さまざまなタイプのフレア フィッティングとは何ですか? 高圧システムに適したものを選択するにはどうすればよいですか?

直接的な答え: 高圧システムに属するフレア フィッティング タイプはどれですか

高圧油圧システム、冷媒システム、および燃料システムの場合、37 度 SAE フレア フィッティングと逆フレア フィッティングが最も広く指定されている 2 つの接続タイプであり、選択はシステム媒体、動作圧力上限、および設置環境のアセンブリ アクセス制約によって決まります。 37 度の SAE フレアは、最大 3,000 PSI 定格の油圧ラインおよび高圧燃料システムの標準です。一方、反転フレアは、自動車のブレーキ油圧および燃料供給ラインの主要な標準であり、逆円錐形状により、車両下の配線条件が厳しい場合に、よりコンパクトで耐振性のあるアセンブリが提供されます。高圧用途に誤ったタイプの継手を選択すると、単に継手の漏れが発生するだけではなく、警告なしに致命的な接続障害が発生する可能性があります。これは、継手がしっかりと締め付けられているように見えても、コーン角度が間違っていると金属間のシールが正しく形成されないためです。

このガイドではすべての主要な内容を説明します フレアフィッティング 商業用途のタイプ、その圧力定格、真鍮継手を含む材料オプション、最適な用途環境、および高圧流体および高圧ガスシステムを使用する際の選択の決定要因となる特定の要因。

フレアフィッティングがどのようにシールを形成するかを理解する: 基本的なメカニズム

すべてのフレア フィッティングは同じ基本的なシール原理を共有しています。つまり、金属チューブの端に形成された円錐形のフレアが、チューブの周りに締められたフレア ナットの圧縮力によってフィッティング本体の対応する円錐形のシートに押し付けられます。ナットが締められると、増加する接触圧力の下で 2 つのコーン表面が一緒に駆動され、より柔らかい表面材料がわずかに変形して微細な表面の凹凸を埋め、漏れを防ぎ、含まれる液体またはガスの圧力に耐えるのに十分な機械的堅牢性を備えた連続した金属間のシール ラインを作成します。

フレア コーンの角度は、主要なフレア フィッティング タイプを区別する重要な幾何学的変数です。 チューブのフレア角度とフィッティングシート角度の差が 8 度でも、2 つのコーン表面の間に面接触ではなく線接触が生じ、応力がコーン面全体に分散されるのではなく、狭いリングに集中します。 この不一致の接触形状により、最初は圧力を保持できる接合部が形成されますが、狭い接触リングが埋め込まれシールが劣化すると、振動、熱サイクル、圧力脈動によって徐々に破損します。このため、異なるフレア フィッティング タイプは、物理的に適合しているように見えても交換することができません。

フレア加工プロセス: チューブの準備によってジョイントの信頼性がどのように決まるか

チューブの端に形成されるフレアの品質は、継手自体の品質と同様にジョイントの信頼性にとって重要です。フレアが偏心していたり​​、亀裂が入っていたり、成形が不十分であったり、間違った角度で形成されていると、継手本体がどれほど正確に機械加工されているかに関係なく、信頼性の低いシールが生成されます。正しいフレア加工を行うには、バリのない真っ直ぐに切断されたチューブが必要で、フレア位置近くでの冷間曲げによって加工硬化されている場合は焼きなまされ、必要なフレア角度に合わせたコーンマンドレルを備えた適切なサイズのフレアツールブロックに成形されます。

一般的なフレアエラーとその結果は次のとおりです。

• フレア径が不足しています: チューブの肩部が継手本体の面に完全に着座しておらず、圧力がかかっている状態でフレアがナットを通過できる隙間が残っています。
• ひび割れたフレア: 焼きなましを行わずに硬質チューブを過剰成形または成形すると、フレア面に放射状の亀裂が発生し、圧力サイクル下で伝播します。
• 偏心フレア: チューブがフレアブロックの中心になかったため、片側がもう一方の側よりも厚いフレアが発生し、フィッティングシートと不均一に接触します。
• 間違った角度のフレア: 37 度のフィッティングを目的としたチューブに 45 度のフレア ツールを使用すると、見た目に許容できるアセンブリであっても確実にシール不良が発生します。

