Материалы трубопроводов: оцинкованная сталь, алюминий, нержавеющая сталь

Когда покупатели сравнивают линейные фитинги, разговор обычно ограничивается номером модели: какой натяжной зажим, какой подвесной зажим, какой диапазон размеров. Материал, из которого изготовлен фитинг, редко становится предметом отдельного вопроса — и тем не менее именно материал определяет вес фитинга, его коррозионную стойкость, совместимость с зажимаемым проводником и срок службы на опоре. Два фитинга с одинаковой геометрией, но из разных материалов могут иметь совершенно разный срок службы на одной и той же линии.

В данном руководстве подробно рассмотрены четыре группы материалов, с которыми вы на практике столкнетесь при выборе арматуры для воздушных линий электропередачи — сталь с горячим цинковым покрытием, алюминиевый сплав, ковкий или высокопрочный чугун и нержавеющая сталь — а также их преимущества, области применения и недостатки. В заключение рассматривается вопрос о гальванической коррозии, который ставит в тупик большинство покупателей, приобретающих такие изделия впервые, а также приводится контрольный список того, что необходимо проверить на чертежах и в технических паспортах перед размещением заказа. Если вы все еще выбираете между различными типами фитингов, начните с нашего сравнения Типы натяжных зажимов — в этой статье дается ответ на следующий вопрос: если тип уже известен, из какого материала его следует изготовить?

Почему выбор материала заслуживает отдельного вопроса

Фитинг выполняет сразу три функции: механически удерживает проводник, проводит ток или обеспечивает надёжное соединение, а также выдерживает воздействие погодных условий в течение расчётного срока службы линии. Ни один материал не является идеальным для выполнения всех трёх задач, поэтому производители комбинируют их — корпус из алюминиевого сплава со стальными болтами, чугунный зажим с оцинкованным фиксатором, штифт из нержавеющей стали в оцинкованной раме. Такое сочетание материалов является целенаправленным и обеспечивает надёжную работу только в том случае, если каждый металл используется там, где его свойства соответствуют поставленной задаче.

Выбор материала также зависит от типа проводника. Большинство воздушных проводников изготовлены из алюминия или алюминиевого сплава, поэтому крепежные элементы, непосредственно зажимающие проводник, обычно тоже изготавливаются из алюминия — сталь, находящаяся в прямом контакте с алюминиевым проводником под натяжением и в условиях влажности, вызывает гальваническую реакцию, которая разъедает жилу проводника. Именно этот факт в большей степени, чем любой другой, определяет выбор материалов для линий распределения. Напротив, фитинги, которые никогда не соприкасаются с проводом — кронштейны для опор, U-образные болты, растяжки — могут быть изготовлены из недорогой оцинкованной стали, поскольку от них требуется лишь прочность и атмосферостойкость.

Важен и финансовый аспект. Нержавеющая сталь элегантно решает проблемы коррозии, но из-за высокой стоимости не подходит для большинства работ в сфере дистрибуции. Сталь, подвергнутая горячему цинкованию, является основным материалом именно потому, что при правильном нанесении и контроле качества покрытия она обеспечивает десятилетия службы при низких затратах. Экономия достигается за счет подбора материала с учетом реальных условий эксплуатации, а не исходя из наихудшего возможного сценария.

Сталь, оцинкованная горячим способом: «рабочая лошадка»

Горячее цинкование заключается в погружении изготовленной стальной детали в расплавленный цинк, благодаря чему покрытие образует металлургическую связь, а не наносится в виде краски. В результате получается серая, иногда с блестками поверхность, которая гораздо лучше противостоит царапинам, чем напыляемые покрытия, поскольку цинк вокруг любой царапины продолжает защищать обнаженный край стали. В сфере линий электропередачи эта серия охватывает конструкционные крепежные детали: U-образные болты и кронштейны для опор, фитинги для поперечин, крепления оттяжек, концевые проушины, болты, гайки, шайбы и штифты на зажимах всех типов.

