Tre primära tillverkningsprocesser producerar de flänsar som används i rörsystem: smide, gjutning och skärning från plåt. Varje metod producerar flänsar med olika mekaniska egenskaper, inre sundhet och kostnadsegenskaper. Att förstå dessa skillnader hjälper köpare och ingenjörer att specificera lämplig tillverkningsmetod för varje applikation.
Översikt över flänstillverkning
Tillverkningsmetoden påverkar flänsens kornstruktur, porositet, inre sundhet och i slutändan dess mekaniska prestanda under drift. Smide producerar överlägset kornflöde i linje med flänskonturen, vilket resulterar i högsta hållfasthet och utmattningsmotstånd. Gjutning tillåter komplexa former och stora produktionsvolymer till lägre kostnad per-enhet men med högre risk för interna defekter. Att skära från plåtmaterial är ekonomiskt för stora diametrar men saknar kornflödesfördelen med smide. Kodkrav kräver ofta specifika tillverkningsmetoder för vissa tjänster, där smidda flänsar krävs för applikationer med kritiskt hög-tryck och hög-temperatur.
Smidda flänsar
Smide är den vanligaste tillverkningsmetoden för ASME B16.5-flänsar, speciellt för storlekar upp till NPS 24 och högre tryckklasser. Processen går ut på att värma ett stålämne till smidestemperatur (vanligtvis 1900-2300 grader F) och forma det till form med en smideshammare eller press. Varmformningen ger ett kontinuerligt kornflöde som följer flänskonturen, vilket resulterar i överlägsna mekaniska egenskaper inklusive styrka, duktilitet och utmattningsmotstånd. Smidda flänsar har minimal porositet och utmärkt inre soliditet jämfört med gjutgods. De flesta kritiska serviceflänsar är smidda för att säkerställa maximal tillförlitlighet.
| Egendom | Smidd | Kasta | Skär tallrik |
|---|---|---|---|
| Kornflöde | Kontinuerlig, följer kontur | Isotropisk, ingen kornorientering | Endast rullriktning |
| Inre sundhet | Utmärkt, minimal porositet | Variabel, risk för porositet | Bra (tallrikkvalitet) |
| Mekanisk styrka | Högsta | Måttlig | Måttlig |
| Utmattningsmotstånd | Excellent | Bra | Bra |
| NDT-resultat | Mest konsekvent | Mest varierande | Konsekvent |
| Max storlek | Begränsad av smideskapacitet | Praktiskt taget obegränsat | Obegränsad (tallrik) |
| Relativ kostnad (liten kvantitet) | Måttlig | Hög (verktyg) | Låg |
| Relativ kostnad (stort antal) | Måttlig | Lägst | Hög |
Gjutna flänsar
Gjutning innebär att man häller smält metall i en form och låter den stelna i flänsform. Processen är ekonomisk för komplexa flänsgeometrier och stora produktionskvantiteter eftersom den initiala formverktygskostnaden är spridd över många enheter. Emellertid är den gjutna kornstrukturen isotrop och saknar riktningsorienteringen av smide. Gjutna flänsar har en högre risk för inre defekter inklusive porositet, krympningshåligheter och icke-metalliska inneslutningar. De är acceptabla för icke-kritiska,-lågtrycksapplikationer enligt tillämpliga koder, men är förbjudna enligt vissa koder för farliga tjänster.
Skär plåtflänsar
Kapade plåtflänsar bearbetas direkt från valsad stålplåt, vanligtvis för stora diametrar utöver standardsmidekapaciteten (över NPS 24). Flänsprofilen skärs från plåt med plasma-, laser- eller vattenskärning och bearbetas sedan till slutliga dimensioner. Kapade plåtflänsar har ingen fördel med kornflöde eftersom plåtens rullriktning ger styrka endast i plåtens plan. De är begränsade till lägre tryckklasser på grund av platttjockleksbegränsningar och är vanligast för strukturella och icke-kritiska rörtillämpningar där kostnaden för stora smidda eller gjutna flänsar skulle vara oöverkomliga.
Kvalitetsjämförelse
Smidda flänsar ger genomgående den bästa kombinationen av mekaniska egenskaper, inre sundhet och tillförlitlighet. Kornflödesmönstret i en smidd fläns följer flänskonturen och ger maximal styrka där den behövs som mest. Gjutflänsar kan uppnå acceptabla egenskaper för många applikationer men har de mest varierande NDT-resultaten på grund av den inneboende variationen i gjutningsprocessen. Kapade plåtflänsar har egenskaper som matchar plåtens rullriktning, vilket är mindre enhetligt än de rundstrålande egenskaperna hos ett smide. För cykliska och hög-belastningstillämpningar är smidda flänsar det föredragna valet.
Kostnadsjämförelse
Smide har måttliga verktygskostnader och är kostnadseffektivt- för måttliga till stora produktionskvantiteter. Gjutning har höga initiala verktygskostnader (mönstertillverkning) men den lägsta kostnaden per-enhet vid höga volymer. Skärplåt har inga verktygskostnader och är det mest ekonomiska alternativet för små kvantiteter i stora storlekar. Bearbetningskostnaderna är likartade för alla metoder när den grova formen är framställd. Värmebehandlingskostnaderna varierar beroende på material och nödvändiga mekaniska egenskaper, med vissa legeringskvaliteter som kräver dyra efter-värmebehandlingscykler.
Standardkrav
ASME B16.5 tillåter flänsar tillverkade genom smidning, gjutning eller skärning från plåt, förutsatt att materialspecifikationen och kraven på mekaniska egenskaper är uppfyllda. Vissa materialspecifikationer kräver specifikt smidda produkter (t.ex. ASTM A182), medan andra tillåter flera tillverkningsmetoder. Vissa anläggningskoder och ägarspecifikationer förbjuder gjutna flänsar för vissa farliga tjänster på grund av den högre risken för interna defekter. Spårbarhetskrav gäller oavsett tillverkningsmetod, och kraven på effekttestning är metodoberoende-. Det viktigaste är att smidda flänsar ger den bästa styrkan och tillförlitligheten för kritisk service, medan gjutna flänsar och plåtflänsar tjänar specifika icke-kritiska applikationer.
Flänsprodukter
