एल्यूमिनियम पाइप डिजाइन: मिश्र धातु, दीवार की मोटाई, मानक

एल्युमीनियम पाइप का उपयोग द्रव प्रबंधन, संरचनात्मक फ्रेमिंग, एचवीएसी, समुद्री और क्रायोजेनिक प्रणालियों में किया जाता है क्योंकि यह कम घनत्व, उपयोगी संक्षारण प्रतिरोध और अच्छी कार्यशीलता को जोड़ता है। एक विश्वसनीय डिज़ाइन सेवा शर्तों से शुरू होता है: दबाव, तापमान, ले जाया गया तरल पदार्थ, आसपास का वातावरण और जुड़ने की विधि। यह आलेख उन मापदंडों को निर्धारित करता है जो ध्वनि पाइप डिज़ाइन - आयाम, मिश्र धातु, दीवार की मोटाई, संक्षारण नियंत्रण, वेल्डिंग और ऑर्डर करने के मानकों को तय करते हैं।

चाबी छीनना

• पहले सेवा लिफाफे को परिभाषित करें: दबाव, तापमान, तरल पदार्थ और पर्यावरण आकार, मिश्र धातु और दीवार के प्रत्येक डाउनस्ट्रीम विकल्प को संचालित करते हैं।
• मिश्र धातु पर्यावरण का अनुसरण करती है: संरचनात्मक और सामान्य दबाव सेवा के लिए 6061 - टी6, सामान्य प्रयोजन कर्तव्यों के लिए 3003 और 5052, और समुद्री जल संपर्क के लिए पहली पसंद के रूप में 5xxx मिश्र धातु (5083, 5086, 5052)।
• पतली दीवार पाइप के लिए दीवार की मोटाई की गणना बार्लो के घेरा तनाव समीकरण σ=P·D/(2t) के साथ की जाती है; फिर डिज़ाइन कोड इसे एक स्पष्ट सुरक्षा मार्जिन के साथ स्वीकार्य तनाव आधार में परिवर्तित कर देता है।
• संक्षारण डिजाइन मुख्य रूप से गैल्वेनिक अलगाव है: एल्यूमीनियम स्टील, तांबे और स्टेनलेस स्टील के लिए एनोडिक है, इसलिए इंसुलेटिंग फ्लैंज, गास्केट और लेपित फास्टनरों कनेक्शन पर त्वरित हमले को रोकते हैं।
• वेल्डिंग सामग्री के व्यवहार को बदल देती है: 5xxx मिश्र आसानी से वेल्ड हो जाते हैं, जबकि 6061 गर्मी से प्रभावित क्षेत्र में T6 स्वभाव खो देता है, इसलिए वेल्ड क्षेत्र की ताकत जोड़ को नियंत्रित करती है।
• तापमान बढ़ने पर एल्युमीनियम कमजोर हो जाता है और क्रायोजेनिक तापमान पर अपनी कठोरता बनाए रखता है - दोनों दिशाओं को डिजाइन के आधार पर प्रतिबिंबित किया जाना चाहिए।

1. कोर डिजाइन पैरामीटर्स

प्रत्येक एल्यूमीनियम पाइप विनिर्देश पांच नंबरों से शुरू होता है: बाहरी व्यास, दीवार की मोटाई, लंबाई, और ऑर्डरिंग मानक द्वारा अनुमत सीधापन और अंडाकार सहनशीलता। ये कर्तव्य से अनुसरण करते हैं - प्रवाह दर बोर को ठीक करती है, दबाव दीवार को ठीक करती है, और लेआउट लंबाई को ठीक करता है।

विनिर्माण मार्ग लागत और प्रदर्शन के लिए मायने रखता है:

सीमलेस एक्सट्रूडेड पाइप- बिना किसी अनुदैर्ध्य वेल्ड वाले बिलेट से गर्म निकाला गया; एएसटीएम बी241 को आपूर्ति किए गए दबाव पाइप के लिए सामान्य मार्ग।

ठंडी-खींची गई ट्यूबसख्त सहनशीलता, पतली दीवारों और बेहतर सतह फिनिश के लिए एक्सट्रूज़न के बाद तैयार किया गया -; एएसटीएम बी210 या जीबी/टी 6893 को आपूर्ति की गई।

