Kovaná příruba vs. talířová příruba: tok zrna, pevnost a soulad s normou ASME

Volba mezi kovanou přírubou a talířovou přírubou vypadá jako rozhodnutí o nákupu, ale ve skutečnosti jde o rozhodnutí o materiálech a kódu. Akovaná přírubaje tvarován lisováním horké oceli nebo předvalku ze slitiny niklu pod tlakem v matricích, takže vnitřní krystalová struktura kovu kopíruje obrys součásti. Atalířová přírubaje jednoduše řezán – plazmou, laserem nebo kyslíko-palivem – z plochého válcového talířového kotouče a poté obroben na požadovanou velikost.

Dvě příruby mohou mít identické rozměry ASME B16.5 a vypadají stejně přišroubované v řadě. Vnitřně nejsou stejnou částí. Tato příručka vysvětluje rozdíl ve srozumitelném jazyce, kvantifikuje mezeru v pevnosti a - co je nejdůležitější - vysvětluje, kdy kód ASME skutečně povoluje přírubu desky.

Kované příruby mají spojitý, obrys kopírující tok zrna a jsou standardním kódovým výchozím nastavením pro tlakově udržované nábojové spoje; talířové příruby jsou levnější, ale podle ASME B16.5 jsou omezeny na slepé příruby a určité malé redukční příruby bez nábojů.

Co je to kovaná příruba a jak se vyrábí?

Kovaná příruba je tvarována lisováním a tepáním horkého kovu v zápustkách, spíše než řezáním z ploché desky.

Při jeho výrobě se předvalek z nerezové nebo niklové slitiny zahřeje na kovací teplotu, poté se pěchuje a lisuje nebo zatlouká do formy, která se blíží hotové přírubě. Díl je oříznut, obroben na rozměr B16.5/B16.47, tepelně zpracován (rozpouštěcím žíháním pro austenitické nerezové a niklové slitiny) a před označením a vyražením zkontrolován – obvykle ultrazvukem, kapalinou penetrující nebo magnetickým zkoumáním částic.

Tlaková deformace dělá tři užitečné věci najednou: uzavírá vnitřní pórovitost a dutiny, které zůstaly po tavení, rozbíjí hrubé odlévané zrno na jemnou, stejnoměrnou zrnitost a natahuje nečistoty do „provazců“, které sledují směr, kterým byl kov tlačen. Nerezové kované příruby jsou vyráběny podle ASTM A182 (například F304/L, F316/L, F51 duplex); Výkovky ze slitiny niklu odpovídají ASTM B564 (slitina 600/600, slitina 625, slitina C276, slitina 800, slitina 400).

Co je to desková příruba a jak se vyrábí?

Talířová příruba je plochý kotouč vyříznutý z válcovaného plechu a lícovaný na soustruhu - není zde žádný výkovek a žádný tvarovaný náboj.

Výroba je přímočará: vyberte desku požadované kvality (nerezová podle ASTM A240; niklová deska podle příslušné specifikace desky řady B), vyřízněte kruhový polotovar plazmou, kyslíkem nebo laserem, vyvrtejte kruh šroubu a obrobte těsnicí plochu. Protože nedochází k žádné plastické deformaci, nemůže deskový polotovar tvořit zúžení svarového hrdla nebo zesílený náboj; díl zůstane stejně plochý jako deska, ze které pochází.

Kompromis je zřejmý: zmetkovitost materiálu je nízká, obrábění minimální a dodací lhůta je krátká. Omezení je stejně zřejmé - hotový disk nese pouze vlastnosti, které již měl válcovaný plech, a to v každém směru. Talířové příruby se proto nejčastěji objevují jako slepé příruby, příruby s přeplátovaným spojem o velkém průměru a nízkotlaké rozvody.

Co je to „tok zrna“ a proč na tom záleží?

Tok zrna je směr, ve kterém jsou mikroskopické krystaly kovu a příměsi nataženy; kov je pevný podél svého vlákna a slabý napříč – stejně jako je dřevěná deska pevná podél svých vláken.

