Kovaná príruba verzus tanierová príruba: prietok zrna, pevnosť a súlad s normou ASME

Výber medzi kovanou prírubou a tanierovou prírubou vyzerá ako rozhodnutie o kúpe, ale v skutočnosti ide o rozhodnutie o materiáli a kóde. Akovaná prírubaje tvarovaný stláčaním horúceho oceľového alebo niklového predvalku pod tlakom v matriciach, takže vnútorná kryštálová štruktúra kovu sleduje obrys dielu. Atanierová prírubasa jednoducho vyreže – plazmou, laserom alebo kyslíko-palivom – z plochého valcovaného tanierového kotúča a potom sa opracuje na požadovanú veľkosť.

Dve príruby môžu mať rovnaké rozmery ASME B16,5 a vyzerajú rovnako priskrutkované v rade. Vnútorne nie sú tou istou časťou. Táto príručka vysvetľuje rozdiel v jednoduchom jazyku, kvantifikuje medzeru v pevnosti a čo je najdôležitejšie - vysvetľuje, kedy kód ASME skutočne povoľuje prírubu dosky.

Kované príruby majú kontinuálny tok zŕn sledujúci obrysy a sú štandardným kódom pre tlakovo udržiavané nábojové spoje; tanierové príruby sú lacnejšie, ale podľa ASME B16.5 sú obmedzené na slepé príruby a určité malé redukčné príruby bez nábojov.

Čo je to kovaná príruba a ako sa vyrába?

Kovaná príruba je tvarovaná lisovaním a tepaním horúceho kovu v matriciach, a nie rezaním z plochej dosky.

Na jeho výrobu sa predvalok z nehrdzavejúcej ocele alebo zliatiny niklu zahreje na teplotu kovania, potom sa rozbije a vtlačí alebo vrazí do lisovnice, ktorá sa približuje dokončenej prírube. Diel je orezaný, opracovaný na rozmer B16.5/B16.47, tepelne spracovaný (rozpúšťacím žíhaním pre austenitické nehrdzavejúce a niklové zliatiny) a pred označením a vyrazením skontrolovaný – zvyčajne ultrazvukom, kvapalinou penetrujúcou alebo magnetickými časticami.

Tlaková deformácia robí tri užitočné veci naraz: uzatvára vnútornú pórovitosť a dutiny, ktoré zostali po roztavení, rozbíja hrubé zrno liateho zrna na jemnú, rovnomernú veľkosť zŕn a naťahuje nečistoty na „struny“, ktoré sledujú smer, ktorým bol kov tlačený. Nerezové kované príruby sa vyrábajú podľa ASTM A182 (napríklad F304/L, F316/L, F51 duplex); Výkovky zo zliatiny niklu sa riadia normou ASTM B564 (zliatina 600/600, zliatina 625, zliatina C276, zliatina 800, zliatina 400).

Čo je to tanierová príruba a ako sa vyrába?

Dosková príruba je plochý kotúč vyrezaný z valcovaného plechu a lícovaný na sústruhu - nie je tu žiadne kovanie ani tvarovaný náboj.

Výroba je jednoduchá: vyberte platňu požadovanej kvality (nehrdzavejúca podľa ASTM A240; platňa z niklovej zliatiny podľa príslušnej špecifikácie platne série B), vyrežte kruhový polotovar plazmou, kyslíkom alebo laserom, vyvŕtajte kruh skrutky a opracte tesniacu plochu. Pretože nedochádza k žiadnej plastickej deformácii, doskový polotovar nemôže tvoriť zúženie zvarového hrdla alebo vystužený náboj; diel zostane rovný ako doska, z ktorej pochádza.

Kompromis je zrejmý: šrot materiálu je nízky, obrábanie je minimálne a dodacia lehota je krátka. Obmedzenie je rovnako zrejmé - hotový disk nesie v každom smere len vlastnosti, ktoré už mal valcovaný plech. Doskové príruby sa preto najčastejšie prejavujú ako slepé príruby, podložné príruby s preplátovaným spojom s veľkým priemerom a nízkotlakové inžinierske siete.

Čo je to „tok zŕn“ a prečo na tom záleží?

Tok zrna je smer, v ktorom sú mikroskopické kryštály kovu a vlákna nečistôt natiahnuté; kov je pevný pozdĺž vlákna a slabý naprieč – rovnako ako drevená doska je pevná pozdĺž vlákien.