वेल्डेड पाइप- पट्टी और वेल्डेड से निर्मित; बड़े व्यास और पतली दीवारों के लिए किफायती, वेल्ड अखंडता और मिश्र धातु के आधार पर ताकत के साथ।

संरचनात्मक कर्तव्य के लिए, दीवार की मोटाई अक्सर दबाव के बजाय बकलिंग और कठोरता से निर्धारित की जाती है; द्रव कर्तव्य के लिए इसे दबाव द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो धारा 3 में शामिल है।

2. मिश्र धातु चयन

मिश्र धातु और तापमान पाइप की ताकत, संक्षारण प्रदर्शन और वेल्डेबिलिटी को ठीक करते हैं। नीचे दी गई तालिका एल्यूमीनियम पाइप के लिए सबसे अधिक निर्दिष्ट मिश्र धातुओं को सूचीबद्ध करती है, जिसमें एएसटीएम बी241 / एएसटीएम बी210 के अनुसार पाइप और ट्यूब रूपों के लिए विशिष्ट न्यूनतम उपज ताकत होती है।

मान पाइप और ट्यूब रूपों के लिए विशिष्ट न्यूनतम हैं जैसा कि एएसटीएम बी241 और एएसटीएम बी210 में प्रकाशित किया गया है; आदेशित तापमान और आकार के लिए लागू मानक के साथ सटीक आंकड़े की पुष्टि करें। जीबी/टी 4437.1 और जीबी/टी 6893 चीनी बाजार में क्रमशः एक्सट्रूडेड और कोल्ड{5}}ड्रॉन ट्यूब को नियंत्रित करते हैं।

एक व्यावहारिक नियम: यदि पाइप समुद्री जल को छूता है, तो 5xxx मिश्र धातु (5083, 5086 या 5052) निर्दिष्ट करें।

3. दबाव डिजाइन और दीवार की मोटाई

पतली दीवार पाइप - के लिए बाहरी व्यास को 10 या उससे अधिक की दीवार की मोटाई से विभाजित किया जाता है - आंतरिक दबाव के कारण होने वाले घेरा तनाव की गणना बार्लो के समीकरण के साथ की जाती है:

σ = P × D / (2 × t)

कहाँσ= घेरा तनाव (एमपीए),P= आंतरिक गेज दबाव (एमपीए),D= बाहरी व्यास (मिमी),t= दीवार की मोटाई (मिमी)।

डिज़ाइन दीवार की मोटाई के लिए पुनर्व्यवस्थित:

t = P × D / (2 × S)

कहाँSडिज़ाइन कोड द्वारा निर्धारित स्वीकार्य तनाव है। उदाहरण के लिए, एएसएमई बी31.3, स्वीकार्य तनाव के आधार पर पाइपिंग के आकार को संसाधित करता है - इसकी पूर्ण अभिव्यक्ति टी=पी·डी / [2(एस·ई + पी·वाई)] है, जिसमें ई संयुक्त दक्षता है और वाई एक कंबल सुरक्षा कारक के बजाय तापमान पर निर्भर गुणांक - है। अलौह सामग्रियों के लिए कोड स्वीकार्य तनाव को तन्य शक्ति (तन्यता/3.5) के लगभग एक तिहाई से कम या उपज शक्ति (उपज/1.5) के दो तिहाई से कम के रूप में प्राप्त करता है। इसलिए उपज के विरुद्ध मार्जिन को निश्चित गुणक के रूप में लागू करने के बजाय गणना में स्पष्ट किया जाता है।

काम किया उदाहरण.10 एमपीए डिज़ाइन दबाव के लिए 50 मिमी बाहरी व्यास वाला 6061-टी6 पाइप। एएसटीएम बी241 के अनुसार विशिष्ट न्यूनतम तन्यता और उपज शक्ति 290 एमपीए और 240 एमपीए हैं, इसलिए बी31.3-शैली स्वीकार्य तनाव 290/3.5 ≈ 83 एमपीए और 240/{{13 }} एमपीए, यानी एस ≈ 83 एमपीए से कम है। आवश्यक दीवार: टी=10 × 50 / (2 × 83) ≈ 3.0 मिमी। 10 एमपीए पर संबंधित घेरा तनाव 83 एमपीए है, और 240 एमपीए उपज शक्ति के खिलाफ मार्जिन 240/83 ≈ 2.9 है। यह उदाहरण विधि को दर्शाता है; एक उत्पादन डिज़ाइन को वास्तविक ऑपरेटिंग तापमान के लिए कोड स्वीकार्य तनाव का उपयोग करना चाहिए और बाहरी दबाव, झुकने, थकान और बकलिंग की भी जांच करनी चाहिए।