Myslete na strom. Prohlédněte kmen a uvidíte soustředné růstové prstence – to je „koncové zrno“. Řez podél kmene a vlákna vedou po délce desky; tato deska odolává ohýbání podél vláken a snadno se přes ně štěpí. Ocel se chová stejně. Když je kov opracován - válcován nebo kován - jeho zrna a drobné nekovové vměstky jsou rozmazány do dlouhých "provázků", které sledují směr opracování. Zátěž nesená paralelně s touto dráhou zrna je dobře nesena; Náklad, který táhne přes zrno, nebo který odhaluje řezané konce zrna, vytváří přirozenou dráhu pro praskliny.

Jak se vlastně tok obilí mezi těmito dvěma liší?

V kované přírubě se zrno nepřetržitě ovíjí kolem otvoru, náboje a kružnice šroubu; v talířové přírubě probíhá zrno rovně a končí náhle na každém obrobeném povrchu.

Kování tlačí materiál sochoru ven a nahoru do zápustky, takže deformované zrno kopíruje obrys příruby - jako prstence růstu ve vyřezávané misce. Na vrtání nebo náboji není žádný exponovaný povrch se zkříženými zrny; hlavní napětí (tah šroubu, vnitřní tlak, ohyb náboje) probíhají s průtokovými potrubími.

Talířová příruba je jiná. Deska byla válcována naplocho, takže všechny její zrnitosti probíhají vodorovně, rovnoběžně se dvěma velkými plochami. Když dílna vyvrtá střed a otočí vnější průměr, zkrátí toto zrno a odkryje "koncové zrno" na otvoru, čele náboje a těsnicí ploše. Tyto exponované konce jsou přesně tam, kde se nejprve otevírají laminace, výztuhy inkluzí a únavové trhliny.

Co je silnější – kované nebo plechové?

Na publikovaném datovém listu s minimálními specifikacemi mohou tyto dva vypadat stejně; v provozu je výkovek výrazně tužší, odolnější proti únavě a zvukem díky své tloušťce.

Minimální mechanika je ve skutečnosti blízko. ASTM A182 F316 (kovaný) a ASTM A240 Grade 316 (deska) oba specifikují minimální pevnost v tahu zhruba 515 MPa (75 ksi) a minimální kluznost zhruba 205 MPa (30 ksi). Takže srovnání vedle sebe neodhalí technickou mezeru.

Výhoda kování se projevuje tam, kde ji nezachycují minimální počty:

• Houževnatost.Opracování za tepla zjemňuje hrubé zrno odlitku a zvyšuje rázovou houževnatost Charpy V-vrub – schopnost absorbovat nárazy bez prasknutí.
• Zdravost.Tlaková síla svaří vnitřní dutiny, trubky a poréznost, které mohou zůstat v plechu; zvuk ultrazvuku je mnohem konzistentnější.
• Pevnost v pracovním směru.Výkovky typicky vykazují zhruba o 10–15 % vyšší pevnost v pracovním směru než minimum žíhané desky, protože zrnitost je zjemněna a defekty jsou uzavřeny.
• Průchozí tloušťka.Deska je nejslabší svou vlastní tloušťkou (směr "Z") - přesně podle předpětí směrového šroubu a tlaku na těsnění. Laminace a výztuhy působí při tomto zatížení jako již existující trhliny.
• Únava.Tepelné cykly a tlakové cykly šíří trhliny kolmo na zrno. Nepřetržité kované toky odvádějí trhliny; zrno konce desky jim dává přímou dráhu.

Změní výrobní postup odolnost proti korozi?

Ano - zejména u nerezových a niklových slitin - protože příruby plechu zanechávají obnažené koncové zrno na těsnicí ploše a otvoru, kde začíná koroze.

Válcování natahuje sulfidové a oxidové inkluze do výztuh, které jsou otevřené na jakémkoli řezu. Odkryté koncové zrno na kontaktní ploše těsnění a na vrtání je klasickým místem iniciace důlkové koroze, štěrbinové koroze a chloridového korozního praskání – přesně s těmi způsoby poruch, které inženýři bojují v 304/316 a ve slitinách niklu manipulujících s mořskou vodou, solankou a kyselou procesní chemií. Kovaná příruba obaluje své zrno kolem těchto povrchů, takže těsnicí plocha nese dlouhé zrno spíše než koncové zrno.

