Kovana prirobnica v primerjavi s ploščato prirobnico: pretok zrn, trdnost in skladnost s kodo ASME

Izbira med kovano prirobnico in ploščato prirobnico je videti kot odločitev o nakupu, vendar je v resnici odločitev glede materiala in kode. Akovana prirobnicase oblikuje s stiskanjem vročega jekla ali gredice iz nikljeve zlitine pod pritiskom v matricah, tako da notranja kristalna struktura kovine sledi obrisu dela. Aprirobnica ploščeje preprosto izrezan - s plazmo, laserjem ali kisikom - iz ploščate valjane plošče in nato obdelan na želeno velikost.

Dve prirobnici lahko nosita enake dimenzije ASME B16.5 in izgledata enako, privita v liniji. Notranje nista isti del. Ta vodnik pojasnjuje razliko v preprostem jeziku, kvantificira vrzel v trdnosti in – kar je najpomembneje – pojasnjuje, kdaj koda ASME sploh dovoljuje ploščato prirobnico.

Kovane prirobnice imajo neprekinjen tok zrn, ki sledi konturi, in so privzeta koda za spoje s pestom, ki zadržujejo pritisk; ploščate prirobnice so cenejše, vendar so v skladu z ASME B16.5 omejene na slepe prirobnice in določene majhne redukcijske prirobnice brez pest.

Kaj je kovana prirobnica in kako je izdelana?

Kovana prirobnica se oblikuje s stiskanjem in udarcem vroče kovine v matrice, namesto z rezanjem iz ravne plošče.

Da bi ga izdelali, se gredica iz nerjavečega jekla ali nikljeve zlitine segreje na temperaturo kovanja, nato se zloži in stisne ali zabije v matrico, ki se približa končni prirobnici. Del je obrezan, strojno obdelan na dimenzijo B16.5/B16.47, toplotno obdelan (žarjen v raztopini za avstenitno nerjavno jeklo in nikljeve zlitine) in pregledan – običajno z ultrazvokom, pregledom s penetracijo tekočin ali magnetnimi delci – preden se označi in odtisne.

Tlačna deformacija naredi tri uporabne stvari hkrati: zapre notranjo poroznost in praznine, ki so ostale po taljenju, razdrobi grobo ulito zrno v fino enakomerno velikost zrna in raztegne nečistoče v "stringerje", ki sledijo smeri, v katero je bila potisnjena kovina. Kovane prirobnice iz nerjavečega jekla se proizvajajo po ASTM A182 (na primer F304/L, F316/L, F51 duplex); odkovki iz nikljeve zlitine ustrezajo ASTM B564 (zlitina 600/600, zlitina 625, zlitina C276, zlitina 800, zlitina 400).

Kaj je ploščata prirobnica in kako je izdelana?

Ploščata prirobnica je ravna plošča, izrezana iz valjane kovinske plošče in obdelana na stružnici - ni kovanja in oblikovanega pesta.

Proizvodnja je enostavna: izberite ploščo zahtevanega razreda (nerjaveče po ASTM A240; plošča iz nikljeve zlitine po ustreznih specifikacijah plošč serije B), izrežite krožni surovec s plazmo, kisikom ali laserjem, izvrtajte krog vijaka in obdelajte tesnilno površino. Ker ne gre za plastično deformacijo, surovec plošče ne more tvoriti zožitve zvarnega vratu ali ojačanega pesta; del ostane ravno tako raven kot plošča, iz katere izvira.

Kompromis je očiten: ostanki materiala so majhni, strojna obdelava je minimalna in dobavni rok je kratek. Omejitev je prav tako očitna - končni disk nosi samo lastnosti, ki jih je že imela valjana plošča, v vseh smereh. Ploščate prirobnice se zato najpogosteje pojavljajo kot slepe prirobnice, podporne prirobnice z velikim premerom in nizkotlačne storitve.

Kaj je "pretok zrn" in zakaj je pomemben?

Tok zrn je smer, v kateri so raztegnjeni kovinski mikroskopski kristali in nečistoče; kovina je močna vzdolž vlaken in šibka čez - tako kot je lesena plošča močna vzdolž vlaken.