Myslite na strom. Prezrite kmeň a uvidíte sústredné rastové prstence - to je "konečné zrno." Pílte pozdĺž kmeňa a vlákna vedú po dĺžke dosky; táto doska odoláva ohýbaniu pozdĺž vlákien a ľahko sa cez ne rozštiepi. Oceľ sa správa rovnako. Keď je kov opracovaný - valcovaný alebo kovaný - jeho zrná a drobné nekovové inklúzie sa rozmazávajú do dlhých "strunníkov", ktoré sledujú smer práce. Zaťaženie prenášané paralelne s touto dráhou zrna sa dobre prenáša; Náklad, ktorý ťahá cez zrno, alebo ktorý odhaľuje odrezané konce zrna, vytvára prirodzenú dráhu pre trhliny.

Ako sa vlastne tok obilia medzi nimi líši?

V kovanej prírube sa zrno nepretržite ovíja okolo otvoru, náboja a kruhu skrutky; v doskovej prírube zrno prebieha plocho a končí náhle na každom opracovanom povrchu.

Kovanie tlačí materiál predvalkov smerom von a nahor do matrice, takže deformované zrno sleduje obrys príruby - ako rastové prstence vo vyrezávanej miske. Vo vývrte alebo náboji nie je žiadny odkrytý krížový povrch; hlavné napätia (napätie skrutiek, vnútorný tlak, ohyb náboja) prebiehajú s prietokovými vedeniami.

Dosková príruba je iná. Doska bola valcovaná naplocho, takže všetky jej línie zŕn prebiehajú horizontálne, rovnobežne s dvoma veľkými plochami. Keď dielňa vyvŕta stred a otočí vonkajší priemer, skráti toto zrno a odkryje "koncové zrno" na otvore, čele náboja a tesniacej ploche. Tieto exponované konce sú presne tam, kde sa najskôr otvárajú laminácie, výstuhy inklúzií a únavové trhliny.

Čo je silnejšie – kované alebo plechové?

Na zverejnenom hárku s minimálnou špecifikáciou môžu tieto dva vyzerať rovnako; v prevádzke je výkovok výrazne tuhší, odolnejší voči únave a zvukom vďaka svojej hrúbke.

Minimálna mechanika je v skutočnosti blízko. ASTM A182 F316 (kované) a ASTM A240 Grade 316 (doska) špecifikujú minimálnu pevnosť v ťahu približne 515 MPa (75 ksi) a minimálnu klznosť približne 205 MPa (30 ksi). Samotné porovnanie so špecifikáciami vedľa seba neodhalí medzeru v technike.

Výhoda kovania sa prejaví tam, kde ju nezachytia minimálne čísla:

• Húževnatosť.Opracovanie za tepla zušľachťuje hrubé zrno liateho materiálu, čím sa zvyšuje rázová húževnatosť Charpy V-vrub – schopnosť absorbovať nárazy bez zlomenia.
• Zdravie.Tlaková sila zvary uzatvoria vnútorné dutiny, rúry a pórovitosť, ktoré môžu zostať v plechu; zvuk ultrazvuku je oveľa konzistentnejší.
• Pevnosť v pracovnom smere.Výkovky typicky vykazujú zhruba o 10–15 % vyššiu pevnosť v smere opracovania ako minimum žíhanej dosky, pretože zrnitosť je zjemnená a defekty sú uzavreté.
• Priebežná hrúbka.Doska je najslabšia svojou vlastnou hrúbkou (smer "Z") - presne podľa smeru predpätia skrutky a ťahu tlaku tesnenia. Laminácie a nosníky pôsobia pri tomto zaťažení ako už existujúce trhliny.
• Únava.Tepelné cykly a tlakové cykly šíria trhliny kolmo na zrno. Nepretržité kované prúdové vedenia odstraňujú trhliny; zrno konca dosky im dáva priamu cestu.

Mení výrobný postup odolnosť proti korózii?

Áno - najmä v nehrdzavejúcich a niklových zliatinách - pretože doskové príruby zanechávajú odkryté koncové zrno na tesniacej ploche a otvor tam, kde začína korózia.

Valcovanie naťahuje sulfidové a oxidové inklúzie do výstuh, ktoré ležia otvorené na akejkoľvek ploche rezu. Odkryté koncové zrno na kontaktnej ploche tesnenia a na otvore je klasickým miestom iniciácie jamkovej korózie, štrbinovej korózie a chloridového napäťového korózneho praskania – presne s tými režimami zlyhania, ktoré inžinieri bojujú v 304/316 a v zliatinách niklu manipulujúcich s morskou vodou, soľankou a kyslou procesnou chémiou. Kovaná príruba obaľuje svoje zrno okolo týchto povrchov, takže tesniaca plocha nesie skôr dlhé zrno ako koncové zrno.

