Flanșă forjată versus flanșă cu plăci: flux de cereale, rezistență și conformitate cu codul ASME

Alegerea între o flanșă forjată și o flanșă cu plăci arată ca o decizie de cumpărare, dar este într-adevăr o decizie de materiale și cod. Oflanșă forjatăeste modelat prin presarea oțelului fierbinte sau a țaglelor din aliaj de nichel sub presiune în matrițe, astfel încât structura cristalină internă a metalului urmează conturul piesei. Oflanșă de placăeste pur și simplu tăiat - cu plasmă, laser sau oxi-combustibil - dintr-un disc plat laminat și apoi prelucrat la dimensiune.

Două flanșe pot avea dimensiuni identice ASME B16.5 și pot arăta la fel înșurubate într-o linie. Pe plan intern, nu sunt aceeași parte. Acest ghid explică diferența într-un limbaj simplu, cuantifică decalajul de rezistență și - cel mai important - precizează când codul ASME permite de fapt o flanșă a plăcii.

Flanșele forjate au flux de cereale continuu, care urmărește conturul și sunt codul implicit pentru îmbinările cu butuci care rețin presiunea; flanșele plăcilor sunt mai ieftine, dar, conform ASME B16.5, sunt limitate la flanșe oarbe și anumite flanșe reducătoare mici fără butuci.

Ce este o flanșă forjată și cum este realizată?

O flanșă forjată este modelată prin presarea și ciocanarea metalului fierbinte în matrițe, mai degrabă decât prin tăierea acesteia dintr-o placă plată.

Pentru a face unul, o țagle din inoxidabil sau aliaj de nichel este încălzită la temperatura de forjare, apoi este răsturnată și presată sau ciocanită într-o matriță care se apropie de flanșa finită. Piesa este tăiată, prelucrată la dimensiunea B16.5/B16.47, tratată termic (recoacetă cu soluție pentru aliaje inoxidabile austenitice și nichel) și inspectată - de obicei prin examinare cu ultrasunete, penetrant lichid sau particule magnetice - înainte de a fi marcată și ștanțată.

Deformarea prin compresiune face trei lucruri utile deodată: închide porozitatea internă și golurile rămase din topire, sparge granulele grosiere ca turnate într-o dimensiune fină și uniformă a granulelor și întinde impuritățile în „stringere” care urmează direcția în care a fost împins metalul. Flansele forjate din inox sunt produse conform ASTM A182 (de exemplu F304/L, F316/L, F51 duplex); Piesele forjate din aliaj de nichel sunt conform ASTM B564 (aliaj 600/600, aliaj 625, aliaj C276, aliaj 800, aliaj 400).

Ce este o flanșă de placă și cum este realizată?

O flanșă de placă este un disc plat tăiat dintr-o placă de metal laminată și confruntat pe un strung - nu există forjare și nici butuc format.

Producția este simplă: selectați o placă de calitatea cerută (inoxidabil conform ASTM A240; placă de aliaj de nichel conform specificațiilor relevante ale plăcii din seria B), tăiați un semifabricat circular cu plasmă, oxi-combustibil sau laser, găuriți cercul șuruburilor și prelucrați fața de etanșare. Deoarece nu este implicată nicio deformare plastică, un semifabricat al plăcii nu poate forma o conicitate a gâtului de sudură sau un butuc armat; piesa rămâne la fel de plată ca placa din care provine.

Compromisul este evident: deșeurile de material sunt reduse, prelucrarea este minimă și timpul de livrare este scurt. Limitarea este la fel de evidentă - discul finit poartă numai proprietățile pe care placa rulată deja le avea, în toate direcțiile. Prin urmare, flanșele plăcilor apar cel mai adesea ca flanșe oarbe, flanșe de suport cu îmbinare suprapusă de diametru mare și servicii de utilitate de joasă presiune.

Ce este „Fluxul de cereale” și de ce contează?

Fluxul de cereale este direcția în care sunt întinse cristalele microscopice și corzile de impurități ale metalului; metalul este puternic de-a lungul fibrei și slab peste el - în același mod în care o placă de lemn este puternică de-a lungul fibrelor sale.