मोटी दीवार पाइप (डी/टी 10 से नीचे) के लिए, लेम का समीकरण या परिमित तत्व विश्लेषण बार्लो की तुलना में अधिक सटीक है। एफईए चक्रीय भार के लिए भी व्यावहारिक उपकरण है: एल्यूमीनियम के लिए स्वीकार्य थकान डिजाइन कोड और मिश्र धातु थकान डेटा में प्रकाशित की जाती है, इसलिए डिजाइन अनुमानित चक्र गणना के बजाय उन मूल्यों पर आधारित होना चाहिए।

4. संक्षारण डिजाइन

एल्युमीनियम एक प्राकृतिक ऑक्साइड फिल्म से अपनी रक्षा करता है जो अधिकांश वायुमंडलों में क्षतिग्रस्त होने पर तुरंत सुधार करता है। दो डिज़ाइन कार्य उस फिल्म को बरकरार रखना और उस पर हमला करने वाली स्थितियों से बचना है।

4.1 गैल्वेनिक संक्षारण

द्विधातु युग्म में, एल्यूमीनियम स्टील, तांबा, पीतल और स्टेनलेस स्टील के लिए एनोडिक है। जहां दो धातुएं इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में संपर्क करती हैं, वहां एल्यूमीनियम तेजी से संक्षारित होता है। मानक प्रतिउपाय:

इंसुलेटिंग फ़्लैंज किट और गैर-धातु गैसकेट जो बोल्ट वाले जोड़ों पर विद्युत निरंतरता को तोड़ते हैं।

स्टील बोल्ट के नीचे वॉशर के साथ लेपित या गैर -धात्विक फास्टनरों।

एल्युमीनियम के सीधे संपर्क में कोई तांबा आधारित धागा या फिटिंग नहीं।

जोड़ों को जल निकासी और वेंटिलेशन के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि नमी एकत्र न हो।

4.2 समुद्री जल और रासायनिक जोखिम

सीधे समुद्री जल संपर्क के लिए, 5xxx श्रृंखला (5083, 5086, 5052) स्थापित विकल्प है। कभी-कभी सुरक्षात्मक उपायों के साथ xxx मिश्र धातुओं का उपयोग समुद्री संरचनाओं में किया जाता है, लेकिन वे खारे पानी में विसर्जन के लिए पहली पसंद नहीं हैं। जहां पर्यावरण आक्रामक है, एनोडाइजिंग (आमतौर पर आईएसओ 7599 के अनुसार 10-25 माइक्रोन कोटिंग मोटाई) या एक कार्बनिक कोटिंग एक बाधा जोड़ती है, और परिवहन किए गए तरल पदार्थ के साथ पाइप की संगतता हमेशा विनिर्देश से पहले पुष्टि की जानी चाहिए।

5. कनेक्शन और वेल्डिंग

5.1 वेल्डिंग

5xxx मिश्रधातु (5083, 5086, 5052) मैचिंग फिलर्स - उदाहरण के लिए ईआर5356 या ईआर5183 5083 प्रति एडब्लूएस डी1.2 - के साथ अच्छी तरह से वेल्ड करते हैं और जोड़ में अपने संक्षारण प्रदर्शन को बनाए रखते हैं।

6061 को ईआर4043 या ईआर5356 फिलर प्रति एडब्ल्यूएस डी1.2 के साथ वेल्ड किया जा सकता है, लेकिन गर्मी से प्रभावित क्षेत्र टी6 का स्वभाव खो देता है: वेल्ड क्षेत्र में स्थानीय ताकत एनील्ड स्तर की ओर गिरती है, इसलिए जोड़ को वेल्ड क्षेत्र की ताकत के आधार पर डिजाइन किया जाना चाहिए, न कि मूल धातु की ताकत के आधार पर।