4 つの主要なフレア フィッティング タイプ: 角度、規格、および用途

4 つのフレア コーン アングルは、世界中の油圧、冷凍、自動車、産業用配管システムにおけるフレア フィッティング アプリケーションの大部分を占めています。それぞれは、円錐の角度、チューブのサイズ範囲、ねじの形状、および嵌合コンポーネントの寸法公差を管理する特定の国内または国際規格に基づいて標準化されています。

37 度 SAE フレア: 油圧および工業規格

SAE J514 および ISO 8434-2 によって管理される 37 度 SAE フレアは、油圧システム、産業機械、高圧燃料供給用の基本的なフレア フィッティング規格です。 37 度の半角により、比較的浅い円錐が形成され、アセンブリの荷重が広い接触領域に分散され、この設計に高圧能力が与えられます。 スチール製の 37 度 SAE フレア フィッティングは、大きなチューブ サイズで最大 3,000 PSI、外径 1/4 インチ未満の小さなチューブ サイズで最大 5,000 PSI の作動圧力に耐えます。 、農業機械、建設機械、産業用プレスおよびリフト システムなどの移動式油圧機器の標準接続となっています。

37 度 SAE フレア システムは、JIC (Joint Industry Council) ねじ仕様を使用しており、ナットと継手本体の雄ねじの両方にストレート (UN/UNF) ねじが付いています。まっすぐなネジの噛み合いはシールには寄与しません。すべてのシールは、コーンとコーンの金属接触によって実現されます。この形状の 37 度真鍮継手は、低圧の油圧および燃料システムの用途で広く使用されており、真鍮の優れた機械加工性と耐食性により鋼よりも適しており、通常は非石油ベースの流体で 1,500 PSI 未満で動作するシステムに適しています。

45 度フレア: HVAC および冷凍規格

SAE J513 によって規定され、HVAC および冷凍業界全体で広く使用されている 45 度のフレアは、組み立てトルクの下でチューブのフレア面へのより強力な食い込みを生み出す急角度の円錐角を使用しています。この急な角度は、冷凍・空調システムの構造で主に使用される比較的薄肉の銅管に適しており、銅管が焼きなましプロセスによって多少の柔らかさの変化がある場合でも、深く食い込む 45 度のコーンが信頼性の高いシールを作成します。

冷凍における 45 度のフレア接続は、チューブの直径と壁の厚さに応じて 200 ～ 700 PSI の作動圧力に対応します。 これは、住宅用および軽商用 HVAC 機器で使用される R-410A、R-22、および R-134a 冷媒システムの動作圧力範囲をカバーします。 45 度のシートを備えた真鍮製継手は、銅冷媒チューブ接続用の標準継手材料です。真鍮は、必要なシート形状にきれいに機械加工され、冷媒と冷凍機油の混合物の軽度の腐食作用に耐性があり、銅管に対して十分に柔らかいため、組み立て中のシートにチューブのフレアをわずかに埋め込むことができ、シールの適合性が向上します。

逆フレア: 自動車のブレーキおよび燃料ラインの標準

逆フレア フィッティングは、最も一般的な実装ではダブル フレアまたは逆ダブル フレアとも呼ばれ、自動車のブレーキ油圧回路および OEM 燃料供給ラインの標準的な接続方法です。チューブの端が外側に広がって円錐状になり、その外面で継手座に接触する標準の（外側）フレアとは異なり、逆フレアは、チューブの端を折り曲げて二重壁セクションを作成し、継手本体の外側ではなく内側に位置する逆円錐形に形成されます。

この反転したジオメトリには 2 つの重要な結果があります。まず、フレアの二重壁セクションは元のチューブの壁厚の約 2 倍であるため、逆フレア ジョイントは、同じチューブの単一壁の 45 度フレアよりも圧力による疲労亀裂に対する耐性が大幅に高くなります。第二に、フレアナットは継手本体にねじ込むのではなく、チューブの外側に沿って圧縮するため、よりコンパクトなアセンブリプロファイルが形成され、自動車のブレーキや燃料ラインが配線される車両の下やエンジンコンパートメント内の狭いスペースをより簡単に通過できます。 SAE 1010 冷間引抜鋼管の逆フレア接続は、ほとんどの自動車 OEM がブレーキ油圧ラインに義務付けている仕様で、最大 150°C の連続動作温度で 1,500 ～ 2,000 PSI の動作圧力を定格としています。

