Кован фланец срещу фланец с плоча: поток на зърно, здравина и съответствие с кода ASME

Изборът между кован фланец и пластинчат фланец изглежда като решение за покупка, но всъщност е решение за материали и код. Акован фланецсе оформя чрез изстискване на гореща стомана или заготовка от никелова сплав под налягане в матрици, така че вътрешната кристална структура на метала следва контура на детайла. Аплоча фланецпросто се изрязва - чрез плазма, лазер или кислородно гориво - от плосък валцуван пластинчат диск и след това се обработва по размер.

Два фланеца могат да носят идентични размери ASME B16.5 и да изглеждат еднакво завинтени в една линия. Вътрешно те не са една и съща част. Това ръководство обяснява разликата на прост език, определя количествено разликата в якостта и - най-важното - уточнява кога кодът ASME всъщност разрешава фланец с плоча изобщо.

Кованите фланци имат непрекъснат, следващ контура зърнен поток и са кодът по подразбиране за поддържащи налягането главинни съединения; пластинчатите фланци са по-евтини, но съгласно ASME B16.5 са ограничени до глухи фланци и някои малки редуциращи фланци без главини.

Какво е кован фланец и как се прави?

Кованият фланец се оформя чрез пресоване и набиване на горещ метал в матрици, а не чрез изрязване от плоска плоча.

За да се направи такъв, заготовка от неръждаема стомана или никелова сплав се нагрява до температура на коване, след което се извива и пресова или заковава в матрица, която се доближава до готовия фланец. Частта се подрязва, обработва се до размери B16.5/B16.47, термично се обработва (отгрява се в разтвор за аустенитни неръждаеми и никелови сплави) и се инспектира - обикновено чрез ултразвуково изследване, чрез проникване на течности или изследване с магнитни частици - преди да бъде маркирано и щамповано.

Деформацията на натиск прави три полезни неща наведнъж: тя затваря вътрешната порьозност и кухините, останали от топенето, раздробява грубото зърно, както е отлято, на фин, еднакъв размер на зърното и разтяга примесите в „стригери“, които следват посоката, в която е избутан металът. Неръждаемите ковани фланци се произвеждат по ASTM A182 (например F304/L, F316/L, F51 дуплекс); Изковките от никелова сплав отговарят на ASTM B564 (сплав 600/600, сплав 625, сплав C276, сплав 800, сплав 400).

Какво представлява плочата с фланец и как се прави?

Пластинчатият фланец е плосък диск, изрязан от валцована метална плоча и облицован на струг - няма изковаване и формована главина.

Производството е лесно: изберете плоча от необходимия клас (неръждаема по ASTM A240; плоча от никелова сплав по съответната спецификация на плоча от серия B), изрежете кръгла заготовка с плазма, кислородно гориво или лазер, пробийте кръга на болта и обработете уплътнителната повърхност. Тъй като не е включена пластична деформация, заготовката на плочата не може да образува конус на заваръчната шийка или подсилена главина; частта остава плоска като плочата, от която произлиза.

Компромисът е очевиден: бракът на материала е малък, машинната обработка е минимална и времето за изпълнение е кратко. Ограничението е също толкова очевидно - завършеният диск носи само свойствата, които вече е притежавала валцованата плоча във всяка посока. Поради това пластинчатите фланци се показват най-често като глухи фланци, опорни фланци с припокриващи се съединения с голям диаметър и услуги за ниско налягане.

Какво е "поток на зърно" и защо има значение?

Потокът на зърното е посоката, в която се разтягат микроскопичните кристали на метала и струните на примесите; металът е здрав по дължината на зърното си и слаб напречно - по същия начин, по който дървената дъска е здрава по дължината на влакната си.

Помислете за дърво. Пресечете ствола и ще видите концентрични растежни пръстени - това е "крайно зърно". Разрежете по дължината на ствола и влакната минават по дължината на дъската; тази дъска издържа на огъване по протежение на влакната и лесно се разцепва напречно. Стоманата се държи по същия начин. Когато металът се обработва - валцуван или кован - неговите зърна и малки неметални включвания се размазват в дълги "струни", които следват посоката на работа. Товар, превозван успоредно на този път на зърното, се носи добре; товар, който дърпа напречно на зърното или който излага нарязаните краища на зърното, създава естествена писта за пукнатини.

Как всъщност се различава зърненият поток между двете?

В кован фланец зърното се увива непрекъснато около отвора, главината и кръга на болта; в пластинчатия фланец зърното върви плоско и рязко завършва на всяка обработена повърхност.

Коването избутва материала на заготовката навън и нагоре в матрицата, така че деформираното зърно следва контура на фланеца - подобно на растежните пръстени в издълбана купа. Няма открита напречна повърхност на отвора или главината; основните напрежения (напрежение на болта, вътрешно налягане, огъване на главината) протичат с линиите на потока.

