Pemilihan Material untuk Saluran Fluida Otomotif
Tabung aluminium telah menggantikan baja dan tembaga dalam sistem fluida otomotif karena memberikan kemampuan tekanan yang dibutuhkan sekitar setengah beratnya. Praktik otomotif pada umumnya menggunakan 3003 H14 untuk-bahan bakar bertekanan rendah dan saluran balik serta 6061 T6 untuk rem, kopling, dan sirkuit hidraulik-tekanan tinggi. Tabung H14 3003 bekerja pada kekuatan tarik 145-150 MPa dengan perpanjangan 8-12 persen, yang memberikan keuletan yang cukup untuk jari-jari tekukan yang rapat, sedangkan 6061 T6 meningkatkan kekuatan tarik menjadi sekitar 310 MPa dengan luluh 276 MPa dan perpanjangan 12 persen untuk tugas tekanan.
Ketahanan terhadap korosi adalah pendorong kedua. Lapisan oksida alami tahan terhadap garam jalan raya, minyak rem, dan bahan bakar campuran etanol, dan pengujian perendaman jangka panjang tabung 3xxx dan 6xxx dalam cairan pendingin glikol serta campuran E10 hingga E85 menunjukkan kehilangan dinding yang dapat diabaikan. Untuk lingkungan pesisir dan lapisan gula-garam, tabung 5052 H32 menawarkan kekuatan tarik 228 MPa dengan ketahanan klorida terbaik di kelompok yang dapat dilas. Aluminium juga menghantarkan panas pada 160-200 W/m·K, yang membantu rem dan saluran transmisi melepaskan panas dibandingkan menghantarkannya ke sepanjang sasis.
Kelas dan Spesifikasi Aerospace Tubing
Pipa hidraulik, bahan bakar, dan pneumatik dirgantara beroperasi di bawah serangkaian batasan berbeda: tekanan tahan, umur kelelahan, toleransi dimensi, dan kemampuan penelusuran penuh. Keluarga 2xxx dan 7xxx mendominasi di sini.
| Paduan dan temperamen | Penggunaan luar angkasa pada umumnya | Kekuatan tarik | Kekuatan hasil | Jangkauan operasi |
|---|---|---|---|---|
| 2024 T3 | Saluran tekanan hidrolik | 483 MPa | 345 MPa | -55 hingga 150 derajat |
| 7075 T6 | Jalur struktural dan pneumatik{0}}tekanan tinggi | 572 MPa | 503 MPa | -55 hingga 120 derajat |
| 2099 T83 | Berat-saluran hidrolik kritis | 545 MPa | 500 MPa | -55 hingga 150 derajat |
| 6061 T6 | Saluran-bahan bakar dan udara bertekanan rendah | 310 MPa | 276 MPa | -55 hingga 150 derajat |
Aluminium-kelas litium seperti 2099 T83 menambah kekakuan sekitar 8-10 persen dan pengurangan kepadatan sebesar 3 persen dibandingkan dengan 7075 T6, yang berguna pada pengoperasian hidraulik panjang yang mengharuskan setiap kilogram berarti. Sebagai gantinya, mereka memerlukan kontrol pembentukan dan penanganan yang lebih ketat, karena paduan yang mengandung litium lebih sensitif terhadap korosi tegangan pada tepi mesin dan terhadap kontaminasi selama perbaikan.
Tabung ditentukan pada ASTM B210 atau ASTM B210M untuk tabung mulus yang ditarik dan ASTM B241 atau ASTM B241M untuk tabung ekstrusi, dengan suku cadang dirgantara 2024 dan 7075 juga dipesan berdasarkan spesifikasi material dirgantara yang berlaku untuk paduan tersebut. Toleransi ketebalan dinding pada tabung dirgantara biasanya ditetapkan plus atau minus 10 persen dari nominal, dengan toleransi diameter dalam 0,1 mm pada garis presisi. Permukaan bagian dalam harus bersih dan kering, karena sisa pelumas atau kelembapan merupakan sumber korosi dan kontaminasi sistem.
