Cold Drawn Seamless (CDS) ist ein mechanisches Verfahren Stahlrohr, das aus einem massiven Knüppel hergestellt und auf die endgültigen Abmessungen kaltverformt wird, hauptsächlich geregelt durch ASTM A519 . Es ist der Standard für Hochdruck-Hydraulikzylinder und Teleskopausleger, die beim Schälen und Rollieren (SRB) eine hohe Rundlaufgenauigkeit erfordern. Es versagt, wenn es ohne Spannungsentlastung geschweißt wird, was zu Bohrungsverzerrungen führt, oder wenn es bei Präzisionsanwendungen durch Hot Finished Seamless (HFS) aufgrund der Spiralexzentrizität ersetzt wird.
HÄUFIGE FRAGEN ZU KALTGEZOGENEN ROHREN
Warum klappert meine Bohrstange bei HFS-Rohren, aber nicht bei CDS?
Dies wird durch die spiralförmige Exzentrizität verursacht , die dem Hot Finished Seamless (HFS) Rotationsstechverfahren innewohnt. Im Gegensatz zu CDS variiert die Wandstärke von HFS spiralförmig entlang der Rohrlänge. Dies zwingt das Bohrwerkzeug zu einem unterbrochenen Schnittszenario – abwechselnd starker Spanbelastung und leichter Reibung –, was zu harmonischen Vibrationen und Rattern führt.
Kann ich beim HFS Schäl- und Rollierwerkzeuge (SRB) verwenden, um Geld zu sparen?
Im Allgemeinen nein. SRB-Werkzeuge erfordern eine anfängliche Wandkonsistenz von 5–10 %, um effektiv zu schwimmen. Die HFS-Exzentrizität überschreitet häufig diesen Grenzwert, was dazu führt, dass sich das Schälmesser auf der dicken Wandseite tief „eingräbt“ und auf der dünnen Seite „hüpft“, was möglicherweise zum Zerbrechen von Hartmetallfräsern und zur Beeinträchtigung der Oberflächenbeschaffenheit führt.
Warum versagen Kolbendichtungen in ERW/DOM-Rohren vorzeitig?
Bei Hochdruckanwendungen (>2500 PSI) kann es bei elektrisch widerstandsgeschweißten Rohren (ERW) aufgrund metallurgischer Diskontinuitäten zu einer ungleichmäßigen Ausdehnung oder „Ballonbildung“ an der Schweißnaht kommen. Durch diesen Spalt kann die Dichtung unter Druck herausgedrückt werden, was zu „Nibbeln“-Fehlern führt, bei denen die Dichtung während des Rückzugshubs abgeschert wird.
1. Die Bearbeitungszuschlagsfalle: HFS vs. CDS Economics
Beschaffungsabteilungen fordern häufig den Wechsel von kaltgezogenem Nahtlos (CDS) zu heißveredeltem Nahtlos (HFS) (ASTM A519 Heißveredelung) mit der Begründung, dass die Rohmaterialtonnagekosten um 20–30 % gesenkt werden könnten. Für den Fertigungsingenieur stellt dies eine falsche Ökonomie dar . Die Einsparungen beim Stahl werden durch die Betriebsstrafen, die zur Korrektur der HFS-Geometrie erforderlich sind, systematisch zunichte gemacht.
Der Faktor „Spirale Exzentrizität“.
HFS wird heiß durchbohrt. Wenn der Dorn auch nur um 1 Grad abweicht, entwickelt das Rohr eine spiralförmige Wandabweichung. Um sicherzustellen, dass die Bohrung das endgültige Maß erreicht, müssen Ingenieure deutlich höhere Wandstärken für HFS im Vergleich zu CDS spezifizieren. Sie sind gezwungen, mehr Stahl zu kaufen, nur um ihn in Schrottspäne umzuwandeln. Darüber hinaus erfordert die unterschiedliche Schnitttiefe eine Reduzierung der Spindelgeschwindigkeit (U/min), um die Werkzeugdurchbiegung zu bewältigen, was die Zykluszeiten um 40–60 % erhöht.
Bereinigt HFS jemals mit Standard-Bearbeitungszugaben?
Selten. Standardaufmaße von 0,030–0,060 sind für HFS aufgrund des Spiralschlags nicht ausreichend. Sie benötigen in der Regel 0,125 Zoll oder mehr pro Seite, um eine saubere Bohrung zu gewährleisten, wodurch sich der Materialabfall im Vergleich zu CDS effektiv verdoppelt.
2. Hydraulische Fehlermodi: ERW und Schweißnahtremüdung
DOM-Rohre (Drawn Over Mandrel) (ASTM A513 Typ 5) bieten zwar eine bessere Konzentrizität als HFS, bergen jedoch das Risiko von Schweißnähten bei hydraulischen Anwendungen mit hohem Zyklus. Der „Reißverschlussausfall“ ist ein katastrophaler Fehlermodus, der speziell für ERW/DOM-Rohre in kalten Umgebungen oder bei Anwendungen mit hohen Stößen (z. B. Baggerhämmer) auftritt.
