Falvastagság és csőátmérő kapcsolata - Mikor lesz problémás a csőhajlítás?
A gyakorlatban azonban a hajlítás minőségét három tényező együttese határozza meg: az átmérő (D), a falvastagság (t) és a választott hajlítási sugár (R). Ezek arányai döntik el, hogy a cső keresztmetszete mennyire marad stabil, mennyire vékonyodik el a külső íven, illetve lesz-e hullámosodás a belső oldalon. Az alábbi útmutatóban közérthetően végigvesszük, mikor és miért válik problémássá a csőhajlítás, és hogyan lehet már a tervezésnél megelőzni a gondokat – külön kitérve a meleg/indukciós hajlítás sajátosságaira is.
1) A kulcsarányok: D/t és R/D
A csőhajlíthatóság legegyszerűbben két aránnyal írható le:
● D/t – az átmérő és a falvastagság hányadosa (a cső „vékonyfalúsága”). Minél nagyobb ez az érték, annál vékonyabb falú a cső, és annál hajlamosabb az oválisságra és falvékonyodásra.
● R/D – a középsík sugár és az átmérő aránya. Minél kisebb az R/D, annál szorosabb a hajlítás, ezért nő a belső oldali ráncosodás és a külső oldali nyúlás kockázata.
A gyártásban gyakran használt hüvelykujj-szabályok:
● Vastagfalú tartomány: D/t ≤ 10…12 – a hajlítás általában jól kontrollálható.
● Közepes: D/t ~ 15…25 – már szükség lehet technológiai támogatásra (belső támasz, pontos hőmérséklet-vezérlés, nagyobb R/D).
● Vékonyfalú: D/t ≥ 30 – a hagyományos hideg hajlítás gyorsan problémássá válik; meleg vagy indukciós hajlítás előnyösebb, illetve nő a minimális R igény.
Fontos: ezek nem szabványértékek, hanem mérnöki kiindulópontok. Minden projektben anyag, méret, szög és minőségkövetelmény szerint kell finomítani.
2) Mi történik a keresztmetszettel hajlítás közben?
Hajlításkor a cső külső ívén húzó, a belső ívén nyomó feszültségek ébrednek. Ennek következménye:
● a külső ív elvékonyodik (falvékonyodás),
● a belső ív meghullámosodhat (ráncosodás),
● a kör alakú szelvény ellipszissé alakul (oválisság),
● a hajlított szakasz rövidül/meghosszabbodik a semleges szál eltolódása miatt.
Ha a falvékonyodás túl nagy, a cső nyomásállósága romlik; ha az oválisság túl magas, a áramlási hidraulika és a szerkezeti merevség romlik; ha ráncok jelennek meg, a fárasztó igénybevételre érzékeny geometriai hibák keletkeznek. Ezért van az, hogy a legtöbb ipari specifikáció százalékos határértékeket ír elő (tipikusan falvékonyodás ≤ 10–12%, oválisság ≤ 5–8% – projektfüggő).
3) Mikor lesz problémás a csőhajlítás?
a) Vékony fal + szoros sugár (magas D/t, alacsony R/D)
Ez a legtipikusabb kockázati kombináció. A belső ív hajlamos gyűrődni, a külső ív túlnyúlik, a körkörös szelvény pedig inkább „tojássá” lapul. Hideg hajlításnál ilyenkor mandrel, wiper és nyomópofák kellenek, mégis nehéz a tűréseket tartani. Meleg/indukciós eljárásnál a kontrollált hőöv segít, de reális minimális R nélkül itt sincs csoda.
b) Nagy átmérő + kis fal (DN nagy, t kicsi)
A nagy átmérőjű, vékonyfalú csövek hajlításkor kagylósodnak, a körkörös merevség hiánya miatt könnyen összeesnek. Ilyenkor a geometria mellett a befogás és a tolóerő is kritikus; az indukciós hajlítás nagy előnye, hogy a teljes szál helyett csak a hajlítási zónát melegíti, így csökken a nem kívánt alakváltozás.
c) Túl szoros sugár az anyag duktilitásához képest
A folyáshatár/nyúlás és a szemcseméret határozza meg, mennyit „bír” az anyag repedés nélkül. Kovácsolt, finomszemcsés, lágyabb anyag jobban hajlítható, míg a nagy szilárdságú, edzett anyag hajlamos mikrorepedésekre a külső íven. Ha az R túl kicsi, a repedés kockázata meredeken nő.
d) Hegesztett cső: rossz varratpozíció
Hegesztett csöveknél a hosszvarrat a keresztmetszet „érzékeny pontja”. Ha a varrat a maximálisan húzott oldalra kerül, nő a repedés esélye. Általános gyakorlat a varratot semleges szál közeli vagy kevésbé terhelt pozícióba forgatni.
e) Nem megfelelő hőkezelés
Hőálló vagy ötvözött acéloknál a meleg hajlítás utáni feszültségmentesítő hőkezelés (PWHT) elhagyása ridegedést, későbbi repedéseket okozhat. Rozsdamentes acéloknál a túl hosszú vagy túl magas hőtartás szemcsedurvulást és korróziós érzékenységet növelhet.
4) Hideg, meleg és indukciós hajlítás – mikor melyik?
● Hideg hajlítás: kisebb átmérők, vastagabb falak, nagy sorozatok. Precíz szerszámozással és belső támaszokkal (mandrel) szoros sugarak is elérhetők, de vékonyfalú és nagy D esetén hamar elérjük a határt.