Peringkat Pembengkokan, Ketebalan Dinding, dan Tekanan
Ketebalan dinding diatur dengan hubungan Barlow untuk-tabung berdinding tipis: tekanan kerja yang diijinkan sama dengan dua kali tegangan ijin dikalikan ketebalan dinding dibagi dengan diameter luar. Dengan menggunakan tegangan ijin sebesar 165 MPa, yang merupakan 60 persen dari kekuatan luluh 276 MPa sebesar 6061 T6, tekanan kerja yang dihitung di bawah ini menunjukkan bagaimana diameter dan dinding mendorong rating tersebut.
| Diameter luar | Ketebalan dinding | Tekanan kerja yang dihitung | Aplikasi khas |
|---|---|---|---|
| 4,76mm | 0,8 mm | 55 MPa | Saluran rem dan kopling |
| 6,35mm | 1,0 mm | 52 MPa | Saluran rem, umpan injeksi bahan bakar |
| 9,52 mm | 1,2 mm | 42 MPa | Power steering dan saluran bahan bakar |
| 12,7mm | 1,5 mm | 39 MPa | Pendingin dan saluran udara |
| 15,88mm | 2,0 mm | 42 MPa | Saluran balik hidrolik |
Praktik dirgantara mengikuti rumus yang sama dengan tegangan izin yang lebih rendah, biasanya seperempat kekuatan tarik akhir untuk saluran hidraulik penting-penerbangan, dan setiap tabung diuji buktinya pada 1,5 kali tekanan kerja sistem. Pembengkokan dilakukan pada mandrel atau rotary draw bender dengan radius garis tengah minimal 3 kali diameter luar untuk jalur otomotif dan 4 sampai 6 kali diameter untuk jalur dirgantara, dengan sirkularitas harus tetap dalam 2 persen setelah pembengkokan. Perkakas dengan sisipan polimer atau polytetrafluoroethylene mencegah kerusakan pada lubang tabung, dan kompensasi pegas 1 hingga 3 derajat dimasukkan ke dalam data perkakas. Regangan-tabung yang diperkeras dianil setelah pembentukan yang parah ketika tikungan menyebabkan lebih dari sekitar 15 persen penipisan dinding di bagian luar tikungan.
Bergabung dengan Teknologi untuk Rakitan Tabung
Tabung jarang digunakan dalam bentuk telanjang; itu disambungkan ke alat kelengkapan, ke selang dan semakin banyak ke struktur kendaraan atau badan pesawat. Lima proses mencakup sebagian besar kebutuhan produksi.
| Proses | Penggunaan yang umum | Manfaat utama |
|---|---|---|
| Pengelasan orbital gas inert tungsten otomatis | Perlengkapan bahan bakar dan hidrolik | Penetrasi penuh, manik internal bersih |
| Pengelasan adukan gesekan | Rel rangka, tabung struktural | Sambungan-padat mendekati kekuatan induk |
| Memukau-sendiri | Struktur tubuh material campuran | Cepat, tidak ada efek panas |
| Pematrian laser dengan pengisi ER4047 | Sendi kosmetik yang terlihat | Distorsi rendah, jahitan tersegel |
| Pengelasan pulsa magnetik | Sambungan aluminium ke baja atau tembaga | Menyatukan logam yang berbeda tanpa meleleh |
Untuk rakitan struktural, pengelasan aduk gesek menghasilkan sambungan terkonsolidasi penuh dengan kecepatan gerak 1 hingga 2 meter per menit dengan efisiensi sambungan sekitar 90 persen kekuatan logam induk dalam ekstrusi 6xxx. Perekat-self-piercing dan pengikatan perekat digunakan ketika panas tidak dapat ditoleransi, dan pengikatan perekat dengan pengencang mekanis meningkatkan masa lelah secara signifikan dibandingkan dengan pengencang saja. Tabung aluminium yang disambung dengan baja harus diisolasi secara elektrik pada sambungannya atau diberi lapisan konversi menjadi MIL-DTL-5541, jika tidak, korosi galvanik akan menyerang aluminium pada antarmuka.