Pomislite na drevo. Zažagajte čez deblo in videli boste koncentrične rastne obroče - to je "končno zrno." Zažagajte vzdolž debla in vlakna potekajo po dolžini deske; ta plošča je odporna na upogibanje vzdolž vlaken in se zlahka razcepi čez njih. Jeklo se obnaša enako. Pri obdelavi kovine - valjanju ali kovanju - se njena zrna in drobni nekovinski vključki razmažejo v dolge "vrvice", ki sledijo delovni smeri. Tovor, ki se prenaša vzporedno s to potjo žita, se dobro prenaša; obremenitev, ki vleče čez zrno ali ki izpostavi odrezane konce zrn, ustvari naravno vzletno stezo za razpoke.

Kako se tok zrn dejansko razlikuje med obema?

V kovani prirobnici se zrna neprekinjeno ovijajo okrog izvrtine, pesta in kroga vijaka; v ploščati prirobnici zrna potekajo ravno in se nenadoma končajo na vsaki obdelani površini.

Kovanje potisne gredice navzven in navzgor v matrico, tako da deformirana zrna sledijo obrisu prirobnice - kot rastni obročki v izrezljani skledi. Na izvrtini ali pestu ni izpostavljene križne površine; glavne napetosti (napetost vijaka, notranji tlak, upogib pesta) potekajo s pretočnimi linijami.

Ploščata prirobnica je drugačna. Plošča je bila valjana ravno, tako da vse njene zrnate linije potekajo vodoravno, vzporedno z dvema velikima ploskvama. Ko delavnica izvrta središče in obrne zunanji premer, skrajša to zrno in izpostavi "končno zrno" na izvrtini, ploskvi pesta in tesnilni ploskvi. Ti izpostavljeni konci so natanko tam, kjer se najprej odprejo laminati, vključne vrvice in razpoke zaradi utrujenosti.

Kateri je močnejši - kovan ali plošča?

Na objavljenem podatkovnem listu z minimalnimi specifikacijami sta lahko videti enaka; med uporabo je odkovek bistveno trši, bolj odporen na obremenitev in zdrav skozi svojo debelino.

Minimalna mehanika je dejansko blizu. ASTM A182 F316 (kovano) in ASTM A240 Grade 316 (plošča) oba določata najmanjšo natezno trdnost približno 515 MPa (75 ksi) in najmanjši izkoristek približno 205 MPa (30 ksi). Tako vzporedna primerjava tehničnih listov sama po sebi ne razkrije inženirske vrzeli.

Prednost kovanja se pokaže tam, kjer je najmanjše število ne zajame:

• Žilavost.Vroča obdelava izboljšuje grobo zrnatost, kot je bila ulita, in povečuje udarno žilavost Charpyjeve V-zareze – sposobnost absorbiranja udarcev brez zloma.
• Zvočnost.Zvari s tlačno silo zaprejo notranje praznine, cevi in ​​poroznost, ki lahko ostanejo v ploščah; ultrazvočna zvok je veliko bolj dosleden.
• Trdnost delovne smeri.Odkovki običajno kažejo približno 10–15 % višjo trdnost v delovni smeri kot minimum pri žarjeni plošči, ker je velikost zrn prečiščena in so napake zaprte.
• Skozi debelino.Plošča je najšibkejša zaradi lastne debeline (smer "Z") - točno v smeri prednapetosti vijaka in vlečenja pritiska tesnila. Laminacije in vrvice pod to obremenitvijo delujejo kot že obstoječe razpoke.
• Utrujenost.Toplotno kroženje in kroženje tlaka širi razpoke pravokotno na zrno. Neprekinjene kovane pretočne linije usmerjajo razpoke stran; končno zrno plošče jim daje ravno pot.

Ali proizvodna pot spremeni odpornost proti koroziji?

Da - zlasti pri nerjavnih in nikljevih zlitinah - ker ploščate prirobnice puščajo izpostavljena končna zrna na tesnilni površini in izvrtini, kjer se začne korozija.

Valjanje raztegne sulfidne in oksidne vključke v vrvice, ki ležijo odprte na kateri koli površini reza. Izpostavljena končna zrna na kontaktni ploskvi tesnila in v izvrtini so klasično mesto iniciacije za luknjičasto, razpokano korozijo in razpoke zaradi kloridne napetostne korozije – natanko takšni načini odpovedi, s katerimi se inženirji borijo v 304/316 in v nikljevih zlitinah, ki delujejo z morsko vodo, slanicami in kislo procesno kemijo. Kovana prirobnica ovije svojo zrnatost okoli teh površin, tako da ima tesnilna ploskev dolgozrnato namesto končnega zrna.

