Rèn, đúc và cắt tấm: So sánh quy trình sản xuất mặt bích

Ba quy trình sản xuất chính tạo ra mặt bích được sử dụng trong hệ thống đường ống: rèn, đúc và cắt từ tấm. Mỗi phương pháp tạo ra các mặt bích có đặc tính cơ học, độ bền bên trong và đặc tính chi phí khác nhau. Hiểu được những khác biệt này giúp người mua và kỹ sư xác định được phương pháp sản xuất phù hợp cho từng ứng dụng.

Phương pháp sản xuất ảnh hưởng đến cấu trúc hạt của mặt bích, độ xốp, độ chắc chắn bên trong và cuối cùng là hiệu suất cơ học của nó khi sử dụng. Việc rèn tạo ra dòng hạt vượt trội phù hợp với đường viền mặt bích, mang lại độ bền và khả năng chống mỏi cao nhất. Việc đúc cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp và khối lượng sản xuất lớn với chi phí trên mỗi-đơn vị thấp hơn nhưng có nguy cơ lỗi bên trong cao hơn. Cắt từ tấm gốc là kinh tế đối với đường kính lớn nhưng thiếu lợi thế về dòng chảy của hạt khi rèn. Các yêu cầu về mã thường yêu cầu các phương pháp sản xuất cụ thể cho một số dịch vụ nhất định, trong đó yêu cầu phải có mặt bích rèn cho các ứng dụng-áp suất cao và nhiệt độ-cao quan trọng.

Rèn là phương pháp sản xuất phổ biến nhất cho mặt bích ASME B16.5, đặc biệt đối với kích thước lên đến NPS 24 và các loại áp suất cao hơn. Quá trình này bao gồm việc nung phôi thép đến nhiệt độ rèn (thường là 1900-2300 độ F) và tạo hình nó bằng cách sử dụng búa rèn hoặc máy ép. Việc tạo hình nóng tạo ra dòng hạt liên tục theo đường viền mặt bích, dẫn đến các đặc tính cơ học vượt trội bao gồm độ bền, độ dẻo và khả năng chống mỏi. Mặt bích rèn có độ xốp tối thiểu và độ bền bên trong tuyệt vời so với vật đúc. Hầu hết các mặt bích dịch vụ quan trọng đều được rèn để đảm bảo độ tin cậy tối đa.

Tài sản	Giả mạo	Dàn diễn viên	Tấm cắt
Dòng chảy hạt	Liên tục, theo đường viền	Đẳng hướng, không định hướng hạt	Chỉ hướng lăn
Độ bền bên trong	Tuyệt vời, độ xốp tối thiểu	Có thể thay đổi, nguy cơ xốp	Tốt (chất lượng tấm)
Độ bền cơ học	Cao nhất	Vừa phải	Vừa phải
Chống mỏi	Xuất sắc	Tốt	Tốt
Kết quả NDT	Nhất quán nhất	Biến đổi nhiều nhất	Nhất quán
Kích thước tối đa	Bị giới hạn bởi khả năng rèn	Hầu như không giới hạn	Không giới hạn (đĩa)
Chi phí tương đối (số lượng nhỏ)	Vừa phải	Cao (dụng cụ)	Thấp
Chi phí tương đối (số lượng lớn)	Vừa phải	Thấp nhất	Cao

Quá trình đúc liên quan đến việc đổ kim loại nóng chảy vào khuôn và để nó đông đặc lại theo hình dạng mặt bích. Quá trình này tiết kiệm cho các hình dạng mặt bích phức tạp và số lượng sản xuất lớn vì chi phí tạo khuôn ban đầu được trải đều trên nhiều đơn vị. Tuy nhiên, cấu trúc hạt đúc có tính đẳng hướng và thiếu định hướng của vật rèn. Mặt bích đúc có nguy cơ cao hơn về các khuyết tật bên trong bao gồm độ xốp, các lỗ co ngót và các tạp chất phi kim loại. Chúng có thể được chấp nhận đối với các ứng dụng không{5}}quan trọng, áp suất thấp-theo các mã hiện hành nhưng bị cấm bởi một số mã dành cho các dịch vụ nguy hiểm.

