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Para sistemas hidráulicos, de refrigerante e de combustível de alta pressão, a conexão SAE Flare de 37 graus e a conexão Inverted Flare são os dois tipos de conexão mais amplamente especificados, com seleção determinada pelo meio do sistema, limite de pressão operacional e restrições de acesso de montagem do ambiente de instalação. O alargamento SAE de 37 graus é o padrão para linhas hidráulicas e sistemas de combustível de alta pressão avaliados em até 3.000 PSI, enquanto o alargamento invertido é o padrão dominante em sistemas hidráulicos de freios automotivos e linhas de fornecimento de combustível, onde a geometria do cone invertido fornece uma montagem mais compacta e resistente à vibração em condições apertadas de roteamento sob o veículo. Selecionar o tipo errado de conexão para uma aplicação de alta pressão não produz simplesmente um vazamento na junta – pode produzir uma falha catastrófica na conexão sem aviso prévio, porque o ângulo errado do cone impede que a vedação metal-metal se forme corretamente, mesmo quando a conexão parece estar apertada com segurança.
Este guia cobre todos os principais encaixe de alargamento tipos em uso comercial, suas classificações de pressão, opções de materiais, incluindo acessórios de latão, seus ambientes de aplicação mais apropriados e os fatores específicos que devem orientar as decisões de seleção ao trabalhar com sistemas de fluidos e gases de alta pressão.
Todas as conexões alargadas compartilham o mesmo princípio fundamental de vedação: um alargamento cônico formado na extremidade de um tubo de metal é pressionado contra um assento cônico correspondente no corpo da conexão pela força compressiva de uma porca alargada apertada ao redor do tubo. À medida que a porca é apertada, as duas superfícies do cone são unidas sob pressão de contato crescente, deformando ligeiramente o material da superfície mais macio para preencher irregularidades microscópicas da superfície e criando uma linha de vedação contínua de metal com metal que é estanque a vazamentos e mecanicamente robusta o suficiente para resistir à pressão do fluido ou gás contido.
O ângulo do cone de alargamento é a variável geométrica crítica que diferencia os principais tipos de acessórios de alargamento. Mesmo uma diferença de 8 graus entre o ângulo de alargamento do tubo e o ângulo da sede do encaixe produz um contato linear em vez de um contato superficial entre as duas superfícies do cone, concentrando a tensão em um anel estreito em vez de distribuí-la por toda a face do cone. Essa geometria de contato incompatível produz uma junta que pode reter a pressão inicialmente, mas irá falhar progressivamente sob vibração, ciclagem térmica e pulsação de pressão à medida que o anel de contato estreito se incorpora e a vedação se degrada. É por isso que diferentes tipos de acessórios de alargamento não podem ser trocados, mesmo quando parecem encaixar-se fisicamente.
A qualidade do alargamento formado na extremidade do tubo é tão crítica para a confiabilidade da junta quanto a qualidade da própria conexão. Um alargamento excêntrico, rachado, mal formado ou formado no ângulo errado produzirá uma vedação não confiável, independentemente da precisão com que o corpo da conexão for usinado. O alargamento correto requer um tubo que seja cortado diretamente, sem rebarbas, recozido se tiver sido endurecido por dobra a frio próximo ao local do alargamento e formado em um bloco de ferramenta de alargamento de tamanho adequado com um mandril cônico compatível com o ângulo de alargamento necessário.
Erros comuns de queima e suas consequências incluem:
Quatro ângulos de cone de alargamento são responsáveis pela grande maioria das aplicações de encaixe de alargamento em sistemas de tubulação hidráulica, de refrigeração, automotiva e industrial em todo o mundo. Cada um é padronizado de acordo com padrões nacionais ou internacionais específicos que regem o ângulo do cone, a faixa de tamanho do tubo, o formato da rosca e as tolerâncias dimensionais dos componentes correspondentes.
