Tre processi di produzione primari producono le flange utilizzate nei sistemi di tubazioni: forgiatura, fusione e taglio da lamiera. Ciascun metodo produce flange con diverse proprietà meccaniche, solidità interna e caratteristiche di costo. Comprendere queste differenze aiuta acquirenti e ingegneri a specificare il metodo di produzione appropriato per ciascuna applicazione.
Panoramica sulla produzione delle flange
Il metodo di produzione influisce sulla struttura della grana della flangia, sulla porosità, sulla solidità interna e, in definitiva, sulle sue prestazioni meccaniche in servizio. La forgiatura produce un flusso del grano superiore allineato con il contorno della flangia, garantendo la massima robustezza e resistenza alla fatica. La fusione consente forme complesse e grandi volumi di produzione a un costo unitario inferiore-ma con un rischio maggiore di difetti interni. Il taglio da piastre è economico per i grandi diametri, ma non offre il vantaggio del flusso del grano della forgiatura. I requisiti normativi spesso impongono metodi di produzione specifici per determinati servizi, con flange forgiate necessarie per applicazioni critiche ad alta-pressione e alta-temperatura.
Flange forgiate
La forgiatura è il metodo di produzione più comune per le flange ASME B16.5, in particolare per dimensioni fino a NPS 24 e classi di pressione superiori. Il processo prevede il riscaldamento di una billetta di acciaio alla temperatura di forgiatura (tipicamente 1900-2300 gradi F) e la sua formatura utilizzando un martello o una pressa da forgiatura. La formatura a caldo produce un flusso continuo di grani che segue il contorno della flangia, garantendo proprietà meccaniche superiori tra cui robustezza, duttilità e resistenza alla fatica. Le flange forgiate hanno una porosità minima e un'eccellente solidità interna rispetto alle fusioni. La maggior parte delle flange di servizio critiche sono forgiate per garantire la massima affidabilità.
| Proprietà | Forgiato | Lancio | Piatto tagliato |
|---|---|---|---|
| Flusso del grano | Continuo, segue il contorno | Isotropico, senza orientamento dei grani | Solo direzione di rotolamento |
| Solidità interna | Eccellente, porosità minima | Variabile, rischio di porosità | Buono (qualità della piastra) |
| Resistenza meccanica | Più alto | Moderare | Moderare |
| Resistenza alla fatica | Eccellente | Bene | Bene |
| Risultati NDT | Il più coerente | Molto variabile | Coerente |
| Dimensione massima | Limitato dalla capacità di forgiatura | Praticamente illimitato | Illimitato (piatto) |
| Costo relativo (piccola quantità) | Moderare | Alto (utensileria) | Basso |
| Costo relativo (grande quantità) | Moderare | Il più basso | Alto |
Flange fuse
La fusione consiste nel versare il metallo fuso in uno stampo e lasciarlo solidificare nella forma della flangia. Il processo è economico per geometrie di flangia complesse e grandi quantità di produzione poiché il costo iniziale delle attrezzature per lo stampo è distribuito su molte unità. Tuttavia, la struttura dei grani fusi è isotropa e priva dell'orientamento direzionale dei forgiati. Le flange fuse presentano un rischio maggiore di difetti interni tra cui porosità, cavità da ritiro e inclusioni non-metalliche. Sono accettabili per applicazioni non-critiche e a bassa-pressione in base ai codici applicabili, ma sono proibiti da alcuni codici per servizi pericolosi.
Flange della piastra tagliata
Le flange delle piastre tagliate vengono lavorate direttamente da piastre di acciaio laminate, in genere per diametri di grandi dimensioni oltre le capacità di forgiatura standard (superiori a 24 NPS). Il profilo della flangia viene tagliato dalla piastra mediante taglio al plasma, laser o getto d'acqua, quindi lavorato fino alle dimensioni finali. Le flange della piastra tagliata non presentano alcun vantaggio nel flusso del grano perché la direzione di laminazione della piastra fornisce resistenza solo nel piano della piastra. Sono limitati a classi di pressione inferiori a causa dei vincoli di spessore della piastra e sono più comuni per applicazioni di tubazioni strutturali e non-critiche in cui il costo di grandi flange forgiate o fuse sarebbe proibitivo.
Confronto di qualità
Le flange forgiate forniscono costantemente la migliore combinazione di proprietà meccaniche, solidità interna e affidabilità. Il modello del flusso del grano in una flangia forgiata segue il contorno della flangia, fornendo la massima resistenza dove è maggiormente necessaria. Le flange fuse possono raggiungere proprietà accettabili per molte applicazioni ma hanno i risultati NDT più variabili a causa della variabilità intrinseca del processo di fusione. Le flange delle piastre tagliate hanno proprietà che corrispondono alla direzione di laminazione della piastra, che è meno uniforme rispetto alle proprietà omnidirezionali di una forgiatura. Per le applicazioni cicliche e ad alto-stress, le flange forgiate sono la scelta preferita.
Confronto dei costi
La forgiatura ha costi di attrezzatura moderati ed è-efficace in termini di costi per quantità di produzione da moderate a grandi. La fusione ha un costo iniziale di attrezzatura elevato (creazione di modelli), ma il costo unitario-più basso per volumi elevati. La lamiera tagliata non ha costi di attrezzatura ed è l'opzione più economica per piccole quantità di grandi dimensioni. I costi di lavorazione sono simili per tutti i metodi una volta prodotta la forma grezza. I costi del trattamento termico variano in base al materiale e alle proprietà meccaniche richieste, con alcuni gradi di lega che richiedono costosi cicli di trattamento termico post-forgiatura.
Requisiti degli standard
ASME B16.5 consente flange prodotte mediante forgiatura, fusione o taglio da lamiera, a condizione che siano soddisfatte le specifiche del materiale e i requisiti di proprietà meccanica. Alcune specifiche dei materiali richiedono specificamente prodotti forgiati (ad esempio, ASTM A182), mentre altre consentono più metodi di produzione. Alcuni codici di stabilimento e specifiche del proprietario vietano le flange fuse per determinati servizi pericolosi a causa del rischio maggiore di difetti interni. I requisiti di tracciabilità si applicano indipendentemente dal metodo di produzione e i requisiti dei test di impatto sono-indipendenti dal metodo. Il punto fondamentale è che le flange forgiate forniscono la migliore resistenza e affidabilità per servizi critici, mentre le flange fuse e su piastra servono specifiche applicazioni non-critiche.
Prodotti flangiati