Его преимущества очевидны. Прочность конструкции на единицу стоимости у этого материала выше, чем у любого другого из представленных здесь; резьба и зажимные поверхности надежно удерживают крутящий момент, а цинк выступает в роли защитного слоя — он подвергается коррозии в первую очередь и медленно, давая время стальной основе под ним. Срок службы зависит в основном от толщины покрытия и степени коррозионной активности места эксплуатации, поэтому практический вопрос для покупателя заключается не в том, “оцинкованный или нет”, а в том, “какой толщины и по каким техническим требованиям”. Это значение должно быть указано в чертеже; если в вашем запросе не указаны требования к покрытию, ознакомьтесь с нашим руководством о том, как указать комплектующие для воздушных линий в запросе предложений чтобы узнать, какие именно поля необходимо заполнить.

Недостатки проявляются в определённых местах. На обрезанных краях и в просверленных отверстиях, выполненных после цинкования, остаётся оголенная сталь, если их не подвергнуть повторной обработке. На резьбе может скапливаться цинк, и для обеспечения надёжной посадки её необходимо зачистить. А в условиях тяжелой промышленности или прибрежной среды скорость износа цинкового покрытия резко возрастает, и именно в таких случаях более толстое покрытие — или другой материал — становится более выгодным решением.

Алюминий и алюминиевые сплавы: материал, используемый в качестве проводника

Везде, где фитинг зажимает, заделывает конец или соединяет алюминиевый проводник, корпус фитинга почти всегда представляет собой отливку из алюминиевого сплава — клиновые натяжные зажимы для ABC, корпуса подвесных зажимов, зажимы с параллельными канавками, соединительные муфты. Причины этого носят физический характер, а не связаны с традициями. Соединение «алюминий с алюминием» устраняет гальваническую пару на самом критическом участке линии. Плотность алюминия примерно в три раза меньше плотности стали, что имеет значение при монтаже на опоре: более лёгкая арматура означает меньшую собственную нагрузку на поперечину и облегчает подъём монтажнику. Кроме того, экструдированный или литой алюминий позволяет создавать гладкие, широкие радиусы, которые предотвращают истирание жилы провода самим креплением в месте входа в зажим — именно в этой точке концентрируются повреждения, вызванные вибрацией.

Выбор сплава и качество литья — это «незаметные» для покупателя факторы. Изделие с пористостью или острыми внутренними кромками не будет видно на фотографии продукта, поэтому утверждение образцов и документированная процедура контроля имеют большее значение для алюминиевой фурнитуры, чем для фурнитуры из обычной стали. Наш обзор входной контроль линейного оборудования включает в себя проверку литья и поверхности, которую следует провести при получении.

Два важных замечания. Во-первых, внешний вид сам по себе — ненадежный критерий проверки материала: литой алюминий и оцинкованное чугунное изделие на фотографиях выглядят одинаково — серо-матовыми, и их перепутывание в заказе на поставку — реальная и распространенная ошибка; подробнее о том, как их различить, см. в разделе «Контроль качества» ниже. Во-вторых, алюминиевые фитинги по-прежнему содержат стальные детали — болты, клинья, стопорные штифты. Такое сочетание допустимо, если оно предусмотрено конструкцией (сталь изолирована или имеет такие размеры, что коррозия не влияет на прочность соединения), но именно поэтому материал и покрытие болтов заслуживают отдельной строки в технических условиях, а не сноски.

Ковкий и пластичный чугун: «рабочие лошадки» литейного производства

Многие корпуса подвесных зажимов, кронштейны для столбов и тяжелые крепежные детали изготавливаются методом литья, а не сваркой, причем в качестве литейного металла используется ковкий или высокопрочный чугун. По сравнению с серым чугуном — хрупким и все реже используемым в линейных конструкциях — ковкие и высокопрочные сорта чугуна сгибаются, прежде чем сломаться, что как раз и требуется для фитинга, принимающего ударные нагрузки при натяжке линий или от падающих ветвей. Литье является экономичным способом изготовления сложных форм: изготовление изогнутого корпуса подвесного зажима с болтовыми ушками из листового металла обошлось бы дорого.

На чертежах это различие не носит чисто теоретический характер. Чугун, ковкий чугун и высокопрочный чугун отличаются по прочности и удлинению при растяжении, и поставщик, заменяющий одну марку на другую, изменяет запас прочности узла, не меняя при этом его внешней формы. Когда в чертеже указано “ковкий чугун”, это слово является требованием, а не описанием. Если на чертежах вашей арматуры используются названия материалов, которые вы не можете проверить, ознакомьтесь с нашим обзором элементы воздушных линий электропередачи объясняет, в каком месте сборки обычно находится каждое семейство литейных форм.