O flare SAE de 37 graus, regido pela SAE J514 e ISO 8434-2, é o padrão fundamental de montagem de flare para sistemas de energia hidráulica, maquinário industrial e fornecimento de combustível de alta pressão. O meio-ângulo de 37 graus produz um cone relativamente raso que distribui a carga de montagem por uma grande área de contato, conferindo a este projeto sua capacidade de alta pressão. As conexões alargadas SAE de 37 graus em aço são classificadas para pressões de trabalho de até 3.000 PSI em tamanhos de tubos maiores e até 5.000 PSI em tamanhos de tubos menores abaixo de 1/4 de polegada de diâmetro externo , tornando-os a conexão padrão para equipamentos hidráulicos móveis, incluindo máquinas agrícolas, equipamentos de construção e prensas industriais e sistemas de elevação.
O sistema de alargamento SAE de 37 graus usa especificações de rosca JIC (Joint Industry Council), com roscas retas (UN/UNF) na porca e na rosca macho do corpo da conexão. O engate reto da rosca não contribui para a vedação; toda a vedação é realizada pelo contato metálico cone a cone. As conexões de latão de 37 graus nesta geometria são amplamente utilizadas em aplicações de sistemas hidráulicos e de combustível de baixa pressão, onde a excelente usinabilidade e resistência à corrosão do latão o tornam preferível ao aço, normalmente para sistemas que operam abaixo de 1.500 PSI com fluidos não à base de petróleo.
O alargamento de 45 graus, regido pela SAE J513 e amplamente utilizado na indústria de HVAC e refrigeração, usa um ângulo de cone mais íngreme que cria uma mordida mais forte na face alargada do tubo sob torque de montagem. Este ângulo mais acentuado é adequado para tubos de cobre de paredes relativamente finas que dominam a construção de sistemas de refrigeração e ar condicionado, onde o cone profundo de 45 graus cria uma vedação confiável mesmo quando o tubo de cobre apresenta alguma variação de suavidade do processo de recozimento.
Conexões alargadas de 45 graus em refrigeração são classificadas para pressões de trabalho de 200 a 700 PSI, dependendo do diâmetro do tubo e da espessura da parede , que abrange a faixa de pressão operacional dos sistemas refrigerantes R-410A, R-22 e R-134a usados em equipamentos HVAC residenciais e comerciais leves. Conexões de latão com sedes de 45 graus são o material de conexão padrão para conexões de tubulação de refrigerante de cobre porque o latão é usinado de forma limpa na geometria da sede necessária, resiste aos efeitos corrosivos moderados de misturas de refrigerante e óleo de refrigeração e é macio o suficiente em relação ao tubo de cobre para permitir que o alargamento do tubo se incorpore levemente na sede durante a montagem, melhorando a conformidade da vedação.
A conexão Inverted Flare, também chamada de alargamento duplo ou alargamento duplo invertido em sua implementação mais comum, é o método de conexão padrão para circuitos hidráulicos de freio automotivo e linhas de fornecimento de combustível OEM. Ao contrário do alargamento padrão (externo), onde a extremidade do tubo é alargada para fora em um cone que entra em contato com o assento da conexão em sua face externa, o alargamento invertido dobra a extremidade do tubo sobre si mesmo para criar uma seção de parede dupla que é então formada em um cone invertido que assenta dentro do corpo da conexão, e não fora dele.
Esta geometria invertida tem duas consequências importantes. Primeiro, a seção de parede dupla no alargamento tem aproximadamente o dobro da espessura da parede do tubo original, tornando a junta do alargamento invertido significativamente mais resistente à trinca por fadiga induzida por pressão do que um alargamento de parede única de 45 graus no mesmo tubo. Em segundo lugar, a porca de alargamento comprime-se em torno do exterior do tubo em vez de enroscá-la no corpo do encaixe, criando um perfil de montagem mais compacto que passa mais facilmente através dos espaços apertados sob os veículos e dentro dos compartimentos do motor onde os travões automotivos e as linhas de combustível são encaminhados. Conexões de alargamento invertido em tubos de aço estirados a frio SAE 1010 são a especificação exigida pela maioria dos OEMs automotivos para linhas hidráulicas de freio, classificadas para pressões operacionais de 1.500 a 2.000 PSI em temperaturas operacionais contínuas de até 150°C.