Пластинчатият фланец е различен. Плочата беше навита плоска, така че всичките й линии на зърно вървят хоризонтално, успоредно на двете големи лица. Когато магазинът пробие центъра и завърти външния диаметър, той скъсява това зърно и излага "крайното зърно" на отвора, лицевата страна на главината и уплътнителната повърхност. Тези открити краища са точно там, където ламинациите, вградените струни и пукнатините от умора се отварят първо.

Кое е по-здраво - ковано или плоско?

В публикуван лист с данни за минимални спецификации двете могат да изглеждат равни; в експлоатация изковката е значително по-здрава, по-устойчива на умора и здрава през дебелината си.

Минималната механика всъщност е близо. ASTM A182 F316 (кован) и ASTM A240 клас 316 (плоча) определят минимална якост на опън от приблизително 515 MPa (75 ksi) и минимален добив от приблизително 205 MPa (30 ksi). Така че паралелното сравнение на спецификациите само по себе си не разкрива инженерната празнина.

Предимството на коване се показва там, където минималните числа не го улавят:

• Издръжливост.Горещата обработка усъвършенства грубото зърно при отливане, повишавайки ударната якост на Шарпи с V-образен прорез - способността да се абсорбира удар без счупване.
• Здравина.Заваръчните шевове със сила на натиск затварят вътрешни кухини, тръби и порьозност, които могат да останат в листовия материал; ултразвуковата здравина е много по-постоянна.
• Сила в работна посока.Изковките обикновено показват приблизително 10–15% по-висока якост в работната посока в сравнение с минимума на загрята плоча, тъй като размерът на зърното е рафиниран и дефектите са затворени.
• Чрез дебелина.Плочата е най-слаба чрез собствената си дебелина (посоката "Z") - точно посоката на предварително натоварване на болта и издърпване на натиска на уплътнението. Ламинациите и стрингерите действат като вече съществуващи пукнатини при това натоварване.
• умораТермичните цикли и циклите на налягането разпространяват пукнатини перпендикулярно на зърното. Непрекъснатите ковани линии на потока отклоняват пукнатините; крайното зърно на плочата им дава прав път.

Производственият път променя ли устойчивостта на корозия?

Да - особено при неръждаеми и никелови сплави - тъй като фланците на пластините оставят открити крайни зърна в уплътнителната повърхност и отвора, където започва корозията.

Валцоването разтяга сулфидни и оксидни включвания в стрингери, които лежат отворени на всяка срязана повърхност. Изложеното крайно зърно на контактната повърхност на уплътнението и на отвора е класическо начално място за точкова корозия, корозия в пукнатини и корозионно напукване от хлорид – точно с режимите на повреда, с които инженерите се борят в 304/316 и в никелови сплави, работещи с морска вода, солен разтвор и химия на киселинни процеси. Кован фланец обгръща зърното си около тези повърхности, така че уплътняващата повърхност носи дълги зърна, а не крайни зърна.

Това е една от причините спецификациите за обслужване в кисела среда (NACE MR0175 / ISO 15156), офшорни и подводни почти универсално да изискват изковки. При корозивно обслужване разликата в цената не е само материална - това е риск от теч при въртящо се болтово съединение.

Пластинчатите фланци дори законни ли са според ASME B16.5?

За почти всеки тип фланец, който действително се свързва с тръба, ASME B16.5 изисква лят или кован материал; плочата е кодово допустима само за глухи фланци и някои малки редуциращи фланци без главини.

Обхватът на ASME B16.5 е ясен. Стандартът обхваща "фланци и фланцови фитинги, направени от ляти или ковани материали" и отделно позволява "слепи фланци и някои редуциращи фланци, направени от ляти, ковани или плочи". Второто изречение е цялата правна вселена за табелата. На практика:

• Слепи фланци:капакът, който затваря края на линията - това е мястото, където плочата се използва рутинно и правилно.
• Редукционни фланци без главини:тези, чийто по-малък изход пада под прага на размера в B16.5 Таблица 6, така че кодът не изисква хъб.
• Не е разрешено от табела:фланци със заварена шийка (WN), резбови (THD), заварени в гнездо (SW), плъзгащи се (SO) и фланци с припокриване на главина са "фланцови фитинги" и трябва да бъдат отлети или ковани. „Поставяне на плоча“, изработено от диск, не е съвместимо с B16.5 като фитинг за задържане на налягането, дори ако размерите му съвпадат.

Никеловите сплави се държат на по-строги показания. Случаи ASME B16 (например B16 Case 21 за UNS N06674) гласят, че с изключение на глухите фланци и редуциращите фланци без главини, фланците трябва да бъдат направени само от изковки по ASTM B564. За големи диаметри ASME B16.47 (NPS 26 до NPS 60; серия A е в съответствие с MSS SP-44, серия B с API 605) също предпочита изковките за обслужване с главина, въпреки че големите глухи фланци са често срещани при ниско налягане, некритични канали и вода.

Инженерна бележка: производителят може да обработи плоча "специална", но това прави частта извън B16.5 и изисква документирано инженерно одобрение съгласно приложимия код за тръбопроводи (ASME B31.3) или код за съдове под налягане (ASME BPVC Раздел VIII). Не е заместващ заместител.