Inspeksi, Pengujian dan Penelusuran
Kualitas tabung diverifikasi pada tiga titik: kumparan atau billet yang masuk, dalam-proses pembentukan, dan perakitan akhir. Metode nondestruktif standar untuk tabung aluminium adalah pengujian arus eddy sesuai ASTM E215, yang mendeteksi diskontinuitas memanjang dan melingkar pada dinding. Pemetaan ketebalan dinding ultrasonik digunakan pada jalur luar angkasa untuk memastikan dinding minimum setelah pembengkokan, dan inspeksi penetran pewarna sesuai ASTM E1417 diterapkan pada pengelasan dan ujung mesin. Setiap rakitan kemudian diuji tekanannya, baik dengan tekanan pembuktian pada 1,5 kali tekanan kerja atau dengan pengujian kebocoran dengan udara di bawah air atau gas sisa.
Keterlacakan adalah bagian dari spesifikasi, bukan tambahan opsional. Tabung kedirgantaraan dikirimkan dengan nomor panas, paduan, temper, sertifikat pabrik, dan catatan dimensi yang mengikuti bagian tersebut melalui pembengkokan, pengelasan, dan perakitan, sehingga perbaikan atau inspeksi armada dapat dikaitkan kembali ke lot produksi tertentu. Jalur otomotif mengikuti rute yang lebih ringan namun setara, dengan banyak ketertelusuran pada tabung dan pemantauan proses pada penyok dan sel pengelasan.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Campuran aluminium apa yang digunakan untuk saluran rem otomotif?
Tabung mulus bergambar 6061 T6 umum digunakan untuk sirkuit rem dan kopling, sedangkan 3003 H14 digunakan untuk bahan bakar bertekanan rendah dan saluran balik di mana kemampuan tekuk lebih penting daripada kekuatan.
Q: Bagaimana cara menghitung ketebalan dinding tabung?
Gunakan hubungan Barlow: tekanan kerja sama dengan dua kali tegangan izin dikalikan ketebalan dinding dibagi diameter luar. Dengan tegangan ijin 165 MPa, tabung 6,35 mm pada dinding 1,0 mm menghasilkan tegangan sekitar 52 MPa.
T: Berapa radius tikungan yang dapat dicapai pada tabung aluminium?
Mandrel atau pembengkokan tarik putar memiliki radius garis tengah 3 kali diameter luar untuk jalur otomotif. Jalur luar angkasa umumnya menggunakan diameter 4 hingga 6 kali lipat untuk menjaga sirkularitas di dalam 2 persen.
T: Mengapa tabung aluminium memerlukan lapisan saat bertemu dengan baja?
Aluminium dan baja membentuk pasangan galvanik, dan sisi aluminium lebih mudah terkorosi jika ada kelembapan. Lapisan konversi ke MIL-DTL-5541 atau selongsong insulasi pada sambungan mencegahnya.
T: Bagaimana tabung aluminium diuji cacatnya?
Pengujian arus pusar sesuai ASTM E215 adalah metode utama untuk diskontinuitas dinding, didukung oleh pemetaan ketebalan dinding ultrasonik, penetran pewarna pada lasan sesuai ASTM E1417, dan-pengujian tekanan atau kebocoran komponen akhir.
T: Apakah tabung aluminium-lithium sebanding dengan biaya tambahannya?
Bisa untuk beban jangka panjang-pengoperasian hidraulik kritis: 2099 T83 menghemat sekitar 3 persen kepadatan dan menambahkan 8-10 persen kekakuan dibandingkan 7075 T6, namun memerlukan kontrol penanganan yang lebih ketat untuk menghindari korosi tegangan pada kondisi tepi.