Gândește-te la un copac. Fierăstrăul peste trunchi și vezi inele de creștere concentrice - adică „granul final”. Fierăstrău de-a lungul trunchiului și fibrele parcurg lungimea plăcii; acea placă rezistă la îndoirea de-a lungul fibrelor și se desparte ușor peste ele. Oțelul se comportă la fel. Atunci când metalul este prelucrat - laminat sau forjat - granulele sale și incluziunile minuscule nemetalice sunt întinse în „stringere” lungi care urmează direcția de lucru. O sarcină transportată paralel cu acea cale de cereale este purtată bine; o sarcină care trage peste bob sau care expune capete tăiate ale cerealelor, creează o pistă naturală pentru fisuri.

Cum diferă de fapt fluxul de cereale între cele două?

Într-o flanșă forjată, boabele se înfășoară continuu în jurul alezajului, butucului și cercului șuruburilor; într-o flanșă de placă, boabele curg plat și se termină brusc la fiecare suprafață prelucrată.

Forjarea împinge materialul din țagle în exterior și în sus în matriță, astfel încât boabele deformate urmează conturul flanșei - ca inelele de creștere dintr-un bol sculptat. Nu există nicio suprafață expusă încrucișată la alezaj sau butuc; tensiunile principale (tensiunea șuruburilor, presiunea internă, îndoirea butucului) circulă cu liniile de curgere.

O flanșă de placă este diferită. Placa a fost rulată plat, astfel încât toate liniile sale de granulație sunt orizontale, paralele cu cele două fețe mari. Când magazinul găzduiește centrul și întoarce diametrul exterior, scurtează acel granul și expune „granul de capăt” pe alezaj, fața butucului și fața de etanșare. Acele capete expuse sunt exact acolo unde se deschid mai întâi laminatele, stringersurile de incluziune și fisurile de oboseală.

Care este mai puternic - forjat sau placa?

Pe o fișă de date cu specificații minime publicate, cele două pot arăta egale; în exploatare, forjarea este semnificativ mai dură, mai rezistentă la oboseală și mai solidă prin grosimea sa.

Mecanica minimă este de fapt apropiată. ASTM A182 F316 (forjat) și ASTM A240 Grad 316 (plăci) ambele specifică o rezistență minimă la tracțiune de aproximativ 515 MPa (75 ksi) și o curgere minimă de aproximativ 205 MPa (30 ksi). Deci, o comparație alăturată cu fișa de specificații, în sine, nu dezvăluie decalajul de inginerie.

Avantajul de falsificare apare acolo unde numerele minime nu îl captează:

• Duritate.Lucrarea la cald rafinează granulația grosieră ca turnată, ridicând rezistența la impact Charpy cu crestătură în V - capacitatea de a absorbi șocul fără fractură.
• Soliditatea.Sudurile prin forță de compresiune închid golurile interne, țevile și porozitatea care pot rămâne în stocul de plăci; sunetul ultrasonic este mult mai consistent.
• Forța în direcția de lucru.Piesele forjate prezintă în mod obișnuit o rezistență cu aproximativ 10-15% mai mare în direcția de lucru decât placa recoaptă, deoarece dimensiunea granulelor este rafinată și defectele sunt închise.
• Prin-grosime.Placa este cea mai slabă prin propria sa grosime (direcția „Z”) - exact direcția de preîncărcare a șurubului și presiunea de tracțiune a garniturii. Laminarile și stringersul acționează ca fisuri preexistente sub acea sarcină.
• Oboseală.Ciclul termic și ciclul de presiune propagă fisurile perpendicular pe cereale. Liniile de curgere forjate continue îndepărtează fisurile; Granul de capăt al plăcii le oferă o cale dreaptă.

Ruta de fabricație modifică rezistența la coroziune?

Da - în special în aliajele inoxidabile și de nichel - deoarece flanșele plăcilor lasă granulele de capăt expuse la fața de etanșare și la gaura unde începe coroziunea.

Laminarea întinde incluziunile de sulfuri și oxid în stringers care se află deschise pe orice față tăiată. Granulele de capăt expuse pe suprafața de contact a garniturii și pe orificiu este un loc clasic de inițiere pentru pitting, coroziune în crăpături și fisurare prin coroziune sub tensiune - exact modurile de defecțiune luptă inginerii în 304/316 și în aliajele de nichel care manipulează apa de mare, saramură și chimia proceselor acide. O flanșă forjată își înfășoară boabele în jurul acelor suprafețe, astfel încât suprafața de etanșare poartă granulație lungă, mai degrabă decât cea de capăt.