Как и стальные штампованные детали, чугунные детали перед вводом в эксплуатацию почти всегда подвергаются горячему цинкованию, и в их случае возникают те же вопросы, связанные с покрытием: толщина, степень покрытия внутри резьбовых отверстий и обработка после механической обработки. На отливке, подвергшейся механической обработке после цинкования, на критически важных поверхностях может обнажиться металл, поэтому последовательность производственных операций имеет не меньшее значение, чем сама толщина покрытия.

Нержавеющая сталь: чем она оправдывает свою цену

Нержавеющая сталь используется в линейных фитингах в трёх вариантах: в качестве крепежных элементов и штифтов в дорогостоящих узлах, в качестве готовых фитингов в условиях сильной коррозии, а также в виде мелких деталей — шайб, шплинтов, пружин — там, где заржавевшая мелкая деталь может привести к заклиниванию механизма. Она противостоит коррозии за счёт пассивации, а не за счёт самопожертвования, поэтому не изнашивается так, как цинк, и сохраняет чистый внешний вид, что также упрощает визуальный осмотр на протяжении многих лет.

Экономическая целесообразность в данном случае одновременно ограничена и вполне реальна. Для короткой сельской распределительной линии в глубине страны использование фитингов из нержавеющей стали — это трата денег на проблему, которой не существует. Что касается фитингов, устанавливаемых вблизи химических заводов, на прибрежных сооружениях или внутри механизмов, которые должны сохранять свободу движения на протяжении десятилетий, то нержавеющая сталь за весь срок службы часто обходится дешевле, чем плановая замена оцинкованных деталей. Решение зависит от конкретных условий объекта, поэтому его следует принимать в рамках экологической оценки вашего проекта, а не рассматривать как стандартное улучшение.

Одна из ловушек в технических условиях: “нержавеющая сталь” — это целый класс материалов, а не отдельный материал, и различные марки значительно различаются по стойкости к точечной коррозии — именно этот вид разрушения имеет решающее значение в прибрежном воздухе с высоким содержанием хлоридов. Укажите требуемую марку на чертеже или согласуйте марку, предложенную поставщиком, при условии предоставления подтверждающих документов, а не ограничивайтесь лишь словом “нержавеющая сталь”.”

Четыре материала рядом

Воспользуйтесь таблицей, чтобы сузить круг выбора, а затем ориентируйтесь на технические паспорта конкретных изделий — классы прочности, состояния сплавов и масса покрытия являются показателями для каждой конкретной модели, которые производитель обязан указывать, и значения, приведенные в техническом паспорте, имеют приоритет над любыми общими правилами, изложенными в данной статье.

Гальваническая коррозия: вопрос, который ставит покупателей в тупик

Когда два разнородных металла соприкасаются в присутствии электролита — дождя, конденсата, солевого тумана — менее благородный металл подвергается коррозии быстрее, чем в одиночку. В воздушных линиях электропередачи классическими парами являются алюминий и медь, а также алюминий и голая сталь. Именно по первой причине медный наконечник ни в коем случае нельзя прикручивать болтами непосредственно к алюминиевому проводнику или фитингу: алюминиевая сторона становится анодом и незаметно растворяется на границе раздела, повышая сопротивление контакта до тех пор, пока соединение не перегреется. Стандартным решением в отрасли является биметаллический переходник — наконечник, у которого основа изготовлена из алюминия, а цилиндрическая часть — из меди, и которые сваркой трением соединены в одно целое, — а также наше руководство по биметаллические кабельные наконечники объясняет, как устроены эти сварные швы и что в них следует проверять. Что касается общей проблемы «алюминий против меди», см. специальное сравнение Медные и алюминиевые кабельные наконечники.

Контакт между алюминием и сталью возникает внутри самих фитингов. Конструкторы решают эту проблему с помощью геометрии и изоляции: стальную деталь выводят из цепи тока, подбирают её размеры так, чтобы поверхностная коррозия не влияла на усилие зажима, либо устанавливают прокладки и втулки. Как покупатель, вы не занимаетесь перепроектированием фитинга, но должны поинтересоваться, как решается проблема соприкосновения различных металлов, и отклонять сборки, в которых стальная деталь находится на пути прохождения тока между двумя алюминиевыми проводниками без переходного элемента.