真鍮製継手は、プロパンや天然ガスの分配システムなど、自動車以外の用途での逆フレア接続に一般的に使用されており、逆フレアの耐振動性と、ガスの湿気や大気暴露に対する真鍮の耐食性の組み合わせにより、機器の接続ポイントで信頼性の高い長期接続が実現します。自動車のブレーキ用途で使用される 45 度の逆フレア形状を、一部の産業ガス用途で使用される 37 度の逆フレアと混同しないでください。この 2 つは次元的に互換性がないため、決して混合しないでください。

メートル法 DIN フレア: 欧州工業規格

ヨーロッパの産業機械および油圧システムは、DIN 2353 (ISO 8434-1) メートル法のチューブ継手システムを使用しており、フレアタイプのバリエーションに 24 度の円錐角が組み込まれています。 24 度 DIN フィッティングは、ヨーロッパの農業、建設、マテリアルハンドリング機器の油圧システムで使用されており、ねじの形状、チューブの外径範囲、およびコーンの形状を含むあらゆる次元で、37 度の SAE および 45 度の冷凍フレアの両方とは寸法的に異なります。

DIN 24 度メトリック フレア フィッティングは、最小のチューブ サイズで最大 630 bar (約 9,100 PSI) の圧力に耐えます。 、一般的なフレア フィッティング規格の中で最高の評価を受けています。これらは主に油圧用途向けに炭素鋼とステンレス鋼で製造されており、メートル法のチューブ サイズと DIN ねじ切りが必要な空気圧および低圧流体システム用途には真鍮バージョンも利用できます。

フレア用途の真鍮継手: 指定する場合と回避する場合

真鍮フィッティングはフレアフィッティング用途の大部分で選択される材料であり、その特性がどのような点で有利であるか、またどのような点で制限が課されるのかを正確に理解することで、真鍮が特定のシステムにとって適切な仕様であるかどうかが決まります。

真鍮継手を多くのフレア用途に最適にする特性

黄銅 (通常、継手本体用の C36000 自由加工黄銅または C37700 鍛造黄銅) は、フレア継手の製造と性能に特に適した特性の組み合わせを提供します。

• 優れた機械加工性： 同等の鋼種よりも 3 ～ 5 倍速い切りくず速度で自由加工する真鍮機械により、フレアフィッティングに必要な正確なコーンシート形状を、厳しい角度および表面仕上げ公差に合わせて経済的に製造できます。
• シール面の延性を制御: 真鍮は銅よりも硬く、鋼よりも柔らかいため、アセンブリの締め付け中にフィッティングシートがチューブのフレア面上でわずかに変形する可能性があります。この適合性により、シール接触領域が改善され、真鍮製継手の方が硬鋼製継手よりも小さなフレア表面の不規則性に対する耐性が高くなります。
• 耐食性: 真鍮は、表面処理をしなくても、水、大気中の湿気、冷媒混合物、およびほとんどの炭化水素燃料による腐食に耐性があり、湿式使用環境におけるメッキまたは塗装されたスチール製継手に伴うコーティング損傷のリスクを排除します。
• 銅とのガルバニック適合性: ガルバニックシリーズでは真鍮と銅が緊密に適合しているため、湿気の多い環境で鋼製継手では接触界面で異種金属腐食が発生する可能性がある銅製冷媒チューブへの接続には真鍮製継手が適切な選択となります。
• 可燃性雰囲気環境でも火花が出ない: 真鍮は他の金属に衝突しても火花が出ないため、鋼と鋼の火花が大気を発火させる可能性がある可燃性ガスまたは粉塵環境に分類される地域では、真鍮の継手は指定材料となります。

