Три основні виробничі процеси створюють фланці, що використовуються в трубопровідних системах: кування, лиття та вирізання з плити. Кожен метод виробляє фланці з різними механічними властивостями, внутрішньою суцільністю та вартісними характеристиками. Розуміння цих відмінностей допомагає покупцям та інженерам визначати відповідний метод виробництва для кожного застосування.
Огляд виробництва фланців
Метод виробництва впливає на структуру зерна фланця, пористість, внутрішню суцільність і, зрештою, на його механічні характеристики під час експлуатації. Кування забезпечує чудовий потік зерна, узгоджений з контуром фланця, що призводить до найвищої міцності та стійкості до втоми. Лиття дозволяє створювати складні форми та великі обсяги виробництва з нижчою собівартістю на одиницю, але з вищим ризиком внутрішніх дефектів. Вирізання з плити є економічним для великих діаметрів, але не має переваги потоку зерна, як при куванні. Кодексні вимоги часто зобов'язують використовувати певні методи виробництва для окремих видів обслуговування, причому ковані фланці є обов'язковими для критичних застосувань з високим тиском і високою температурою.
Ковані фланці
Кування є найпоширенішим методом виробництва для фланців ASME B16.5, особливо для розмірів до NPS 24 і вищих класів тиску. Процес включає нагрівання зливка сталі до температури кування (зазвичай 1900-2300°F) і формування його за допомогою ковальського молота або преса. Гаряче формування створює безперервний потік зерна, що слідує за контуром фланця, забезпечуючи чудові механічні властивості, включаючи міцність, пластичність та стійкість до втоми. Ковані фланці мають мінімальну пористість і чудову внутрішню суцільність порівняно з литими. Більшість фланців для критичного обслуговування виготовляються куванням для забезпечення максимальної надійності.
| Властивість | Кований | Литий | Вирізаний з плити |
|---|---|---|---|
| Потік зерна | Безперервний, слідує за контуром | Ізотропний, без орієнтації зерен | Тільки напрямок прокатки |
| Внутрішня суцільність | Відмінна, мінімальна пористість | Змінна, ризик пористості | Добра (якість плити) |
| Механічна міцність | Найвища | Помірна | Помірна |
| Стійкість до втоми | Відмінна | Добра | Добра |
| Результати НК | Найбільш стабільні | Найбільш мінливі | Стабільні |
| Максимальний розмір | Обмежений потужністю кування | Практично необмежений | Необмежений (плита) |
| Відносна вартість (мала кількість) | Помірна | Висока (оснащення) | Низька |
| Відносна вартість (велика кількість) | Помірна | Найнижча | Висока |
Литі фланці
Лиття включає заливку розплавленого металу у форму та його затвердіння у формі фланця. Процес є економічним для складних геометрій фланців і великих обсягів виробництва, оскільки початкові витрати на оснащення форми розподіляються на багато одиниць. Однак лита структура зерна є ізотропною і не має спрямованої орієнтації, як у поковок. Литі фланці мають вищий ризик внутрішніх дефектів, включаючи пористість, усадкові раковини та неметалеві включення. Вони прийнятні для некритичних застосувань з низьким тиском згідно з відповідними кодексами, але деякі кодекси забороняють їх використання для небезпечних середовищ.
Фланці, вирізані з плити
Фланці, вирізані з плити, виготовляються безпосередньо з прокатаного сталевого листа, зазвичай для великих діаметрів, що перевищують стандартні можливості кування (понад NPS 24). Профіль фланця вирізається з плити за допомогою плазмового, лазерного або водяного різання, а потім обробляється до кінцевих розмірів. Фланці, вирізані з плити, не мають переваги потоку зерна, оскільки напрямок прокатки плити забезпечує міцність лише в площині плити. Вони обмежені нижчими класами тиску через обмеження товщини плити і найчастіше використовуються для конструкційних та некритичних трубопровідних застосувань, де вартість великих кованих або литих фланців була б надмірною.
Порівняння якості
Ковані фланці стабільно забезпечують найкращу комбінацію механічних властивостей, внутрішньої суцільності та надійності. Схема потоку зерна в кованому фланці слідує за контуром фланця, забезпечуючи максимальну міцність там, де це найбільш необхідно. Литі фланці можуть досягати прийнятних властивостей для багатьох застосувань, але мають найбільш мінливі результати НК через властиву мінливість процесу лиття. Фланці, вирізані з плити, мають властивості, що відповідають напрямку прокатки плити, який є менш однорідним, ніж всеспрямовані властивості поковки. Для циклічних та високонавантажених застосувань ковані фланці є кращим вибором.
Порівняння вартості
Кування має помірні витрати на оснащення і є економічно ефективним для середніх і великих обсягів виробництва. Лиття має високі початкові витрати на оснащення (виготовлення моделей), але найнижчу собівартість на одиницю при великих обсягах. Вирізання з плити не потребує оснащення і є найбільш економічним варіантом для малих кількостей великих розмірів. Витрати на механічну обробку подібні для всіх методів після отримання чорнової форми. Витрати на термічну обробку варіюються залежно від матеріалу та необхідних механічних властивостей, причому деякі леговані марки вимагають дорогих циклів термічної обробки після кування.
Вимоги стандартів
ASME B16.5 дозволяє виготовлення фланців куванням, литтям або вирізанням з плити за умови дотримання вимог до матеріалу та механічних властивостей. Деякі специфікації матеріалів вимагають саме кованої продукції (наприклад, ASTM A182), тоді як інші дозволяють кілька методів виробництва. Деякі заводські кодекси та специфікації власників забороняють литі фланці для певних небезпечних середовищ через вищий ризик внутрішніх дефектів. Вимоги до простежуваності застосовуються незалежно від методу виробництва, а вимоги до ударних випробувань не залежать від методу. Ключовий висновок: ковані фланці забезпечують найкращу міцність і надійність для критичного обслуговування, тоді як литі та пластинчасті фланці служать для конкретних некритичних застосувань.
Продукція фланців