As conexões de latão são comumente usadas para conexões Inverted Flare em aplicações não automotivas, incluindo sistemas de distribuição de propano e gás natural, onde a combinação da resistência à vibração do Inverted Flare e a resistência à corrosão do latão à umidade do gás e à exposição atmosférica criam uma conexão confiável de longo prazo nos pontos de conexão do aparelho. A geometria Inverted Flare de 45 graus usada em aplicações de freios automotivos não deve ser confundida com a geometria Inverted Flare de 37 graus usada em algumas aplicações de gás industrial; os dois são dimensionalmente incompatíveis e nunca devem ser misturados.
As máquinas industriais e os sistemas hidráulicos europeus utilizam o sistema de encaixe de tubo métrico DIN 2353 (ISO 8434-1), que incorpora um ângulo de cone de 24 graus em sua variante tipo alargamento. A conexão DIN de 24 graus é usada em sistemas hidráulicos em equipamentos agrícolas, de construção e de manuseio de materiais europeus e é dimensionalmente distinta dos alargamentos de refrigeração SAE de 37 graus e de 45 graus em todas as dimensões, incluindo formato de rosca, faixa de diâmetro externo do tubo e geometria do cone.
As conexões alargadas métricas DIN de 24 graus são classificadas para pressões de até 630 bar (aproximadamente 9.100 PSI) nos menores tamanhos de tubo , tornando-os os padrões de instalação de alargamento mais bem avaliados. Eles são fabricados principalmente em aço carbono e aço inoxidável para aplicações hidráulicas, com versões em latão disponíveis para aplicações pneumáticas e de sistemas de fluidos de baixa pressão, onde são necessários dimensionamento métrico de tubos e rosqueamento DIN.
| Tipo de sinalizador | Cone Meio Ângulo | Norma Governante | Classificação de pressão típica | Aplicação Primária | Material Comum |
|---|---|---|---|---|---|
| SAE/JIC de 37 graus | 37 graus | SAE J514/ISO 8434-2 | Até 5.000 PSI | Sistemas hidráulicos, combustível de alta pressão | Aço, acessórios de latão, inoxidável |
| SAE de 45 graus | 45 graus | SAE J513 | 200 a 700 PSI | HVAC, refrigeração, encanamento de baixa pressão | Acessórios de latão, alumínio |
| Flare Invertido (parede dupla) | 45 graus inverted | SAE J1390/ISO 1817 | 1.500 a 2.000 PSI | Hidráulica de freio automotivo, linhas de combustível, aparelhos a gás | Aço, acessórios de latão |
| Métrica DIN de 24 graus | 24 graus | DIN 2353/ISO 8434-1 | Até 9.100 PSI (tamanhos pequenos) | Máquinas hidráulicas europeias, pneumáticas | Acessórios de aço, inoxidável e latão |
As conexões de latão são o material preferido para uma grande proporção de aplicações de conexões de alargamento, e entender exatamente onde suas propriedades são vantajosas versus onde elas impõem limitações determina se o latão é a especificação correta para um determinado sistema.