フレア接続に真鍮継手が適切な選択ではない場合

真鍮製継手には多くの利点があるにもかかわらず、特定の高圧フレア用途から除外される特定の制限があります。

• 3,000 PSI を超える高圧油圧システム: 真鍮は、炭素鋼や合金鋼（油圧継手の場合は通常 550 ～ 830 MPa）よりも引張強度が低く（通常は 380 ～ 470 MPa）、疲労強度も低いため、真鍮製フレア フィッティングの安全な使用圧力は油圧システムの上限範囲を下回るレベルに制限されます。システム圧力が 3,000 PSI を超える用途にはスチール製継手を指定する必要があります
• 高温サービス： 真鍮の降伏強度は 150°C を超えると大幅に低下し、200°C では室温の降伏強度の約 60% しか維持されません。流体温度が定期的に 120°C を超えるシステムでは、フレア接続に真鍮製継手を指定しないでください。
• アンモニア冷凍システム: 真鍮はアンモニア (NH3) と反応して銅-アンモニア錯体イオンを生成し、これが真鍮の表面を徐々に溶解します。ステンレス鋼継手は、冷媒またはプロセス流体としてアンモニアを使用するすべての冷凍および産業システムで使用する必要があります。
• 脱亜鉛の激しい水システム: 真鍮は軟水、弱酸性、または塩素化水にさらされると、脱亜鉛（合金からの亜鉛の選択的溶解）が起こり、多孔質の銅が豊富な構造が残り、機械的強度が失われます。耐脱亜鉛性 (DZR) 黄銅グレードは、水の化学反応が激しい地域での配水用途の黄銅継手に必要です

飲料水フレア接続用の鉛フリー真鍮継手

標準の C36000 快削黄銅には、被削性向上剤として約 3% の鉛が含まれており、ほとんどの工業用および HVAC 用途では許容されますが、いくつかの管轄区域の法律により飲料水システムでは制限されています。 米国では、飲料水中の鉛の削減法（2014 年発効）により、飲料水と接触する真鍮製継手の加重平均鉛含有量が 0.25 パーセントに制限されています。 、住宅用および商業用の給水システムで使用されるすべてのフレア継手には、C69300 (ビスマスを含まない低鉛黄銅) またはセレン化ビスマス強化合金などの低鉛合金が実質的に必要となります。 NSF/ANSI 61 および NSF 372 認証を取得した製品は、これらの鉛含有量要件を満たすことがテストされ、確認されています。

逆フレア継手の詳細: 建設、組み立て、および重要な使用例

逆フレアは、その構造が標準の外向きフレアとは大きく異なり、その組み立てには標準のフレア ツールとは異なる特定の 2 段階成形ツールが必要であり、自動車のブレーキ油圧での主な使用を考えると、不適切に組み立てられた場合や間違った継手の種類が置き換えられた場合の故障モードは特に深刻であるため、他のフレア タイプよりも詳細に処理する価値があります。

逆フレア二重壁の成り立ち

スチール ブレーキ ライン チューブに逆フレアを形成するには、フレア ブロック、第 1 段階のアダプター (バブル ツール)、および第 2 段階のフレア コーンで構成されるダブル フレア ツール セットが必要です。このプロセスは次の 2 つのステップで進みます。

1. 第 1 段階 (バブル形成): チューブは、正しい長さのチューブが突き出た状態でフレアブロックにクランプされます。バブルツールアダプターはチューブ端の中心にあり、ヨークネジで下に押し込まれ、チューブ壁を半径方向内側と下向きに折り曲げて、チューブ壁を分割することなくチューブ端に丸い泡またはキノコの形状を作成します。
2. 第 2 段階 (円錐形成): バブル ツール アダプターを取り外し、45 度フレア コーンと交換します。次に、これをバブルに押し込み、平らに押し下げ、二重壁材料を逆 45 度コーン形状に折り曲げます。この形状は継手本体の内側に収まります。

その結果、逆 45 度の円錐を備えた二重壁フレアが得られ、これが逆フレア継手本体の対応するシートの内側に収まり、ナットがチューブの外側にねじ込まれ、二重壁セクションの背面に当接します。 SAE 1010 スチール ブレーキ チューブに正しく形成された逆フレアは、コーンの表面や折り畳まれた内面に亀裂がなく、コーンの全周にわたって均一な肉厚を持ち、ナットがかみ合う前に手で押し込んだときにぐらつくことなく、フィッティング本体のシートにぴったりと密着している必要があります。