To je jeden z důvodů, proč specifikace kyselých služeb (NACE MR0175 / ISO 15156), offshore a podmořské specifikace téměř všeobecně vyžadují výkovky. V korozivním provozu není rozdíl v nákladech pouze materiálem – je to riziko úniku u rotujícího šroubového spoje.

Jsou talířové příruby dokonce legální podle ASME B16.5?

Pro téměř každý typ příruby, která se skutečně připojuje k potrubí, ASME B16.5 vyžaduje litý nebo kovaný materiál; deska je kódově přípustná pouze pro slepé příruby a některé malé redukční příruby bez nábojů.

Rozsah ASME B16.5 je explicitní. Norma pokrývá „příruby a přírubové fitinky vyrobené z litých nebo kovaných materiálů“ a samostatně povoluje „slepé příruby a určité redukční příruby vyrobené z litých, kovaných nebo deskových materiálů“. Druhá věta je celý právní vesmír pro talíř. Z praktického hlediska:

• Slepé příruby:kryt, který uzavírá konec linky - to je místo, kde se deska běžně a správně používá.
• Redukční příruby bez nábojů:ty, jejichž menší výstup spadá pod prahovou hodnotu velikosti v B16.5 tabulce 6, takže kód nevyžaduje rozbočovač.
• Není povoleno z desky:Příruby s přivařovacím hrdlem (WN), závitové (THD), nástrčné (SW), nasouvací (SO) a nábojové příruby jsou "přírubové tvarovky" a musí být odlity nebo kovány. "Platové nasouvání" vyrobené z kotouče není v souladu s B16.5 jako armatura udržující tlak, i když její rozměry odpovídají.

Slitiny niklu jsou přísnější. Pouzdra ASME B16 (například B16 Případ 21 pro UNS N06674) uvádějí, že kromě zaslepovacích přírub a redukčních přírub bez nábojů musí být příruby vyrobeny pouze z výkovků podle ASTM B564. Pro velké průměry ASME B16.47 (NPS 26 až NPS 60; řada A odpovídá MSS SP-44, řada B s API 605) rovněž upřednostňuje výkovky pro provoz s nábojem, ačkoli velké deskové zaslepovací příruby jsou běžné v nízkotlakém, nekritickém potrubí a vodním provozu.

Technická poznámka: Výrobce může opracovat desku „speciál“, ale pokud tak učiní, převezme součást mimo B16.5 a vyžaduje zdokumentované technické schválení podle platného předpisu pro potrubí (ASME B31.3) nebo kódu pro tlakové nádoby (ASME BPVC oddíl VIII). Není to náhradní náhražka.

Které specifikace materiálu ASTM skutečně platí?

Pro nerezové, kované příruby běžte podle ASTM A182 a desky podle ASTM A240; u slitin niklu se výkovky řídí normou ASTM B564 a plechy odpovídají specifikacím plechu řady B – nemůžete certifikovat výkovek z plechu.

• Nerezové výkovky:ASTM A182 - kované/válcované příruby, fitinky a díly ventilů pro vysokoteplotní provoz: F304/L, F316/L, F321, F347, F51/F55 duplex.
• Nerezová deska:ASTM A240 - chrom a chromniklová nerezová deska, plech a pás pro tlakové nádoby: Gr 304/L, Gr 316/L.
• Výkovky ze slitiny niklu:ASTM B564 - výkovky z niklové slitiny: UNS N06600 (slitina 600), N06625 (slitina 625), N10276 (slitina C276), N08800 (slitina 800), N04400 (slitina 400).
• Deska z niklové slitiny:např. ASTM B424 (deska ze slitiny 800), B575 (deska ze slitiny C276), B463 (deska ze slitiny 20). Formulář produktu musí odpovídat specifikaci. Výkovek třídy B564 nelze vyrobit řezáním desky B575 a poté vyražením jako výkovek; protokol o zkoušce mlýna musí uvádět správnou formu a správné tepelné zpracování.

