Tubos de aço sem costura para cilindros hidráulicos de alta pressão

Cilindros hidráulicos de alta pressão requerem tubos de aço sem costura com resistência excepcional, durabilidade, e resistência à pressão para garantir um desempenho confiável em condições extremas. Tubos sem costura são preferidos a tubos soldados devido à sua estrutura uniforme, falta de costuras de solda, e capacidade superior para suportar altas pressões internas. Esta resposta detalha os tipos de tubos de aço sem costura comumente usados, suas notas materiais, padrões, e propriedades mecânicas.

1. Por que tubos de aço sem costura?

Tubos de aço sem costura são fabricados extrusando um tarugo sólido através de uma haste de piercing, criando um tubo oco sem soldas. Este processo garante:

• Espessura uniforme da parede e força.
• Sem pontos fracos (por exemplo, costuras de solda) Isso pode falhar sob pressão.
• Resistência aprimorada ao estresse de argola, crítico para aplicações de alta pressão.

O estresse do aro (S_H) em um vaso de pressão cilíndrico é calculado como:

S_h = (P × d) / (2 × t)

Onde:

• P = pressão interna (MPa)
• D = diâmetro externo (milímetros)
• t = espessura da parede (milímetros)

Tubos sem costura podem sustentar σ_H mais alto devido às suas propriedades de material consistente.

2. Graus de tubo de aço sem costura comuns

Vários graus de aço de carbono e liga são usados ​​para cilindros hidráulicos de alta pressão, selecionado com base na força, resistência, e fabricação.

3. Padrões -chave para tubos sem costura

Esses padrões garantem precisão dimensional, qualidade do material, e resistência à pressão:

• DE 2391 / EN 10305-1: Tubos de aço sem costura de precisão para sistemas hidráulicos e pneumáticos, enfatizando tolerâncias apertadas e superfícies suaves.
• ASTM A519: Tubulação mecânica de aço carbono e liga sem costura, adequado para aplicações de alta pressão.
• GB 18248: Tubos de aço sem costura para cilindros a gás e hidráulicos, amplamente utilizado na China.
• JIS G3429: Tubos de aço sem costura para cilindros a gás de alta pressão, aplicável a sistemas hidráulicos.

4. Propriedades mecânicas e critérios de seleção

A escolha do tubo sem costura depende da pressão operacional, temperatura, e design do cilindro. As principais propriedades incluem:

• Força de rendimento (S_Y): Deve exceder o estresse máximo induzido pela pressão.
• Resistência à tracção: Garante resistência à ruptura.
• Alongamento: Indica a ductilidade para formação e resistência à fadiga.
• Dureza: Afeta a resistência ao desgaste, especialmente para superfícies afiadas.

Exemplo de cálculo: Para um cilindro com p = 35 MPa, D = 100 milímetros, e t = 10 milímetros:

S_h = (35 × 100) / (2 × 10) = 175 MPa

Uma nota como o ST52 (S_y = 355 MPa) é suficiente, com um fator de segurança de ~ 2.

5. Tipos e recursos específicos de tubos

5.1 ST52 (E355)

ST52 é um aço carbono de alta resistência, muitas vezes desenhado a frio e aprimorado para superfícies internas lisas. É ideal para barris de cilindro hidráulico devido ao seu equilíbrio de força (S_Y ≥ 355 MPa) e resistência.

5.2 SAE 4140 (42CrMo)

Este aço de liga oferece força superior (S_Y ≥ 650 MPa) e hardenabilidade, tornando-o adequado para cilindros de alta pressão (por exemplo, 5000–10.000 psi). Muitas vezes é tratado termicamente para um desempenho aprimorado.

5.3 37Mn e 34crmo4

Esses aços de liga são usados ​​em cilindros de gás de alta pressão e hidráulicos. 34CrMo4, com seu conteúdo de cromo e molibdênio, fornece excelente resistência à fadiga e pode lidar com pressões excedentes 50 MPa.

6. Processo de fabricação

Tubos sem costura para cilindros hidráulicos são normalmente:

• Pedido a frio: Aumenta a precisão dimensional e o acabamento da superfície.
• Aprimorado: Fornece uma superfície interna suave (RA ≤ 0.4 μm) para movimento do pistão e longevidade do selo.
• Tratado termicamente: A normalização ou a extinção/temperamento melhora as propriedades mecânicas.

7. Dimensões típicas

8. Considerações práticas

Classificação de pressão: Os tubos devem suportar pressões de 2000 psi (13.8 MPa) para superar 10,000 psi (69 MPa), dependendo da aplicação.
Corrosão: O aço carbono requer revestimentos ou inibidores em ambientes úmidos; aço inoxidável (por exemplo, 304/316) é uma alternativa para fluidos corrosivos.
Fadiga: A carga cíclica requer alta resistência à fadiga, favorecendo aços de liga como 4140 ou 34crmo4.

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