Acesta este unul dintre motivele pentru care specificațiile pentru servicii acru (NACE MR0175 / ISO 15156), offshore și submarin necesită aproape universal piese forjate. În serviciul coroziv, diferența de cost nu este doar materială - este riscul de scurgere la o îmbinare cu șuruburi care se rotește.

Flanșele plăcilor sunt chiar legale în conformitate cu ASME B16.5?

Pentru aproape fiecare tip de flanșă care se îmbină efectiv cu țeavă, ASME B16.5 necesită material turnat sau forjat; placa este permisă de cod numai pentru flanșe oarbe și anumite flanșe reducătoare mici fără butuci.

Domeniul ASME B16.5 este explicit. Standardul acoperă „flanșe și fitinguri cu flanșe din materiale turnate sau forjate” și permite separat „flanșe oarbe și anumite flanșe reducătoare din materiale turnate, forjate sau plăci”. A doua propoziție este întregul univers legal pentru placă. În termeni practici:

• Flanse oarbe:capacul care închide un capăt de linie - acesta este locul în care placa este utilizată în mod obișnuit și corect.
• Flanse reductoare fara butuci:cei a căror priză mai mică scade sub pragul de dimensiune din B16.5 Tabelul 6, deci codul nu necesită un hub.
• Nu este permis din farfurie:Flanșele gâtului de sudură (WN), filetate (THD), sudate prin mufă (SW), cu alunecare (SO) și flanșele de îmbinare cu butuc sunt „fitinguri cu flanșe” și trebuie turnate sau forjate. O „placă slip-on” prelucrată din disc nu este compatibilă cu B16.5 ca fiting de reținere a presiunii, chiar dacă dimensiunile sale se potrivesc.

Aliajele de nichel sunt menținute la o citire mai strictă. Carcasele ASME B16 (de exemplu B16 Cazul 21 pentru UNS N06674) precizează că, cu excepția flanșelor oarbe și a flanșelor reducătoare fără butuci, flanșele vor fi realizate numai din piese forjate conform ASTM B564. Pentru diametre mari, ASME B16.47 (NPS 26 până la NPS 60; Seria A se aliniază cu MSS SP-44, Seria B cu API 605) favorizează, de asemenea, forjarea pentru serviciul cu butuci, deși flanșele oarbe cu plăci mari sunt frecvente în conductele de joasă presiune, necritice și în regim de apă.

Notă tehnică: un producător poate prelucra o placă „specială”, dar acest lucru ia piesa în afara B16.5 și necesită o aprobare inginerească documentată conform codului de conducte aplicabil (ASME B31.3) sau codului recipientului sub presiune (ASME BPVC Secțiunea VIII). Nu este un înlocuitor drop-in.

Ce specificații ale materialelor ASTM se aplică de fapt?

Pentru flanșe din inox, forjate se execută conform ASTM A182 și plăcile conform ASTM A240; pentru aliaje de nichel, piesele forjate sunt conform ASTM B564 și placa conform specificațiilor plăcilor din seria B corespunzătoare - nu puteți certifica o forjare a plăcii.

• Piese forjate din inox:Flanșe forjate/laminate ASTM A182 -, fitinguri și piese de supapă pentru service la temperaturi înalte: F304/L, F316/L, F321, F347, F51/F55 duplex.
• Placa inoxidabila:Placi, foi și benzi din crom și crom-nichel ASTM A240 - pentru recipiente sub presiune: Gr 304/L, Gr 316/L.
• Piese forjate din aliaj de nichel:Piese forjate din aliaj de nichel ASTM B564 -: UNS N06600 (aliaj 600), N06625 (aliaj 625), N10276 (aliaj C276), N08800 (aliaj 800), N04400 (aliaj 400).
• Placa din aliaj de nichel:de exemplu, ASTM B424 (placă din aliaj 800), B575 (placă din aliaj C276), B463 (placă din aliaj 20). Formularul produsului trebuie să corespundă specificațiilor. O forjare de calitate B564 nu poate fi produsă prin tăierea plăcii B575 și apoi ștanțată ca forjare; raportul de testare la moară trebuie să arate forma corectă și tratamentul termic corect.