O latão (normalmente latão de usinagem livre C36000 ou latão forjado C37700 para corpos de conexões) oferece uma combinação de propriedades que o tornam particularmente adequado para fabricação e desempenho de conexões alargadas:
Apesar de suas muitas vantagens, as conexões de latão têm limitações específicas que as excluem de certas aplicações de flare de alta pressão:
O latão de usinagem livre padrão C36000 contém aproximadamente 3% de chumbo como intensificador de usinabilidade, o que é aceitável para a maioria das aplicações industriais e HVAC, mas é restrito em sistemas de água potável pela legislação em diversas jurisdições. Nos Estados Unidos, a Lei de Redução de Chumbo na Água Potável (em vigor a partir de 2014) limita o teor médio ponderado de chumbo em acessórios de latão em contato com água potável a 0,25 por cento. , exigindo efetivamente ligas com baixo teor de chumbo, como C69300 (latão sem bismuto com baixo teor de chumbo) ou ligas aprimoradas com seleneto de bismuto para todos os acessórios de alargamento usados em sistemas de abastecimento de água residenciais e comerciais. Os produtos com certificação NSF/ANSI 61 e NSF 372 foram testados e confirmados para atender a esses requisitos de conteúdo de chumbo.
O alargamento invertido merece um tratamento mais detalhado do que outros tipos de alargamento porque sua construção é significativamente diferente dos alargamentos externos padrão, sua montagem requer uma ferramenta de conformação específica de dois estágios que é diferente das ferramentas de alargamento padrão e seus modos de falha quando montados incorretamente ou quando o tipo de acessório errado é substituído são particularmente graves devido ao seu uso dominante na hidráulica de freios automotivos.
A formação de um alargamento invertido na tubulação da linha de freio de aço requer um conjunto de ferramentas de alargamento duplo que consiste em um bloco de alargamento, um adaptador de primeiro estágio (a ferramenta de bolha) e um cone de alargamento de segundo estágio. O processo prossegue em duas etapas:
O resultado é um alargamento de parede dupla com um cone invertido de 45 graus que se encaixa dentro da sede correspondente no corpo da conexão Inverted Flare, com a porca rosqueada na parte externa do tubo e encostada na face traseira da seção de parede dupla. Um alargamento invertido corretamente formado na tubulação de freio de aço SAE 1010 não deve apresentar rachaduras na face do cone ou na superfície interna dobrada, deve ter espessura de parede uniforme em toda a circunferência do cone e deve ficar nivelado com a sede do corpo da conexão sem balançar quando pressionado com a mão antes de a porca ser engatada.
Um erro comum e perigoso no reparo do sistema de freio é tentar conectar um alargamento padrão de 45 graus para fora a um corpo de conexão de alargamento invertido. A porca de encaixe pode ser rosqueada e a junta pode parecer montada, mas as geometrias de vedação são fundamentalmente incompatíveis: o alargamento externo apresenta uma face cônica convexa na sede côncava do alargamento invertido, produzindo apenas um contato de anel de pequeno diâmetro próximo à borda externa do cone, em vez do contato de face total de um alargamento invertido corretamente combinado. Sob pressão operacional do sistema de freio, esta junta incompatível vazará imediatamente durante a pressurização do sistema ou vedará brevemente e então falhará catastroficamente no primeiro evento de frenagem brusca.
A identificação visual das conexões Inverted Flare requer olhar para a extremidade do corpo da conexão: uma conexão Inverted Flare tem um assento côncavo (apontando para dentro) que aceitará o cone Inverted Flare, enquanto uma conexão de alargamento padrão de 45 graus tem um assento convexo ou plano onde o alargamento externo repousa em sua face interna. As conexões de freio também são comumente identificadas pelos tamanhos de rosca métrica que as distinguem das conexões automotivas sem freio.
Em aplicações de conexão de aparelhos de gás residenciais e comerciais, as conexões Inverted Flare de latão na geometria de 45 graus são especificadas para conectar conectores de gás flexíveis à entrada do aparelho e à saída da parede ou do chão. A geometria do alargamento invertido é preferível ao alargamento externo padrão nesta aplicação porque cria uma retenção de porca mais segura: a porca de alargamento assenta contra um ressalto no corpo da conexão em vez de simplesmente capturar o alargamento do tubo contra a sede, tornando-o mais resistente à vibração que ocorre em ambientes de serviço onde aparelhos a gás, como secadores e fogões, são movidos para limpeza e manutenção.