Jak se porovnávají náklady a dodací lhůta?

Talířové příruby jsou levnější a rychlejší z regálu; kované příruby jsou vpředu dražší, ale jsou jedinou možností vyhovující předpisům pro nábojové, vysokotlaké nebo kritické služby.

Destičkový polotovar je vyříznut z komoditního plechu s téměř čistým tvarem a malým obráběním, takže jednotkové náklady jsou nízké a dodací lhůty jsou krátké – výhoda, která roste ve velkých, tenkých průměrech. Kování vyžaduje sochor, lis a zápustku, tepelné zpracování a nedestruktivní zkoušení, takže cena za kus je vyšší a dodávka je delší, i když náklady na jednotku klesají s tím, jak se nástroje amortizují.

Hádku obvykle vyřeší pohled na celkové náklady. Talířová příruba, která není v souladu s kódem nebo která uniká nebo praská v rané fázi cyklického nebo korozívního provozu, nese náklady na výměnu, odstavení a bezpečnost, které převyšují počáteční úspory. Určení nejlevnější varianty za kus je proto racionální pouze tam, kde to kód i clo umožňují.

Kdy byste tedy měli specifikovat Forged vs Plate?

Uveďte kované vždy, když se jedná o tlak, teplotu, cyklické zatížení, korozivní provoz nebo typ příruby s nábojem; rezervní deska pro normově povolený slepý a nízkotlaký nekritický provoz.

Vyberte kované, když:

• typ příruby je přivařovací, násuvný, závitový, přivařovací nebo přeplátovaný s nábojem - B16.5 to každopádně vyžaduje;
• klasifikace je třída 300 a vyšší, nebo je provoz vysokoteplotní, kryogenní nebo tepelně/tlakově cyklovaný;
• povinnost je kyselá služba (NACE MR0175), pobřežní, podmořská nebo jaderná;
• svařujete procesní potrubí z niklové slitiny (B564) v chloridovém nebo kyselém prostředí;
• Čelo těsnění musí odolávat napadení koncovými zrny na kritickém spoji s nízkou netěsností.

Vyberte štítek (v rámci limitů kódu), když:

• potřebujete slepou přírubu pro kontrolu nebo slepý konec třídy 150, bezpečný provoz;
• jedná se o práci s velkým průměrem, nízkotlakým vzduchem, vodou nebo potrubím (například záslepka B16.47);
• jedná se o dočasnou nebo pomocnou službu, kde by výkovek byl nadměrně specifikován;
• jakákoli odchylka od B16.5 je pokryta dokumentovaným technickým schválením podle B31.3 nebo BPVC sekce VIII.

Souhrn vedle sebe

Tabulka 1 uvádí srovnání pro přímé použití podle specifikace.

Tabulka 1 - Porovnání kované a deskové příruby z hlediska výroby, kódu, výkonu a nákladů.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi kovanou přírubou a talířovou přírubou?

Kovaná příruba je tvarována za tepla ze sochoru, takže kovové zrno kopíruje obrys příruby; desková příruba je vyříznuta z plochého válcovaného plechu. Kované příruby jsou tužší, odolnější proti únavě a pro provoz s tlakem v náboji jsou vyžadovány kódy; deskové příruby jsou levnější, ale podle ASME B16.5 jsou omezeny na zaslepené a určité beznábojové redukční příruby.

Vyhovují deskové příruby ASME B16.5?

Pouze pro slepé příruby a redukční příruby bez nábojů pod prahovou hodnotou velikosti B16,5. Všechny ostatní příruby náboje – přivařovací hrdlo, nasouvací, závitové, hrdlové – musí být vyrobeny z litého nebo kovaného materiálu.

Co je silnější, kovaná nebo talířová příruba?

Pro stejnou slitinu (například 316) mohou být publikované minimální meze pevnosti v tahu a meze kluzu stejné, ale výkovek poskytuje vyšší rázovou houževnatost, delší únavovou životnost a spolehlivou pevnost v celé tloušťce, protože zpracování za tepla zjemňuje zrno a uzavírá vnitřní dutiny.