逆フレアと標準 45 度フレア: 交換できない理由

ブレーキ システムの修理でよくある危険なエラーは、標準の外向き 45 度フレアを逆フレア フィッティング ボディに接続しようとすることです。フィッティングナットはねじ込まれ、ジョイントは組み立てられているように見えますが、シールの形状は基本的に互換性がありません。外側のフレアは、逆フレアの凹面座に対して凸状の円錐面を示し、正しく一致した逆フレアの全面接触ではなく、円錐の外縁近くの小径リング接触のみを生成します。ブレーキ システムの動作圧力下では、この不一致のジョイントは、システムの加圧中にすぐに漏れるか、一時的にシールされて最初のハード ブレーキング時に致命的な故障が発生します。

逆フレア フィッティングを視覚的に識別するには、フィッティング本体の端を覗く必要があります。逆フレア フィッティングには、逆フレア コーンを受け入れる凹面 (内側を向いた) シートが付いていますが、標準の 45 度フレア フィッティングには、外側に向かうフレアが内面に当たる凸面または平坦なシートがあります。ブレーキ継手は、一般的に、ブレーキ以外の自動車用継手と区別するメートルねじサイズによって識別されます。

ガス機器接続用の真鍮製逆フレア継手

住宅用および商業用ガス機器の接続用途では、45 度の形状の真鍮製逆フレア継手が、機器の入口と壁または床の出口の両方にフレキシブル ガス コネクタを接続するために指定されています。この用途では、標準の外側フレアよりも逆フレア形状が好まれます。これは、より確実なナット保持を実現するためです。フレア ナットは、単にチューブのフレアをシートに固定するのではなく、継手本体の肩部に固定され、乾燥機やレンジなどのガス機器が洗浄やメンテナンスのために移動される使用環境で発生する振動に対する耐性が高くなります。

ガスサービス用の真鍮製逆フレア継手には、CGA (圧縮ガス協会) のリストおよび CSA または AGA の承認を含む適切な承認マークが付いている必要があります。 住宅用ガス供給システムに指定されたサイクル圧力と温度範囲の下で、気密性と構造的完全性がテストされていることを確認します。リストに記載されていない真鍮製継手をガス機器の接続に使用することは、ほとんどの管轄区域で法令違反であり、継手の見かけの品質に関係なく、設置者は責任を負う可能性があります。

高圧システム用のフレア継手の選択: 実践的な意思決定の枠組み

主要なフレア フィッティングのタイプとその特性を理解すると、特定の高圧用途の選択プロセスを 5 つの連続した決定基準を中心に構築し、フィールドを徐々に絞り込んで正しいフィッティング仕様にすることができます。

ステップ 1: アプリケーションを管理するシステム標準を特定する

ほとんどの規制対象アプリケーションでは、取り付けタイプは設置者の好みではなく、システム設計標準によって指定されます。自動車ブレーキ油圧システムは FMVSS 116 および SAE J1290 によって管理されており、ブレーキ ラインの終端には二重壁の逆フレア接続が義務付けられています。ヨーロッパの油圧システムは ISO 4413 に準拠して設計されており、通常は DIN 2353 メートル法のチューブ継手を使用します。冷凍システムは ASHRAE 15 に準拠して設計されており、通常、該当するサイズ範囲の銅管に 45 度のフレア接続を指定します。管理標準に従うことが正しい最初のステップであり、どのフレア タイプを使用するかについてのあいまいさがほとんどなくなります。

ステップ 2: 継手の定格に対する動作圧力を確認する

選択した継手のタイプと材質は、ポンプの脈動、ウォーターハンマー、および圧力リリーフバルブの設定値からの圧力スパイクを含む、システムの最大許容作動圧力 (MAWP) を満たすか、それを超える公表された作動圧力定格を備えている必要があります。 重要な流体動力およびブレーキ油圧用途では、継手の定格破裂圧力とシステム動作圧力の間に 4:1 の最小安全率を適用します。 これは、ISO 4413 および SAE J514 の設計安全係数と一致しています。必要な動作圧力が真鍮継手の定格を超える場合は、別のフレアタイプに切り替えるのではなく、同じ継手形状の炭素鋼またはステンレス鋼にアップグレードしてください。