As conexões de flare invertido de latão para serviços de gás devem ter marcas de aprovação apropriadas, incluindo listagem CGA (Compressed Gas Association) e aprovação CSA ou AGA confirmando que foram testados quanto à estanqueidade ao gás e integridade estrutural sob as pressões do ciclo e faixas de temperatura especificadas para sistemas residenciais de distribuição de gás. O uso de acessórios de latão não listados em conexões de aparelhos a gás é uma violação do código na maioria das jurisdições e cria exposição de responsabilidade para o instalador, independentemente da qualidade aparente do acessório.
Com os principais tipos de conexões de alargamento e suas características compreendidas, o processo de seleção para uma aplicação específica de alta pressão pode ser estruturado em torno de cinco critérios de decisão sequenciais que restringem progressivamente o campo até a especificação de conexão correta.
Na maioria das aplicações regulamentadas, o tipo de conexão é especificado pelo padrão de projeto do sistema e não pela preferência do instalador. Os sistemas hidráulicos de freio automotivo são regidos pela FMVSS 116 e SAE J1290, que exigem conexões Inverted Flare de parede dupla para terminações de linha de freio. Os sistemas hidráulicos europeus são projetados de acordo com a ISO 4413 e normalmente usam acessórios para tubos métricos DIN 2353. Os sistemas de refrigeração são projetados de acordo com a ASHRAE 15 e normalmente especificam conexões alargadas de 45 graus em tubo de cobre na faixa de tamanho aplicável. Seguir o padrão vigente é o primeiro passo correto e elimina a maior parte da ambiguidade sobre qual tipo de flare usar.
O tipo e material de conexão selecionado deve ter uma classificação de pressão de trabalho publicada que atenda ou exceda a pressão de trabalho máxima permitida (MAWP) do sistema, incluindo picos de pressão causados por pulsação da bomba, golpe de aríete e pontos de ajuste da válvula de alívio de pressão. Aplique um fator de segurança mínimo de 4:1 entre a pressão de ruptura nominal da conexão e a pressão operacional do sistema para aplicações críticas de potência de fluido e freio hidráulico , o que é consistente com os fatores de segurança de projeto na ISO 4413 e SAE J514. Se a pressão operacional necessária exceder a classificação da conexão de latão, atualize para aço carbono ou aço inoxidável na mesma geometria da conexão, em vez de mudar para um tipo de alargamento diferente.
Confirme se o material da conexão é compatível com o fluido do sistema em toda a faixa de temperatura operacional. As principais incompatibilidades a serem verificadas incluem latão com amônia, ligas à base de zinco com ácidos ou álcalis fortes e aço carbono com água agressiva ou soluções salinas. Para fluidos hidráulicos à base de petróleo, fluidos hidráulicos de água-glicol e refrigerantes de hidrocarbonetos, as conexões de latão são compatíveis em toda a faixa de temperatura apropriada para latão (menos 40°C a mais 120°C para latão padrão; menos 60°C a mais 150°C para graus resistentes à dezincificação).
O ambiente físico no qual a conexão será montada e a frequência com que a conexão pode precisar ser desconectada para manutenção afetam a seleção ideal do tipo de conexão. Locais onde o acesso de rotação total para uma chave é limitado favorecem projetos de encaixe que podem ser montados com um corpo fixo e porca rotativa, que todos os tipos de encaixes alargados padrão acomodam. As aplicações que exigem desconexão frequente para trocas de filtros ou componentes favorecem os tipos JIC de 37 graus e DIN de 24 graus, que são totalmente reutilizáveis através de vários ciclos de montagem e desmontagem sem exigir a reforma do tubo. O alargamento invertido em linha de freio de aço é o tipo de alargamento menos fácil de manutenção, já que a desmontagem normalmente requer o corte da linha e a reforma do alargamento, razão pela qual é especificado apenas onde sua resistência à vibração e perfil compacto justificam a compensação de manutenção.