Cum se compară costul și timpul de livrare?

Flanșele plăcilor sunt mai ieftine și mai rapide de la raft; Flanșele forjate costă mai mult în avans, dar sunt singura opțiune conformă cu codul pentru service cu butuc, de înaltă presiune sau critic.

Un semifabricat de placă este tăiat dintr-o foaie de marfă cu formă aproape netă și prelucrare redusă, astfel încât costul unitar este scăzut și zilele de plumb sunt scurte - un avantaj care crește în diametre mari și subțiri. O forjare necesită țagle, timp de presare și matriță, tratament termic și examinare nedistructivă, astfel încât prețul piesei este mai mare și livrarea este mai lungă, deși costul pe unitate scade la volum pe măsură ce sculele se amortizează.

Viziunea costului total este cea care rezolvă de obicei argumentul. O flanșă de placă care nu este conformă cu codul sau care se scurge sau se fisurează la începutul serviciului ciclic sau coroziv, implică costuri de înlocuire, oprire și siguranță care depășesc economiile inițiale. Specificarea celei mai ieftine opțiuni pe bucată este, prin urmare, rațională numai acolo unde codul și taxa permit atât.

Deci, când ar trebui să specificați Forged vs Plate?

Specificați forjat ori de câte ori este implicat presiune, temperatură, încărcare ciclică, service corosiv sau tip de flanșă cu butuc; placă de rezervă pentru sarcină necritică oarbă și de joasă presiune permisă de cod.

Alegeți falsificat atunci când:

• tipul de flanșă este gât de sudură, slip-on, filetat, prin sudură sau îmbinare prin suprapunere cu butuc - B16.5 necesită oricum;
• calificarea este clasa 300 și mai sus, sau serviciul este la temperatură înaltă, criogenică sau ciclată termic/presiune;
• sarcina este de serviciu acru (NACE MR0175), offshore, submarin sau nuclear;
• sudați țevi de proces din aliaj de nichel (B564) în serviciu cu clorură sau acid;
• fața garniturii trebuie să reziste la atacul granulelor de capăt asupra unei îmbinări critice cu scurgeri reduse.

Alegeți placa (în limitele codului) când:

• aveți nevoie de o flanșă oarbă pentru o inspecție sau un capăt necomplet în clasa 150, serviciu nepericulos;
• lucrarea este de diametru mare, aer, apă sau conducte de joasă presiune (de exemplu B16.47 suport oarbă);
• acesta este un serviciu temporar sau de utilitate în care o forjare ar fi supraspecificată;
• orice abatere de la B16.5 este acoperită de aprobarea inginerească documentată conform B31.3 sau BPVC Secțiunea VIII.

Rezumat alăturat

Tabelul 1 distilează comparația pentru utilizarea directă a specificațiilor.

Tabelul 1 - Comparație dintre flanșe forjate și plăci la nivel de producție, cod, performanță și cost.

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre o flanșă forjată și o flanșă de placă?

O flanșă forjată este formată la cald dintr-o țagle, astfel încât boabele de metal să urmeze conturul flanșei; o flanșă a plăcii este tăiată dintr-o placă laminată plată. Flanșele forjate sunt mai dure, mai rezistente la oboseală și sunt cerute de cod pentru serviciul sub presiune cu butuc; flanșele plăcilor sunt mai ieftine, dar restricționate de ASME B16.5 la flanșe oarbe și anumite flanșe reducătoare fără butuc.

Flanșele plăcilor sunt conforme cu ASME B16.5?

Doar pentru flanșe oarbe și flanșe reducătoare fără butuci sub pragul de dimensiune B16.5. Toate celelalte flanșe cu butuc - gât de sudură, slip-on, filetate, sudură prin soclu - trebuie să fie realizate din material turnat sau forjat.

Care este mai puternică, o flanșă forjată sau o flanșă din placă?

Pentru același aliaj (de exemplu 316), rezistențele minime de tracțiune și curgere publicate pot fi egale, dar forjarea oferă o rezistență mai mare la impact, o durată de viață mai lungă la oboseală și o soliditate fiabilă a grosimii, deoarece prelucrarea la cald rafinează boabele și închide golurile interne.