To je eden od razlogov, da specifikacije za storitve v kislem okolju (NACE MR0175 / ISO 15156), na morju in pod morjem skoraj povsod zahtevajo odkovke. Pri korozivni uporabi razlika v stroških ni samo materialna - je tveganje puščanja pri vrtečem se vijačnem spoju.

Ali so ploščate prirobnice sploh zakonite po ASME B16.5?

Za skoraj vsako vrsto prirobnice, ki se dejansko spoji s cevjo, ASME B16.5 zahteva lit ali kovan material; plošča je s kodo dovoljena samo za slepe prirobnice in določene majhne redukcijske prirobnice brez pest.

Obseg ASME B16.5 je ekspliciten. Standard zajema "prirobnice in priključke s prirobnicami, izdelane iz litih ali kovanih materialov" in ločeno dovoljuje "slepe prirobnice in nekatere reducirne prirobnice, izdelane iz litih, kovanih ali ploščatih materialov." Drugi stavek je celotno pravno vesolje za ploščo. V praksi:

• Slepe prirobnice:pokrov, ki zapira konec linije - tu se plošča rutinsko in pravilno uporablja.
• Reducirne prirobnice brez pesta:tiste, katerih manjši izhod pade pod prag velikosti v tabeli 6 B16.5, zato koda ne zahteva pesta.
• Ni dovoljeno s plošče:prirobnice z varjenim vratom (WN), navojne (THD), prirobnice z navojnim zvarom (SW), prirobnice z natikači (SO) in prirobnice s pestom so "prirobnice" in jih je treba uliti ali kovati. "Plošča slip-on", strojno izdelana iz diska, ni skladna z B16.5 kot priključek, ki zadržuje pritisk, tudi če se njegove mere ujemajo.

Nikljeve zlitine veljajo za strožje. Primeri ASME B16 (na primer B16 primer 21 za UNS N06674) navajajo, da morajo biti prirobnice, razen slepih prirobnic in reducirnih prirobnic brez pest, izdelane samo iz odkovkov po ASTM B564. Za velike premere ASME B16.47 (NPS 26 do NPS 60; serija A je usklajena z MSS SP-44, serija B z API 605) prav tako daje prednost odkovkom za uporabo s pestom, čeprav so velike ploščate slepe prirobnice pogoste pri nizkotlačnih, nekritičnih kanalih in vodi.

Inženirska opomba: izdelovalec lahko obdela ploščo "posebno", vendar pri tem dela izven B16.5 in zahteva dokumentirano inženirsko odobritev v skladu z veljavno kodo za cevovode (ASME B31.3) ali kodo za tlačne posode (ASME BPVC oddelek VIII). Ni nadomestek.

Katere specifikacije materiala ASTM dejansko veljajo?

Kovane prirobnice iz nerjavnega jekla veljajo za ASTM A182, plošče pa za ASTM A240; za nikljeve zlitine so odkovki v skladu z ASTM B564, plošča pa v skladu z ustreznimi specifikacijami za ploščo serije B - ne morete potrditi odkovka iz plošče.

• Nerjavni odkovki:ASTM A182 - kovane/valjane prirobnice, fitingi in deli ventilov za uporabo pri visokih temperaturah: F304/L, F316/L, F321, F347, F51/F55 duplex.
• Nerjaveča plošča:ASTM A240 - nerjavna plošča, pločevina in trak iz kroma in krom-niklja za tlačne posode: Gr 304/L, Gr 316/L.
• Odkovki iz zlitine niklja:Odkovki iz nikljeve zlitine ASTM B564 -: UNS N06600 (zlitina 600), N06625 (zlitina 625), N10276 (zlitina C276), N08800 (zlitina 800), N04400 (zlitina 400).
• Plošča iz nikljeve zlitine:npr. ASTM B424 (plošča iz zlitine 800), B575 (plošča iz zlitine C276), B463 (plošča iz zlitine 20). Oblika izdelka mora ustrezati specifikaciji. Odkovka razreda B564 ni mogoče izdelati z rezanjem plošče B575 in nato vtisnjenim kot odkovek; poročilo o mlinskem preskusu mora pokazati pravilno obliko in pravilno toplotno obdelavo.