● Meleg hajlítás: a cső anyagát lokálisan melegítve hajlítják; csökken a folyáshatár, nő a duktilitás, kisebb R érhető el kevesebb ráncosodással.
● Indukciós hajlítás: elektromágneses tekercs melegít keskeny gyűrűt a cső körül, a darabot tolóerő viszi át a tekercsen. Előnye a jó mérettartás, nagy átmérő és vastag fal kezelése, illetve az, hogy a tangensek és a szög pontosan beállíthatók. Hátránya, hogy hőkezelési fegyelem és tapasztalat szükséges.
Általános irány: növekvő D/t és csökkenő R/D mellett a hideg hajlítást egy ponton célszerű meleg/indukciós eljárásra váltani.
5) Minimális hajlítási sugár – hogyan becsüljünk reálisan?
A projektekben megengedett minimális R nem univerzális szám, de kiindulásnak:
● vastagfalú szénacéloknál hidegen: R ≈ 2–3D belső támaszokkal;
● vékonyfalú szénacél vagy rozsdamentes csöveknél: R ≈ 3–4D, gyakran már meleg/indukciós eljárás javasolt;
● nagy D (DN≥400) és vékony fal esetén: R ≥ 4–6D, különben az oválisság és falvékonyodás túl nagy lesz.
Meleg/indukciós hajlításnál a kisebb R is tartható, viszont a specifikációkban kötelező rögzíteni:
● megengedett falvékonyodás %,
● megengedett oválisság %,
● varratpozíció (hegesztett csőnél),
● PWHT (szükség szerint),
● UT/RT és falvastagság-térkép az első darabokra.
6) Anyagfüggő finomságok
● Szénacélok: jól hajlíthatók, de a belső korrózió kockázatát az élettartam-számításban vegyük figyelembe; nagy R/D mellett a legtöbb követelmény tartható.
● Hőálló Cr-Mo acélok: meleg/indukciós hajlítás + feszültségmentesítés; túl nagy hőbevitel ridegedést okozhat.
● Austenites rozsdamentes: jó duktilitás, de kloridos közegek és magas hőmérséklet esetén a későbbi korróziós kockázat miatt figyeljünk a felületminőségre és az utólagos tisztaságra.
● Duplex: nagy folyáshatár, jó korrózióállóság, de szűk hőmérséklet-ablak; meleg/indukciós hajlításnál fázisarány kontroll szükséges.
● Hegesztett vs. varrat nélküli: nagy igénybevételnél és szoros R esetén a varrat nélküli csövek előnyösek; hegesztett cső is jó lehet, ha a varrat helye és vizsgálata kontrollált.
7) Tervezési és gyártási praktikák a problémák megelőzésére
Rögzítsük a tűréseket: falvékonyodás, oválisság, tengelyferdeség, CLR pontosság, tangens hosszak.
Számoljuk a lokális hatásokat: a falvastagság tervezett értékéhez adjunk korrekciót a húzott oldal várható csökkenésére.
Első cikk jóváhagyás (FAI): kérjünk falvastagság-térképet és oválisság-mérést az első darabról; szükség esetén finomítsuk az R/D-t.
Varrat „clocking”: hegesztett csőnél jelöljük a varrat helyét, és tartsuk a megállapított pozíciót a hajlításnál.
Hőkezelés és keménység: ahol kell, legyen dokumentált PWHT-görbe, keménységméréssel igazolva.
Felületminőség: higiéniai rendszerekben határozzunk meg belső érdesség-követelményt; indukciós hajlításnál ügyeljünk a hőszíneződés utókezelésére.
Reális sugár: ha a csővezeték elrendezése túl szoros sugarat kíván, hasonlítsuk össze a két kisebb szögű könyök megoldásával – gyakran ez adja a legjobb össz-tűrést és élettartamot.
8) Mikor mondjuk ki: „ez így már problémás”?
● Ha a számolt és mért falvékonyodás eléri a projektkorlátot (pl. 10–12%), és nincs több ráhagyás.
● Ha az oválisság a határ közelében van (pl. 5–8%), és a nyomásállóság vagy a hidraulika érzékeny.
● Ha a kívánt R/D olyan kicsi, hogy csak aránytalanul nagy kockázat árán tartható (repedés, ránc, utólagos javítás).
● Ha az anyag hőkezelési ablakát a gyártás nem tudja biztosítani (pl. duplex fázisarány).
● Ha a varratpozíció és ellenőrzés nem garantálható; kritikus alkalmazásban ez elutasítási ok.
Ilyenkor a megfelelő lépés nem a „még egy próbáljuk meg”, hanem tervezési módosítás: nagyobb R, nagyobb t, más anyag, vagy más gyártási módszer.
9) Összegzés
A csőhajlítás sikerének kulcsa a D/t és R/D arányok józan megválasztása. Vékony fal és szoros sugár kombinációja – különösen nagy átmérőnél – gyorsan a falvékonyodás, oválisság és ráncosodás határára visz. Ilyenkor a hideg hajlítás helyett a meleg/indukciós eljárás nyújt stabilabb minőséget, de csak akkor, ha a projekt tűrései, hőkezelése és vizsgálatai egyértelműen rögzítettek.
A jó mérnöki gyakorlat három lépésben előzi meg a problémát: reális sugár, megfelelő falvastagság, ellenőrzött technológia. Ha ezeket következetesen alkalmazzuk, a hajlított idom nemcsak „elkészül”, hanem élettartam-biztosan teljesít a nagy igénybevételű ipari rendszerekben is.