वेल्डेड संरचनात्मक सेवा के लिए 2xxx मिश्र धातुओं की आमतौर पर अनुशंसा नहीं की जाती है।

5.2 फ्लैंज, फिटिंग और जोड़

एल्युमीनियम पाइप के लिए फ़्लैंग्ड जोड़ों में आमतौर पर गैर-धातु गैसकेट के साथ एनोडाइज्ड या लेपित एल्यूमीनियम फ़्लैंज का उपयोग किया जाता है, साथ ही इंसुलेटिंग किट का उपयोग किया जाता है जहां लाइन स्टील से जुड़ती है। मोटी दीवारों में थ्रेडेड जोड़ संभव हैं लेकिन थ्रेड का आकार और गहराई पाइप मानक का पालन करना चाहिए; दबाव सेवा के लिए अधिकांश डिज़ाइनर धागों की अपेक्षा वेल्डेड या फ़्लैंज्ड जोड़ों को प्राथमिकता देते हैं।

6. तापमान प्रभाव

तापमान एल्युमीनियम को दो विपरीत दिशाओं में प्रभावित करता है, और दोनों ही मायने रखते हैं।

उच्च तापमान:तापमान बढ़ने पर ताकत और स्वीकार्य तनाव में गिरावट आती है। वर्षा {{1}कठोर मिश्रधातु जैसे कि 6061{4}}टी6 भी लंबे समय तक लगभग 150-200 डिग्री से ऊपर रखने पर अधिक उम्र का हो सकता है, इसलिए लगातार गर्म सेवा के लिए डिज़ाइन कोड में सामग्री डेटा से कम स्वीकार्य तनाव की आवश्यकता होती है, और सेवा के बाद के तापमान को सत्यापित किया जाना चाहिए जहां उम्र बढ़ने का जोखिम है।

क्रायोजेनिक तापमान:कार्बन स्टील के विपरीत, एल्युमीनियम में कोई तन्यता नहीं दिखती है; कम तापमान पर प्रभाव क्रूरता बरकरार रहती है, यही कारण है कि एल्यूमीनियम को एलएनजी (−162 डिग्री), तरल ऑक्सीजन (−183 डिग्री) और तरल नाइट्रोजन (−196 डिग्री) सेवा के लिए निर्दिष्ट किया जाता है। -269 डिग्री जैसे अत्यधिक तापमान के दावों को मानने के बजाय विशिष्ट मिश्र धातु के डेटा के आधार पर जांचा जाना चाहिए, और लाइन को अभी भी उचित इन्सुलेशन की आवश्यकता है - एल्यूमीनियम की उच्च तापीय चालकता (मिश्र धातु के आधार पर लगभग 130-220 W/m·K) ठंडी रेखा में गर्मी के प्रवेश को बढ़ाती है, इसलिए इन्सुलेशन डिजाइन पैकेज का हिस्सा है।

7. आदेश और मानक

प्रत्येक ऑर्डर लाइन पर मानक रखें। सीमलेस पाइप के लिए, एएसटीएम बी241 (एल्यूमीनियम और एल्युमीनियम-मिश्र धातु सीमलेस पाइप) सामान्य संदर्भ है; खींची गई ट्यूब के लिए, एएसटीएम बी210 (एल्यूमीनियम और एल्युमीनियम-मिश्र धातु से बनी सीमलेस ट्यूब) लागू होती है। चीनी बाज़ार में, जीबी/टी 4437.1 एल्युमीनियम मिश्र धातु से बनी ट्यूबों को कवर करता है और जीबी/टी 6893 एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बनी ठंडी - से तैयार ट्यूबों को कवर करता है। यूरोपीय खरीदार आमतौर पर एक्सट्रूडेड रॉड, बार, ट्यूब और प्रोफाइल के लिए EN 755 का ऑर्डर देते हैं। एक पूर्ण ऑर्डर पंक्ति बताती है: मिश्र धातु, तापमान, बाहरी व्यास, दीवार की मोटाई, लंबाई, मानक, सतह खत्म और मात्रा - मानक फिर रसायन शास्त्र, आयामी सहनशीलता, तापमान सत्यापन और परीक्षण आवश्यकताओं को परिभाषित करता है।