Кои спецификации на ASTM материал действително се прилагат?

За неръждаеми, ковани фланци се изпълняват по ASTM A182 и плоча по ASTM A240; за никелови сплави, изковките отговарят на ASTM B564, а плочата - на съответстващата спецификация на плоча от серия B - не можете да сертифицирате изковаване на плоча.

• Неръждаеми изковки:ASTM A182 - ковани/валцувани фланци, фитинги и части за клапани за работа при високи температури: F304/L, F316/L, F321, F347, F51/F55 дуплекс.
• Неръждаема плоча:ASTM A240 - неръждаема плоча, лист и лента от хром и хром-никел за съдове под налягане: Gr 304/L, Gr 316/L.
• Изковки от никелова сплав:Изковки от никелова сплав ASTM B564 -: UNS N06600 (сплав 600), N06625 (сплав 625), N10276 (сплав C276), N08800 (сплав 800), N04400 (сплав 400).
• Плоча от никелова сплав:например ASTM B424 (плоча от сплав 800), B575 (плоча от сплав C276), B463 (плоча от сплав 20). Формата на продукта трябва да отговаря на спецификацията. Изковка от клас B564 не може да бъде произведена чрез рязане на плоча B575 и след това щампована като изковка; протоколът от теста на мелницата трябва да показва правилната форма и правилната топлинна обработка.

Как се сравняват разходите и времето за изпълнение?

Пластинчатите фланци са по-евтини и по-бързи от рафта; кованите фланци струват повече отпред, но са единствената съвместима с кода опция за главина, високо налягане или критично обслужване.

Заготовката за плочи се изрязва от стоков лист с форма, близка до мрежата, и малко механична обработка, така че единичната цена е ниска и дните за изпълнение са кратки - предимство, което нараства при големи, тънки диаметри. Коването изисква време за заготовка, преса и матрица, топлинна обработка и безразрушителен преглед, така че цената на парчето е по-висока и доставката е по-дълга, въпреки че цената на единица пада при обема, тъй като инструменталната екипировка се амортизира.

Изгледът на общите разходи е това, което обикновено разрешава спора. Пластинчат фланец, който не е съвместим с кода или който изтича или се напуква в началото на циклично или корозивно обслужване, носи разходи за подмяна, изключване и безопасност, които намаляват първоначалното спестяване. Следователно определянето на най-евтината опция за бройка е рационално само когато кодът и митото го позволяват.

И така, кога трябва да посочите кована срещу плоча?

Посочете ковано, когато е включено налягане, температура, циклично натоварване, корозивна работа или тип фланец с главина; резервна плоча за разрешено от кода сляпо и некритично действие при ниско налягане.

Изберете ковано, когато:

• типът на фланеца е заварена шийка, плъзгаща се, резбована, заварена в муфа или препокрита връзка с главина - B16.5 го изисква така или иначе;
• рейтингът е клас 300 и по-висок или услугата е високотемпературна, криогенна или термично/налягане;
• митото е сурово обслужване (NACE MR0175), офшорно, подводно или ядрено;
• заварявате технологични тръбопроводи от никелова сплав (B564) в хлоридна или киселинна среда;
• лицевата страна на уплътнението трябва да издържа на атаката на крайното зърно върху критично съединение с ниски течове.

Изберете чиния (в границите на кода), когато:

• имате нужда от глух фланец за проверка или празен край в клас 150, безопасна работа;
• работата е работа с голям диаметър, ниско налягане на въздух, вода или канали (например B16.47 сляпа подложка);
• това е временна или помощна услуга, при която изковаването би било прекомерно определено;
• всяко отклонение от B16.5 се покрива от документирано инженерно одобрение съгласно B31.3 или BPVC Раздел VIII.

Едно до друго резюме

Таблица 1 дестилира сравнението за директно използване на спецификацията.

Таблица 1 - Сравнение на ковани фланци спрямо плочи за производство, код, производителност и цена.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между кован фланец и пластинчат фланец?

Кованият фланец е горещо оформен от заготовка, така че металното зърно следва контура на фланеца; фланецът на плочата се изрязва от плоска валцована плоча. Кованите фланци са по-здрави, по-устойчиви на умора и изискват код за работа под налягане с главина; пластинчатите фланци са по-евтини, но са ограничени от ASME B16.5 до слепи и определени редуциращи фланци без главина.

Пластинчатите фланци отговарят ли на ASME B16.5?

Само за глухи фланци и редуциращи фланци без главини под прага на размера B16.5. Всички останали фланци с главина - заварена шийка, плъзгащи се, резбовани, заварени с гнездо - трябва да бъдат направени от лят или кован материал.

Кой е по-здрав, кован или пластинчат фланец?

За една и съща сплав (например 316) публикуваните минимални граници на опън и провлачване могат да бъдат равни, но коването осигурява по-висока якост на удар, по-дълъг живот на умора и надеждна здравина по цялата дебелина, тъй като горещата обработка пречиства зърното и затваря вътрешните кухини.