As conexões alargadas usam vários formatos de rosca que não são intercambiáveis, apesar de parecerem semelhantes em tamanho. As conexões SAE J514 de 37 graus usam roscas retas UN/UNF com diâmetros de passo específicos definidos no padrão SAE. As conexões Inverted Flare do sistema de freio usam roscas métricas (M10 x 1,0 e M12 x 1,0 são as duas mais comuns em aplicações automotivas) que não se encaixam nas roscas SAE UN/UNF. As conexões DIN 24 graus usam roscas métricas de acordo com DIN 2353. Antes de solicitar acessórios de substituição ou extensão para um sistema existente, sempre identifique o formato e o passo da rosca por medição ou consultando a documentação das peças do fabricante do sistema, pois a inspeção visual por si só não pode distinguir com segurança entre diferentes formas de rosca de passo semelhante.
| Tipo de sistema | Tipo de sinalizador recomendado | Material Recomendado | Norma Governante | Consideração de seleção de chave |
|---|---|---|---|---|
| Potência hidráulica (até 3.000 PSI) | SAE/JIC de 37 graus | Aço; acessórios de latão abaixo de 1.500 PSI | SAE J514 | Reutilização e classificação de pressão |
| HVAC e refrigeração | SAE de 45 graus | Acessórios de latão (compatibilidade com tubo de cobre) | SAE J513 | Compatibilidade de refrigerante com latão |
| Hidráulica de freio automotivo | Flare Invertido (parede dupla) | Aço (OEM); acessórios de latão para acessórios de corpo | SAE J1390/FMVSS 116 | Padrão obrigatório; sem substituição |
| Conexões de aparelhos a gás | Flare invertido (45 graus) | Acessórios de latão (listado CGA) | CGA/CSA/AGA | Requisito de produto listado para conformidade com o código |
| Máquinas hidráulicas europeias | Métrica DIN de 24 graus | Aço; inoxidável; acessórios de latão para pneumática | DIN 2353/ISO 8434-1 | Dimensionamento do diâmetro externo do tubo métrico e formato da rosca DIN |
O torque de montagem correto é a variável final e frequentemente negligenciada que determina se uma junta de conexão alargada corretamente especificada e formada terá um desempenho confiável ao longo de sua vida útil. Ambas as conexões de alargamento com torque insuficiente e excessivo produzem juntas não confiáveis: o torque insuficiente deixa a pressão de contato cone a cone abaixo do mínimo necessário para vedar contra a pressão do sistema, enquanto o torque excessivo deforma plasticamente o alargamento do tubo além de sua faixa elástica, distorcendo a geometria do cone e potencialmente quebrando o material do alargamento.
SAE J514 especifica torques de montagem para conexões JIC de 37 graus variando de 9 Nm (80 libras-polegada) para tubo de 3/16 polegada a 135 Nm (100 libras-pé) para tubo de 1-1/4 polegada , e esses valores devem ser aplicados com uma chave de torque calibrada para montagem crítica de sistemas hidráulicos e de pressão, em vez de serem estimados pelo tato. Para conexões de latão, aplique aproximadamente 75 a 85 por cento do torque especificado para aço para evitar tensão excessiva nas roscas mais macias da porca de latão com cargas de fixação equivalentes.
Após a montagem, todas as conexões de conexão de alta pressão devem ser testadas com pressão de 1,5 vezes a pressão de trabalho máxima permitida do sistema antes de serem colocadas em serviço, com todas as conexões inspecionadas quanto a vazamentos usando um método de detecção de vazamento apropriado: solução de sabão para sistemas de gás, corante fluorescente para sistemas de fluido hidráulico ou teste de queda de pressão de nitrogênio para sistemas limpos onde a contaminação de fluido do meio de detecção de vazamento é inaceitável. Uma junta que passe neste teste de pressão inicial e não mostre nenhuma distorção visível da porca de alargamento ou do tubo deve fornecer um serviço livre de vazamentos durante toda a vida útil projetada do sistema de tubulação quando o tipo de conexão, material e procedimento de montagem corretos forem aplicados.
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