Kako se primerjajo stroški in dobavni rok?

Ploščate prirobnice so cenejše in hitreje na prodajnih policah; kovane prirobnice so vnaprej dražje, vendar so edina možnost, skladna s kodo, za storitve s pesto, visokotlačne ali kritične storitve.

Prazna plošča je izrezana iz komercialnega lista s skoraj neto obliko in malo strojne obdelave, zato so stroški na enoto nizki in dnevi za pripravo kratki - prednost, ki raste pri velikih, tankih premerih. Kovanje zahteva čas gredice, stiskalnice in matrice, toplotno obdelavo in neporušitvene preglede, zato je cena kosa višja in dobava daljša, čeprav stroški na enoto padajo glede na količino, ko se orodje amortizira.

Pogled na skupne stroške je tisto, kar običajno reši spor. Ploščata prirobnica, ki ni skladna s kodo ali pušča ali poči zgodaj v cikličnem ali korozivnem delovanju, nosi stroške zamenjave, zaustavitve in varnostne stroške, ki zasenčijo začetni prihranek. Določitev najcenejše možnosti na kos je torej smiselna le tam, kjer to dovoljujeta kodeks in dajatev.

Torej, kdaj bi morali določiti kovano ali ploščo?

Navedite kovano, kadar gre za tlak, temperaturo, ciklično obremenitev, korozivno delovanje ali vrsto prirobnice s pestom; rezervna plošča za slepo in nizkotlačno nekritično delovanje, ki je dovoljeno s kodo.

Izberite kovano, ko:

• vrsta prirobnice je z varjenim vratom, z natikačem, z navojem, z vtičnico z varjenjem ali s prekrivnim spojem s pestom - B16.5 ga vseeno zahteva;
• ocena je razred 300 in več ali je storitev visokotemperaturna, kriogena ali termično/tlačno ciklična;
• dajatev je kisla storitev (NACE MR0175), na morju, pod morjem ali jedrska energija;
• varite procesne cevi iz nikljeve zlitine (B564) v kloridni ali kisli uporabi;
• površina tesnila se mora upreti udarcem končnih zrn na kritičnem spoju z majhnim puščanjem.

Izberite ploščo (znotraj kodnih omejitev), ko:

• potrebujete slepo prirobnico za pregled ali slepo stran v razredu 150, nenevarna uporaba;
• delo je delo z velikim premerom, nizkotlačnim zrakom, vodo ali kanali (na primer B16.47 slepa podpora);
• gre za začasno ali pomožno storitev, pri kateri bi bilo kovanje preveč določeno;
• kakršno koli odstopanje od B16.5 je zajeto v dokumentiranem inženirskem soglasju v skladu z B31.3 ali BPVC Oddelek VIII.

Vzporedni povzetek

Tabela 1 destilira primerjavo za neposredno uporabo specifikacije.

Tabela 1 - Primerjava kovanih in ploščatih prirobnic glede na proizvodnjo, kodo, zmogljivost in stroške.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kakšna je razlika med kovano prirobnico in ploščato prirobnico?

Kovana prirobnica je vroče oblikovana iz gredice, tako da kovinsko zrno sledi obrisu prirobnice; prirobnica plošče je izrezana iz ploščate valjane plošče. Kovane prirobnice so trše, bolj odporne na obremenitev in zahtevajo kodo za uporabo pod pritiskom s pestom; ploščate prirobnice so cenejše, vendar jih ASME B16.5 omejuje na slepe in določene reducirne prirobnice brez pesta.

Ali so ploščate prirobnice skladne z ASME B16.5?

Samo za slepe prirobnice in reducirne prirobnice brez pest pod pragom velikosti B16.5. Vse druge prirobnice s pestom - z varjenim vratom, natikače, z navojem, z vtičnico - morajo biti izdelane iz litega ali kovanega materiala.

Katera je močnejša, kovana ali ploščata prirobnica?

Za isto zlitino (na primer 316) sta lahko objavljena minimalna natezna meja in meja tečenja enaka, vendar kovanje zagotavlja večjo udarno žilavost, daljšo življenjsko dobo ob utrujenosti in zanesljivo trdnost skozi debelino, ker vroča obdelava prečisti zrna in zapre notranje praznine.