Та же логика применима и к вашей практике монтажа. Лента из нержавеющей стали, обвязанная непосредственно вокруг алюминиевой оболочки проводника, медный заземляющий проводник, закрепленный на алюминиевом кронштейне опоры с помощью болта без изоляции — все это решения, связанные с монтажом, которые остаются актуальными и после истечения срока гарантии. Практическое правило для монтажных бригад простое: на каждом соединении различных металлов следует либо использовать переходную деталь, либо изолировать эту пару, а также зафиксировать выполненные действия, чтобы следующая бригада была в курсе.

Покрытие и поверхность: что и как проверять

Поскольку наиболее распространённой причиной преждевременного выхода из строя оцинкованной фурнитуры является качество покрытия, а не марка материала, при приёмке груза следует проводить тщательную проверку. Для проведения описанной ниже проверки не требуется лаборатория — большая её часть носит визуальный и тактильный характер и осуществляется непосредственно на поддоне с грузом.

Эти проверки встраиваются в более общую процедуру обработки входящих данных в нашей руководство по входному контролю, которая также охватывает измерение размеров и фотографирование для целей претензионного урегулирования. Если партия не проходит проверку покрытия, ее следует браковать до того, как она поступит на прилавки магазинов — оцинковку невозможно восстановить с помощью аэрозольной краски с соблюдением тех же стандартов, что и при первоначальном погружном оцинковании.

Подбор материала с учетом условий эксплуатации

Именно окружающая среда определяет, как быстро изнашивается любое покрытие или материал, поэтому сначала определите условия эксплуатации объектов, а уже потом подбирайте материалы из каталога. Большинство проектов можно отнести к трем основным категориям. Наименее агрессивной является атмосфера в сельской местности и городах вдали от побережья: оцинкованная сталь со стандартным покрытием и алюминиевые соединительные элементы обеспечивают полный расчетный срок службы при условии проведения плановых осмотров. Прибрежный воздух содержит хлориды, которые агрессивно воздействуют как на цинк, так и на алюминий, что диктует необходимость выбора нержавеющих марок с более высокой стойкостью к точечной коррозии. Промышленный воздух — сульфиды, кислоты, цементная пыль — ускоряет износ цинка, а также может вызывать коррозию менее благородных сплавов, входящих в состав литых изделий.

Для классов с умеренными условиями эксплуатации по умолчанию следует использовать стандартную комбинацию: крепеж из оцинкованной стали, фитинги для проводников из алюминиевого сплава, оцинкованные отливки там, где этого требует форма детали. Для прибрежных и промышленных объектов следует целенаправленно и выборочно повышать уровень защиты — применять более толстые покрытия там, где это допускает чертеж, использовать нержавеющую сталь для мелких деталей, которые заклиниваются при ржавлении, а также проводить более частые проверки вместо повсеместной модернизации материалов. Каждое повышение требований должно быть обосновано задокументированными условиями на объекте, поскольку именно эта документация оправдывает затраты перед заказчиком проекта.

Два практических замечания, сделанных на месте. Во-первых, микроусловия имеют большее значение, чем среднерегиональные показатели: фитинг, установленный под протекающей проходкой трансформатора или в дренажном сифоне, подвергается гораздо более суровым условиям, чем средние по линии. Во-вторых, изоляция кардинально меняет ситуацию — фитинги с полимерными корпусами, такие как корпуса разъемы с проколом изоляции, что приводит к переносу коррозионного воздействия с металлического корпуса на уплотнения, поэтому необходимо проверять не только металл, но и устойчивость эластомера к ультрафиолетовому излучению.

На что следует обратить внимание при составлении чертежей и запросов

Материальные проблемы дешевле всего предотвратить на бумаге. Перед отправкой запроса убедитесь, что все нижеперечисленные моменты четко указаны, а не остаются предметом догадок — каждый из них позволяет избежать конкретной и часто встречающейся неисправности.