Mặt bích tấm cắt được gia công trực tiếp từ phôi thép tấm cán, thường dành cho những đường kính lớn vượt quá khả năng rèn tiêu chuẩn (trên NPS 24). Cấu hình mặt bích được cắt từ tấm bằng cách cắt plasma, laser hoặc tia nước, sau đó được gia công theo kích thước cuối cùng. Mặt bích tấm cắt không có lợi thế về dòng chảy của hạt vì hướng lăn của tấm chỉ cung cấp độ bền trong mặt phẳng của tấm. Chúng được giới hạn ở các cấp áp suất thấp hơn do hạn chế về độ dày tấm và phổ biến nhất đối với các ứng dụng đường ống có kết cấu và không{4}}quan trọng, trong đó chi phí cho các mặt bích rèn hoặc đúc lớn sẽ rất cao.

Mặt bích rèn luôn cung cấp sự kết hợp tốt nhất giữa các tính chất cơ học, độ bền bên trong và độ tin cậy. Mô hình dòng chảy hạt trong mặt bích rèn đi theo đường viền của mặt bích, cung cấp cường độ tối đa ở những nơi cần thiết nhất. Mặt bích đúc có thể đạt được các đặc tính có thể chấp nhận được cho nhiều ứng dụng nhưng có kết quả NDT thay đổi nhiều nhất do tính biến đổi vốn có của quá trình đúc. Mặt bích tấm cắt có các đặc tính phù hợp với hướng cán tấm, kém đồng đều hơn các đặc tính đa hướng của quá trình rèn. Đối với các ứng dụng có tính chu kỳ và ứng suất-cao, mặt bích rèn là lựa chọn ưu tiên.

Việc rèn có chi phí gia công vừa phải và có hiệu quả về mặt chi phí đối với số lượng sản xuất vừa phải đến lớn. Quá trình đúc có chi phí tạo công cụ ban đầu cao (tạo mẫu) nhưng chi phí trên mỗi-đơn vị thấp nhất với số lượng lớn. Tấm cắt không tốn chi phí dụng cụ và là lựa chọn kinh tế nhất cho số lượng nhỏ với kích thước lớn. Chi phí gia công là như nhau ở tất cả các phương pháp sau khi tạo ra hình dạng thô. Chi phí xử lý nhiệt thay đổi tùy theo vật liệu và các đặc tính cơ học cần thiết, trong đó một số loại hợp kim yêu cầu chu trình xử lý nhiệt sau rèn đắt tiền.

ASME B16.5 cho phép các mặt bích được sản xuất bằng cách rèn, đúc hoặc cắt từ tấm, miễn là đáp ứng được các yêu cầu về đặc tính vật liệu và đặc tính cơ học. Một số thông số kỹ thuật vật liệu đặc biệt yêu cầu các sản phẩm giả mạo (ví dụ: ASTM A182), trong khi các thông số kỹ thuật khác cho phép nhiều phương pháp sản xuất. Một số quy định của nhà máy và thông số kỹ thuật của chủ sở hữu cấm mặt bích đúc đối với một số dịch vụ nguy hiểm do nguy cơ lỗi bên trong cao hơn. Các yêu cầu về khả năng truy xuất nguồn gốc được áp dụng bất kể phương pháp sản xuất nào và các yêu cầu về thử nghiệm tác động là-độc lập với phương pháp. Điểm đáng chú ý là mặt bích rèn mang lại độ bền và độ tin cậy tốt nhất cho dịch vụ quan trọng, trong khi mặt bích đúc và tấm phục vụ các ứng dụng không-quan trọng cụ thể.