To je jeden z dôvodov, prečo si kyslé služby (NACE MR0175 / ISO 15156), offshore a podmorské špecifikácie takmer všeobecne vyžadujú výkovky. V korozívnej prevádzke nie je rozdiel v nákladoch len v materiáli - je to riziko úniku pri rotujúcom skrutkovom spoji.

Sú tanierové príruby legálne podľa ASME B16.5?

Pre takmer každý typ príruby, ktorý sa skutočne pripája k potrubiu, ASME B16.5 vyžaduje odlievaný alebo kovaný materiál; doska je kódovo prípustná len pre slepé príruby a určité malé redukčné príruby bez nábojov.

Rozsah ASME B16.5 je explicitný. Norma pokrýva „príruby a prírubové tvarovky vyrobené z liatych alebo kovaných materiálov“ a samostatne povoľuje „slepé príruby a určité redukčné príruby vyrobené z liatych, kovaných alebo doskových materiálov“. Druhá veta je celý právny vesmír pre tanier. Z praktického hľadiska:

• Slepé príruby:kryt, ktorý uzaviera koniec linky - tu sa platňa bežne a správne používa.
• Redukčné príruby bez nábojov:tie, ktorých menší výstup spadá pod prah veľkosti v B16.5 Tabuľka 6, takže kód nevyžaduje rozbočovač.
• Nie je povolené z taniera:zvarové hrdlo (WN), závitové (THD), nátrubkové (SW), násuvné (SO) a nábojové príruby s preplátovaným spojom sú "prírubové tvarovky" a musia byť odliate alebo kované. "Doskové nasúvanie" vyrobené z kotúča nie je v súlade s B16.5 ako tlaková armatúra, aj keď sa jej rozmery zhodujú.

Na zliatiny niklu sa vzťahuje prísnejšia hodnota. Prípady ASME B16 (napríklad prípad B16 21 pre UNS N06674) uvádzajú, že okrem slepých prírub a redukčných prírub bez nábojov sa príruby musia vyrábať iba z výkovkov podľa ASTM B564. Pre veľké priemery ASME B16.47 (NPS 26 až NPS 60; séria A zodpovedá MSS SP-44, séria B s API 605) podobne uprednostňuje výkovky pre prevádzku s nábojmi, hoci veľké doskové zaslepovacie príruby sú bežné v nízkotlakových, nekritických potrubiach a pri prevádzke s vodou.

Technická poznámka: Výrobca môže opracovať dosku "špeciálne", ale ak tak urobí, prevezme časť mimo B16.5 a vyžaduje zdokumentované technické schválenie podľa platného predpisu pre potrubia (ASME B31.3) alebo kódu pre tlakové nádoby (ASME BPVC, oddiel VIII). Nie je to náhrada.

Ktoré špecifikácie materiálu ASTM skutočne platia?

Pre nerezové, kované príruby podľa ASTM A182 a dosky podľa ASTM A240; pre zliatiny niklu sa výkovky riadia normou ASTM B564 a plechy zodpovedajú špecifikáciám plechu série B - nemôžete certifikovať výkovok z plechu.

• Nerezové výkovky:ASTM A182 - kované/valcované príruby, fitingy a časti ventilov pre vysokoteplotné prevádzky: F304/L, F316/L, F321, F347, F51/F55 duplex.
• Nerezová doska:ASTM A240 - chrómová a chrómniklová nerezová platňa, plech a pás pre tlakové nádoby: Gr 304/L, Gr 316/L.
• Výkovky zo zliatiny niklu:ASTM B564 - výkovky z niklovej zliatiny: UNS N06600 (zliatina 600), N06625 (zliatina 625), N10276 (zliatina C276), N08800 (zliatina 800), N04400 (zliatina 400).
• Doska z niklovej zliatiny:napr. ASTM B424 (doska zo zliatiny 800), B575 (doska zo zliatiny C276), B463 (doska zo zliatiny 20). Formulár produktu musí zodpovedať špecifikácii. Výkovok triedy B564 nemožno vyrobiť narezaním dosky B575 a potom vyrazeným ako výkovok; protokol o skúške mlyna musí uvádzať správnu formu a správne tepelné spracovanie.