ステップ 3: 継手の材質と流体の適合性を評価する

継手の材質が動作温度範囲全体にわたってシステム流体と互換性があることを確認してください。チェックすべき主な不適合性には、黄銅とアンモニア、亜鉛ベースの合金と強酸または強アルカリ、炭素鋼と腐食性の水または塩溶液が含まれます。石油ベースの作動油、水グリコール作動油、および炭化水素冷媒の場合、黄銅継手は黄銅に適した全温度範囲にわたって互換性があります (標準黄銅の場合はマイナス 40 °C ～ プラス 120 °C、耐脱亜鉛グレードの場合はマイナス 60 °C ～ プラス 150 °C)。

ステップ 4: アセンブリ環境とメンテナンス要件の評価

継手が組み立てられる物理的環境と、メンテナンスのために接続を取り外す必要がある頻度は、最適な継手のタイプの選択に影響します。レンチの全回転アクセスが制限されている場所では、固定ボディと回転ナットで組み立てられるフィッティング設計が好まれ、すべての標準フレア フィッティング タイプに対応します。フィルターやコンポーネントの交換のために頻繁に取り外しが必要な用途には、チューブの再成形を必要とせず、複数回の組み立ておよび分解サイクルで完全に再利用できる 37 度 JIC および DIN 24 度タイプが適しています。スチール製ブレーキラインの逆フレアは、通常、分解にはラインを切断してフレアを再形成する必要があるため、最もメンテナンス性の低いフレアタイプです。そのため、耐振動性とコンパクトなプロファイルがメンテナンスのトレードオフを正当化する場合にのみ指定されています。

ステップ 5: ねじの形状とサイズが相手部品と互換性があることを確認する

フレア継手は、サイズが似ているように見えても、互換性のない複数のねじ山形状を使用しています。 SAE J514 37 度継手は、SAE 規格で定義された特定のピッチ直径の UN/UNF ストレートねじを使用します。ブレーキ システムの逆フレア フィッティングにはメートルねじ (M10 x 1.0 と M12 x 1.0 が自動車用途で最も一般的な 2 つ) が使用されており、SAE UN/UNF ねじとは噛み合いません。 DIN 24 度継手は、DIN 2353 に準拠したメートルねじを使用します。既存のシステムの交換継手または延長継手を注文する前に、目視検査だけでは同様のピッチの異なるねじ山形状を確実に区別できないため、測定するかシステム製造元の部品ドキュメントを参照して、常にねじ山形状とピッチを特定してください。

フレア接続の組立トルク、リークテスト、および長期信頼性

正しい組み立てトルクは、正しく指定され、正しく形成されたフレア フィッティング ジョイントが耐用年数を通じて確実に機能するかどうかを決定する、見落とされがちな最終的な変数です。フレア接続のトルクが不足している場合とトルクが過剰である場合は、どちらも信頼性の低いジョイントを生成します。トルクが不足していると、コーン間の接触圧力がシステム圧力をシールするために必要な最小値を下回ったままになりますが、トルクが過剰であるとチューブのフレアが弾性範囲を超えて塑性変形し、コーンの形状が歪み、フレア材料に亀裂が生じる可能性があります。

SAE J514 では、37 度 JIC フィッティングの組立トルクを、3/16 インチ チューブの場合 9 Nm (80 インチ ポンド) から 1-1/4 インチ チューブの場合 135 Nm (100 フィート ポンド) までの範囲で指定しています。 また、これらの値は、感覚で推定するのではなく、重要な油圧および圧力システムのアセンブリに校正されたトルク レンチを使用して適用する必要があります。真鍮製継手の場合、同等のクランプ荷重で柔らかい真鍮製ナットのネジ山に過剰な応力がかからないように、スチール仕様のトルクの約 75 ～ 85% を適用します。

組み立て後、すべての高圧フレアフィッティング接続は、使用開始前にシステムの最大許容作動圧力の 1.5 倍で圧力テストを行う必要があります。また、適切な漏れ検出方法 (ガス システムの場合は石鹸液、油圧流体システムの場合は蛍光染料、または漏れ検出媒体の流体汚染が許容できないクリーン システムの場合は窒素圧力減衰テスト) を使用してすべての接続の漏れを検査する必要があります。この初期圧力テストに合格し、フレア ナットまたはチューブに目に見える歪みが見られないジョイントは、正しい継手の種類、材料、および組み立て手順が適用されている場合、チューブ システムの設計寿命全体にわたって漏れのないサービスを提供するはずです。