Если какие-либо из этих полей кажутся вам незнакомыми, в руководстве по запросу предложений, ссылка на которое приведена выше, подробно описано каждое из них с указанием точной формулировки. А когда выбор материала определяет, какую серию фитингов вам следует приобрести — например, при выборе алюминиевого клинового тупикового фитинга вместо оцинкованного болтового зажима для линии с алюминиевыми проводниками — то Руководство по выбору зажимов для подвески и руководство по правильному захвату мяча рассмотреть компромиссы на уровне типов на своём собственном оборудовании.

Часто задаваемые вопросы

Может ли оцинкованная стальная фурнитура безопасно соприкасаться с алюминиевыми проводниками?

Только в тех случаях, когда это предусмотрено конструкцией и сталь находится вне пути прохождения тока, — использование оцинкованного фиксатора или болта на алюминиевом корпусе зажима является нормальным и допустимым. Недопустимо, чтобы сталь проводила ток между алюминиевыми деталями или чтобы оголенная сталь зажимала алюминиевый проводник непосредственно в условиях постоянной нагрузки и влаги. Следуйте инструкциям по монтажу производителя фитингов; если принцип соединения неясен, перед установкой запросите в письменном виде подробную информацию об изоляции или переходных элементах.

Всегда ли нержавеющая сталь — лучший выбор в прибрежных районах?

Да, она лучше противостоит коррозии, но это не всегда означает, что её выбор является оптимальным. Нержавеющая сталь стоит дороже, а на распределительной линии коррозионную нагрузку на несущие элементы конструкции часто можно контролировать с помощью более толстого оцинкованного покрытия и плановых осмотров. Использовать нержавеющую сталь следует только для тех деталей, где коррозия приводит к функциональным сбоям: штифты, пружины, крепежные элементы рабочих механизмов, а также фитинги в местах с подтверждённым воздействием хлоридов.

Почему корпуса натяжных зажимов изготовлены из алюминия, а их болты — из стали?

Корпус должен надежно удерживать алюминиевый проводник без образования гальванической пары и при этом иметь небольшой вес; болт должен обеспечивать высокое и стабильное усилие затяжки, которое сталь обеспечивает благодаря лучшим характеристикам резьбы. Производители используют сталь в тех местах, где возникают силы, а алюминий — там, где происходит контакт с проводником. Именно поэтому покрытие болта является одним из технических параметров — ведь именно эту деталь монтажники затягивают с заданным моментом.

Как при получении товара отличить оцинкованное чугунное изделие от изделия из алюминиевого сплава?

Вес — это самый быстрый способ проверки на месте: чугунные детали одинакового размера ощущаются заметно тяжелее. Отличается и поверхность: горячее цинкование часто имеет блестящий вид или слегка шероховатую серую поверхность, тогда как литой алюминий более гладкий и имеет чуть более тёплый оттенок. Если внешний вид сам по себе не даёт однозначного ответа, перед приёмкой партии сравните деталь с утверждённым образцом и маркировкой, а также взвесьте образец и сопоставьте его вес с указанием в техническом паспорте, если таковое имеется.

Подведение итогов

Выбор материала для линейных фитингов — это не вопрос химии, а вопрос совместимости. Оцинкованная сталь несет основную нагрузку, алюминиевый сплав обеспечивает соединение со всеми алюминиевыми проводниками, литые детали позволяют экономично создавать сложные формы, а нержавеющая сталь защищает от коррозии именно в тех местах, где коррозия может привести к поломке, а не повсеместно. Неисправности, с которыми мы сталкиваемся в эксплуатации, почти никогда не связаны с применением экзотических материалов; их причиной являются неуказанные требования к покрытию, замена марок литейного металла и соединения из разных металлов, которые никто не задокументировал.

При подготовке следующего запроса пришлите нам чертежи деталей или перечень деталей вместе с информацией о типе проводника, пролете и натяжении, классе окружающей среды на объекте, а также ожидаемых требованиях к покрытию — и мы подтвердим выбор материала и покрытия для каждого фитинга с учетом этих данных. Чтобы получить исходную информацию о фитингах со стороны проводника, ознакомьтесь с ассортимент натяжных зажимов или ассортимент подвесных зажимов, и добавьте указанные выше поля с материалами к тем моделям, которые вы включили в короткий список.