаниям меняются вместе с ним.

График испытаний — это то, где два иначе похожих заказа расходятся.

Труба 316, заказанная по A269, и та же труба, заказанная по A213, — это один и тот же сплав, но не одна и та же покупка. Вторая несет результат испытания на растяжение и другой маршрут приемки, и если применение — теплообменник, то вторая — это документ, который нужен конструктору. Отправка сертификата A269 рецензенту, который запросил A213, не решает вопрос, поскольку отсутствующее испытание не может быть выведено из химии.

Четыре ошибки составляют большую часть переписки по заказу на прецизионные трубы, и все четыре видны до размещения заказа.

Первая — это чертеж, который указывает наружный диаметр, внутренний диаметр и стенку, каждый с допуском. Геометрия делает один из трех избыточным, и три предела будут противоречить друг другу на краях своих диапазонов. Решение — установить допуск на два размера и указать третий как справочный.

Вторая — это значение стенки без указания основы. Средняя стенка и минимальная стенка отличаются примерно на 11 % по металлу при стенке 2 мм, и производитель укажет более легкую интерпретацию, если в заказе это не указано.

Третья — это требование к круглости или концентричности для тонкой стенки, где стандарт уже ослабил допуск на овальность, поскольку сечение не может выдержать его при термообработке. Требование не является невыполнимым, но требует другого процесса и другой цены.

Четвертая — это требование к поверхности, выраженное словом. «Гладкий», «чистый» и «полированный» не поддаются измерению, и ни одно из них не проходит входной контроль. Значение шероховатости с указанием длины измерения поддается проверке.

DLX поставляет никелевые сплавы и нержавеющие трубы из Чанчжоу, Цзянсу, в бесшовном и сварном исполнении, а также те же семейства сплавов в виде прутка, проволоки и ленты, где деталь приобретает другую форму. Трубы производятся в соответствии со стандартом, указанным в заказе на покупку, с указанием основы стенки, и по запросу доступен сертификат EN 10204 3.1 с номером плавки, прослеживаемым до результатов испытаний.

Два вопроса закрывают большинство предложений на трубы. Первый — какие два размера являются определяющими, поскольку этот ответ определяет чертеж и процесс. Второй — является ли значение стенки средним или минимальным, поскольку этот ответ определяет массу и цену.

Это означает любой допуск, указанный на чертеже, и не более того. ASTM A269 поддерживает наружный диаметр трубы от 12,7 до 38,1 мм с допуском плюс или минус 0,005 дюйма (0,13 мм), а стенку — с допуском плюс или минус 10 %. Это два разных типа обещаний, и чертеж, который использует слово без цифр, не указал ни одного из них.

Поскольку стенка — это половина разницы между двумя диаметрами, третий показатель определяется двумя другими. Три допуска на три зависимых размера будут противоречить друг другу на крайних значениях своих диапазонов, и производитель спросит, какие два являются определяющими, прежде чем дать предложение. Установите допуск на два размера и отметьте третий как справочный.

Заказ на среднюю стенку допускает показания ниже номинальных, если среднее значение остается в пределах допуска. Заказ на минимальную стенку требует, чтобы ни одно показание не было ниже номинального. Для стенки 2,0 мм с допуском 10 % заказ на минимальную стенку требует среднего значения 2,22 мм, что примерно на 11 % больше металла, чем предполагает номинальное значение.

Потому что тонкое сечение деформируется при термообработке. ASTM A269 допускает, чтобы труба, у которой стенка составляет 3 % от наружного диаметра или менее, превышала нормальный диапазон овальности в два раза, при условии, что среднее значение максимальных и минимальных показаний по-прежнему соответствует. На трубе диаметром 25,4 мм эта граница находится на стенке 0,76 мм.

Ее можно поставлять по A269, а теплообменник обычно заказывается по A213 для нержавеющих сталей или по B163 для никелевых сплавов, поскольку эти стандарты содержат требования к прочности на растяжение и неразрушающие требования, от которых зависит конструкция. Сплав может быть идентичным, а сертификат — нет.

Нет. Допуск на размеры ограничивает размер и ничего не говорит о шероховатости. A269 требует чистую трубу без окалины и не устанавливает значение шероховатости. Санитарные трубы заказываются по A270, а фармацевтическая отделка указывается как средняя шероховатость в микрометрах с указанием длины измерения.

Прецизионная труба определяется числами, принадлежащими к разным системам. Наружный диаметр поддерживается абсолютным значением, которое растет с размером, стенка поддерживается процентом, который растет со стенкой, допуск на овальность ослабляется для тонкого сечения, а поверхность контролируется отдельным документом или значением шероховатости на чертеже. Заказ на покупку, который охватывает все четыре аспекта, определяет трубу. Тот, который говорит «прецизионный», определяет отношения с поставщиком.

Геометрия добавляет ограничение, которое не может устранить ни одна таблица допусков. Стенка — это половина разницы между двумя диаметрами, поэтому два размера свободны, а третий следует за ними. Определение того, какие два размера являются свободными, и является ли стенка средней или минимальной, определяет чертеж, процесс, массу и цену в этом порядке.

ASTM A269/A269M, стандартная спецификация для бесшовных и сварных аустенитных нержавеющих стальных труб общего назначения, для таблицы допусков на наружный диаметр и стенку, правила овальности для тонких стенок и границы номинальной стенки 0,5 мм.

ASTM A213/A213M, стандартная спецификация для бесшовных ферритных и аустенитных легированных стальных труб для котлов, пароперегревателей и теплообменников, для требований к прочности на растяжение, которые отличают ее от A269.

ASTM A270, стандартная спецификация для санитарных труб, для требований к чистоте и поверхности, которые находятся вне таблицы размеров.

ASTM B163, стандартная спецификация для бесшовных никелевых и никелевых сплавов для конденсаторов и теплообменников, для ограничения области применения диаметром 3 дюйма и минимальной толщиной стенки 0,148 дюйма.

ASTM B165, стандартная спецификация для бесшовных труб из никель-медных сплавов, охватывающая холоднокатаные бесшовные трубы из Monel 400.

ASTM B167, стандартная спецификация для бесшовных труб из никель-хром-железных сплавов, охватывающая семейство 600, 601 и 690.

ASTM B622 и B626, стандартные спецификации для бесшовных и сварных никелевых и никель-кобальтовых сплавов, охватывающие коррозионностойкие марки с содержанием молибдена.

EN 10305-1, бесшовные холоднотянутые прецизионные стальные трубы, как отдельная система допусков, которая регулирует класс труб из углеродистой и низколегированной стали.

Приведенные здесь значения допусков являются опубликованными значениями для указанных стандартов и не являются сертификатом для поставленной партии. Труба принимается по редакции стандарта, указанной в заказе на покупку, а более поздние редакции пересматривают таблицы. Где значение рассчитывается, как в сравнении средней и минимальной стенки, это арифметическая иллюстрация определений, а не значение, взятое из стандарта. Эксцентриситет является результатом конкретного маршрута процесса и не фиксируется ни одной из приведенных здесь таблиц размеров. Шероховатость поверхности измеряется по указанному методу и указанной длине, а значение шероховатости без этих двух деталей не может быть проверено. Спецификации продукта пересматриваются, и редакция, указанная в заказе, имеет преимущественную силу. Ничто из вышеизложенного не является заменой инженерного разрешения или квалификационных испытаний, согласованных между покупателем и поставщиком.