Während des Stauchschweißvorgangs können mikroskopisch kleine Oxide, sogenannte „Hakenrisse“, in der Verbindungslinie verbleiben. Bei hoher Reifenbeanspruchung wirken diese als Spannungserhöher. Im Gegensatz zu nahtlosen CDS, die aufgrund einer duktilen Ausbeulung versagen, kann sich eine beschädigte ERW-Naht in Längsrichtung öffnen, wodurch die Tragfähigkeit sofort verloren geht.
Reicht NDT aus, um ERW-Hakenrisse aufzufangen?
Bei der Standard-Ultraschallprüfung (UT) können feine Hakenrisse an der Verbindungslinie übersehen werden. Für Zylinder, die über 2500 PSI betrieben werden, besteht die einzige technisch sichere Abhilfe darin, nahtloses CDS zu spezifizieren, um die anisotrope Schweißzone vollständig zu eliminieren.
Technische Erkenntnisse: Geben Sie HFS nicht an, wenn die Anforderungen an die Oberflächengüte strenger als 16 Ra sind oder wenn Sie SRB-Werkzeuge verwenden. Das Risiko eines Werkzeugbruchs überwiegt die Rohstoffeinsparungen.
Wenn kaltgezogenes Rohr die falsche Wahl ist
Direktes Schweißen ohne SRA: CDS enthält hohe Eigenspannungen durch Kaltumformung. Das direkte Anschweißen von Zapfen oder Anschlüssen an das Rohr ohne anschließendes Spannungsarmglühen (SRA) führt dazu, dass sich die Bohrung verzieht/schrumpft und der Kolben blockiert.
Hochtemperaturbetrieb: Die mechanischen Eigenschaften von kaltgezogenem Stahl verschlechtern sich schnell über 500 °F (260 °C), da die Materialspannung nachlässt; Verwenden Sie stattdessen heißbearbeitete oder legierte Sorten.
Kostenempfindliche Strukturbeine: Für statische Strukturanwendungen, bei denen die Bohrungstoleranz keine Rolle spielt (z. B. Beine für landwirtschaftliche Geräte), ist CDS übertrieben. Verwenden Sie HFS.
4. Spezielle technische FAQ
Welche Rohre werden zum Schälen und Rollieren (SRB) benötigt?
CDS ist das obligatorische Substrat für SRB. Der Schälprozess basiert auf einem schwebenden Kopf, der der vorhandenen Bohrungsmitte folgt. HFS weist zu große Wandabweichungen auf, was zum Absturz des Werkzeugs führt. Während DOM geschält werden kann, hinterlassen die harten Stellen an der Schweißnaht häufig Linien in der brünierten Oberfläche, was zu einer Umgehung der Dichtung führt.
Wie bestimmt der „Bearbeitungszuschlag“ die Kauf-gegen-Hersteller-Entscheidung?
Wenn Sie CDS verwenden, können Sie „Near Net Shape“-Größen erwerben (z. B. 0,030 Zoll Schnitttiefe). Wenn Sie HFS verwenden, müssen Sie den „Exzentrizitätsnachteil“ einkalkulieren und häufig ein Rohr mit 0,150 Zoll oder mehr Wandüberschuss kaufen. Bei der Berechnung des ROI machen die Kosten für das zusätzliche Stahlgewicht plus den dreifach längeren Bearbeitungszyklus das „billigere“ HFS normalerweise teurer pro fertigem Teil.
Warum wurde die Zylinderbohrung nach der Bearbeitung von CDS oval?
Dies ist wahrscheinlich auf die Spannungsfreisetzung durch Spannen zurückzuführen. CDS weist eine hohe Restringspannung auf. Wird das Rohr während der Bearbeitung zu fest in einem 3-Backenfutter eingespannt, verformt es sich. Beim Loslassen springt es zurück. Um dieses Problem zu beheben, verwenden Sie voll umschlungene Tortenbacken oder spezifizieren Sie das CDS für den spannungsfreien Zustand (SR), um die Restenergie vor der Bearbeitung zu senken.
Ist DOM sicher für Hydraulikanwendungen mit 5000 PSI?
Im Allgemeinen nein. Bei 5000 PSI nähert sich die Ringspannung an der Zylinderwand der Streckgrenze, wo die Integrität der Schweißnaht zum kritischen Schwachpunkt wird. Selbst bei 100 % zerstörungsfreier Prüfung ist das Risiko eines Ermüdungsbruchs an der Naht (Reißverschlussriss) statistisch signifikant. Seamless CDS ist der erforderliche Standard für Hochdrucksicherheitsfaktoren.