Ako sa porovnávajú náklady a dodacia lehota?

Doskové príruby sú lacnejšie a rýchlejšie z regálu; kované príruby sú vpredu drahšie, ale sú jedinou možnosťou v súlade s kódom pre nábojové, vysokotlakové alebo kritické služby.

Doskový polotovar je vyrezaný z komoditného plechu s takmer čistým tvarom a malým opracovaním, takže jednotkové náklady sú nízke a dodacie lehoty sú krátke - výhoda, ktorá rastie vo veľkých, tenkých priemeroch. Kovanie vyžaduje predvalok, čas lisovania a zápustky, tepelné spracovanie a nedeštruktívne skúmanie, takže cena za kus je vyššia a dodávka je dlhšia, aj keď náklady na jednotku klesajú pri objeme, keď sa nástroje amortizujú.

Pohľad na celkové náklady je to, čo zvyčajne vyrieši spor. Dosková príruba, ktorá nie je v súlade s predpismi, alebo ktorá uniká alebo praskne na začiatku cyklickej alebo korozívnej prevádzky, nesie náklady na výmenu, odstavenie a bezpečnosť, ktoré prevyšujú počiatočnú úsporu. Určenie najlacnejšej možnosti za kus je preto racionálne len tam, kde to umožňuje kód a clo.

Kedy by ste teda mali špecifikovať Forged vs Plate?

Špecifikujte kované vždy, keď ide o tlak, teplotu, cyklické zaťaženie, korozívnu prevádzku alebo typ príruby s nábojom; rezervná doska pre normou povolenú slepú a nízkotlakovú nekritickú prevádzku.

Vyberte si kované, keď:

• typ príruby je privarený krk, nasúvací, závitový, hrdlový alebo preplátovaný s nábojom - B16.5 to aj tak vyžaduje;
• klasifikácia je trieda 300 a vyššia alebo prevádzka je vysokoteplotná, kryogénna alebo tepelne/tlakovo cyklovaná;
• povinnosťou je kyslá služba (NACE MR0175), pobrežná, podmorská alebo jadrová;
• zvárate procesné potrubie z niklovej zliatiny (B564) v chloridovom alebo kyslom prostredí;
• čelná plocha tesnenia musí odolávať ataku koncových zŕn na kritickom spoji s nízkou netesnosťou.

Vyberte štítok (v rámci limitov kódu), keď:

• potrebujete slepú prírubu na kontrolu alebo slepý koniec v triede 150, bezpečný servis;
• úlohou je práca s veľkým priemerom, nízkotlakovým vzduchom, vodou alebo potrubím (napríklad záslepka B16.47);
• ide o dočasnú alebo úžitkovú službu, pri ktorej by bol výkovok príliš špecifikovaný;
• na akúkoľvek odchýlku od B16.5 sa vzťahuje zdokumentované technické schválenie podľa B31.3 alebo BPVC oddiel VIII.

Súhrn vedľa seba

Tabuľka 1 uvádza porovnanie na priame použitie podľa špecifikácie.

Tabuľka 1 - Porovnanie kovanej a platňovej príruby z hľadiska výroby, kódu, výkonu a nákladov.

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi kovanou prírubou a doskovou prírubou?

Kovaná príruba je tvarovaná za tepla z predvalku, takže kovové zrno sleduje obrys príruby; z plochého valcovaného plechu je vyrezaná dosková príruba. Kované príruby sú pevnejšie, odolnejšie voči únave a vyžadujú sa kódom pre tlakovú prevádzku v náboji; doskové príruby sú lacnejšie, ale ASME B16.5 ich obmedzuje na zaslepené a určité beznábojové redukčné príruby.

Vyhovujú doskové príruby ASME B16.5?

Len pre slepé príruby a redukčné príruby bez nábojov pod prahom veľkosti B16,5. Všetky ostatné príruby náboja – privarové hrdlo, nasúvacie, závitové, hrdlové – musia byť vyrobené z liateho alebo kovaného materiálu.

Čo je pevnejšie, kovaná alebo dosková príruba?

Pre rovnakú zliatinu (napríklad 316) môžu byť publikované minimálne hodnoty pevnosti v ťahu a medze klzu rovnaké, ale kovanie poskytuje vyššiu rázovú húževnatosť, dlhšiu únavovú životnosť a spoľahlivú pevnosť v hrúbke, pretože opracovanie za tepla zjemňuje zrno a uzatvára vnútorné dutiny.