मिल फिनिश में गोल एल्यूमीनियम पाइप, संरचनात्मक और दबाव सेवा के लिए एक्सट्रूडेड स्टॉक का विशिष्ट।

सादे कटे सिरों के साथ एल्यूमीनियम ट्यूब के नमूने; अनुभाग में दीवार की मोटाई और बोर फिनिश दिखाई देती है।

लंबाई में काटने से पहले एल्युमीनियम पाइप स्टॉक - मिश्रधातु, प्रसंस्करण से पहले ऑर्डर के अनुसार आकार और तापमान की पुष्टि की जाती है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

बार्लो का सूत्र क्या है और दीवार की मोटाई के लिए इसका उपयोग कैसे किया जाता है?

बारलो का घेरा तनाव समीकरण σ=P·D/(2t) पतली दीवार पाइप में आंतरिक दबाव को दीवार के तनाव से संबंधित करता है। टी=पी·डी/(2एस) के रूप में पुनर्व्यवस्थित, यह डिज़ाइन कोड से लिए गए स्वीकार्य तनाव एस के लिए दीवार की मोटाई देता है। यह D/t को 10 से अधिक या उसके बराबर मानता है; मोटी दीवारों के लिए, लेम का समीकरण या FEA अधिक सटीक है।

समुद्री जल सेवा के लिए कौन सा एल्यूमीनियम मिश्र धातु सर्वोत्तम है?

5xxx श्रृंखला - 5083, 5086 और 5052 - सीधे समुद्री जल संपर्क के लिए स्थापित विकल्प है, ताकत और वेल्डेबिलिटी के साथ संक्षारण प्रतिरोध का संयोजन सुरक्षात्मक उपायों के साथ समुद्री संरचनाओं में दिखाई दे सकता है, लेकिन यह विसर्जन के लिए पहली पसंद नहीं है।

क्या एल्यूमीनियम पाइप को वेल्ड किया जा सकता है?

हां, {{0}xxx मिश्रधातु मिलान वाले फिलर्स के साथ आसानी से वेल्ड हो जाते हैं, . 6061 अच्छी तरह से वेल्ड हो जाते हैं, लेकिन गर्मी से प्रभावित क्षेत्र में T6 तापमान खो देते हैं, इसलिए जोड़ को वेल्ड क्षेत्र की ताकत के आधार पर डिजाइन किया जाना चाहिए। AWS D1.2 एल्यूमीनियम संरचनाओं के लिए डिज़ाइन और भराव चयन को कवर करता है।

मैं एल्युमीनियम और स्टील के बीच गैल्वेनिक क्षरण को कैसे रोकूँ?

दोनों धातुओं को विद्युत रूप से पृथक रखें ताकि एल्युमीनियम बलि एनोड के रूप में कार्य न करे: इंसुलेटिंग फ्लैंज किट, गैर-धातु गैसकेट, लेपित फास्टनरों और संयुक्त जल निकासी सभी विद्युत और इलेक्ट्रोलाइट पथ को तोड़ देते हैं।

एल्यूमीनियम पाइप को कौन से मानक कवर करते हैं?

सीमलेस पाइप के लिए एएसटीएम बी241, खींची गई ट्यूब के लिए एएसटीएम बी210, एक्सट्रूडेड ट्यूब के लिए जीबी/टी 4437.1 और चीनी बाजार में ठंडी खींची गई ट्यूब के लिए जीबी/टी 6893, और यूरोपीय ऑर्डर के लिए एन 755। मानक रसायन विज्ञान, सहनशीलता, स्वभाव और परीक्षण आवश्यकताओं को परिभाषित करता है।

क्या तापमान एल्युमीनियम पाइप सेवा को सीमित करता है?

उच्च तापमान पर स्वीकार्य तनाव कम हो जाता है और 6xxx मिश्र धातु के अधिक उम्र बढ़ने का जोखिम होता है, इसलिए संरचनात्मक तापमान के लिए निरंतर सेवा आम तौर पर 200 डिग्री से काफी नीचे तक सीमित होती है। क्रायोजेनिक तापमान पर एल्यूमीनियम अपनी कठोरता बनाए रखता है, यही कारण है कि इसका उपयोग एलएनजी और तरल ऑक्सीजन लाइनों के लिए किया जाता है।