Brida forjada contra brida de placa: flux de gra, força i compliment del codi ASME

Escollir entre una brida forjada i una brida de placa sembla una decisió de compra, però realment és una decisió de materials i codi. Abrida forjadaes forma apretant l'acer calent o la palanca d'aliatge de níquel sota pressió en matrius, de manera que l'estructura de cristall interna del metall segueix el contorn de la peça. Abrida de placasimplement es talla -per plasma, làser o oxi-combustible- d'un disc de placa enrotllada i després es mecanitza a mida.

Dues brides poden portar dimensions ASME B16.5 idèntiques i tenir el mateix aspecte cargolats en una línia. Internament, no són la mateixa part. Aquesta guia explica la diferència en llenguatge senzill, quantifica la bretxa de resistència i, el més important, explica quan el codi ASME permet realment una brida de placa.

Les brides forjades tenen un flux de gra continu que segueix el contorn i són el codi predeterminat per a les juntes de concentració que reteneixen la pressió; Les brides de plaques són més barates, però, segons ASME B16.5, es limiten a brides cegues i certes petites brides reductores sense cubs.

Què és una brida forjada i com es fa?

Una brida forjada es forma prement i martellant metall calent en matrius, en lloc de tallar-lo d'una llosa plana.

Per fer-ne un, s'escalfa una palangana d'acer inoxidable o d'aliatge de níquel a la temperatura de forja, després es remunta i es pressiona o es martelleja en una matriu que s'aproxima a la brida acabada. La peça es retalla, es mecanitza a la dimensió B16.5/B16.47, es tracta tèrmicament (recuit amb solució per a inoxidables austenítics i aliatges de níquel) i s'inspecciona -normalment mitjançant un examen ultrasònic, líquid penetrant o partícules magnètiques- abans de ser marcada i estampada.

La deformació per compressió fa tres coses útils alhora: tanca la porositat interna i els buits que queden de la fusió, trenca el gra gruixut com a fos en una mida de gra fi i uniforme i estira les impureses en "fills" que segueixen la direcció en què es va empènyer el metall. Les brides forjades d'acer inoxidable es produeixen segons ASTM A182 (per exemple, F304/L, F316/L, F51 dúplex); Els forjats d'aliatge de níquel compleixen ASTM B564 (aliatge 600/600, aliatge 625, aliatge C276, aliatge 800, aliatge 400).

Què és una brida de placa i com es fa?

Una brida de placa és un disc pla tallat a partir d'una placa metàl·lica enrotllada i cara a un torn: no hi ha forja i no hi ha cap cub format.

La producció és senzilla: seleccioneu una placa del grau requerit (inoxidable segons ASTM A240; placa d'aliatge de níquel segons l'especificació corresponent de la placa de la sèrie B), talleu un blanc circular amb plasma, oxicombustible o làser, perforar el cercle del cargol i mecanitzar la cara de segellat. Com que no hi ha cap deformació plàstica, una placa en brut no pot formar un coll de soldadura cònic o un cub reforçat; la part es manté tan plana com la placa d'on prové.

El compromís és evident: la ferralla de material és baixa, el mecanitzat és mínim i el temps de lliurament és curt. La limitació és igual d'òbvia: el disc acabat només porta les propietats que ja tenia la placa enrotllada, en totes direccions. Per tant, les brides de plaques apareixen amb més freqüència com a brides cegues, brides de suport d'unió solapada de gran diàmetre i servei de serveis públics de baixa pressió.

Què és el "flux de gra" i per què importa?

El flux de gra és la direcció en què s'estiren els cristalls microscòpics del metall i els cordons d'impureses; El metall és fort al llarg del gra i feble a través d'ell, de la mateixa manera que un tauler de fusta és fort al llarg de les seves fibres.

Pensa en un arbre. Va veure a través del tronc i veieu anells de creixement concèntrics, és a dir, "gra final". Serra al llarg del tronc i les fibres recorren la longitud del tauler; aquest tauler resisteix la flexió al llarg de les fibres i es divideix fàcilment entre elles. L'acer es comporta de la mateixa manera. Quan es treballa el metall, enrotllat o forjat, els seus grans i petites inclusions no metàl·liques s'uneixen en llargs "cordills" que segueixen la direcció de treball. Una càrrega portada paral·lelament a aquest camí del gra es porta bé; una càrrega que travessa el gra, o que exposa els extrems del gra tallat, crea una pista natural per a les esquerdes.

Com difereix realment el flux de gra entre els dos?

En una brida forjada, el gra s'embolica contínuament al voltant del forat, el cub i el cercle del cargol; en una brida de placa, el gra corre pla i acaba bruscament a cada superfície mecanitzada.

La forja empeny el material de palanquilla cap a fora i cap amunt dins de la matriu, de manera que el gra deformat segueix el contorn de la brida, com els anells de creixement d'un bol tallat. No hi ha cap superfície creuada exposada al forat o al cub; les tensions principals (tensió del cargol, pressió interna, flexió del cub) corren amb les línies de flux.

Una brida de placa és diferent. La placa es va enrotllar plana, de manera que totes les seves línies de gra corren horitzontalment, paral·leles a les dues cares grans. Quan la botiga perfora el centre i gira el diàmetre exterior, talla aquest gra i exposa el "gra final" al forat, la cara del nucli i la cara de segellat. Aquests extrems exposats són precisament on s'obren primer les laminacions, els cordons d'inclusió i les esquerdes de fatiga.

Què és més fort: forjat o placa?

En un full de dades d'especificacions mínimes publicat, els dos poden semblar iguals; en servei, la forja és significativament més dura, més resistent a la fatiga i sòlida pel seu gruix.

Els mínims mecànics són de fet propers. ASTM A182 F316 (forjat) i ASTM A240 Grau 316 (placa) especifiquen una resistència a la tracció mínima d'aproximadament 515 MPa (75 ksi) i un rendiment mínim d'aproximadament 205 MPa (30 ksi). Per tant, una comparació de fulls d'especificacions paral·lela no revela la bretxa d'enginyeria.

L'avantatge de la forja apareix quan els nombres mínims no el capturen:

• Duresa.El treball en calent perfecciona el gra gruixut com a fos, augmentant la resistència a l'impacte Charpy V-notch: la capacitat d'absorbir els cops sense fractures.
• Solidesa.Les soldadures per força de compressió tanquen els buits interns, les canonades i la porositat que poden romandre a la placa; La solidesa ultrasònica és molt més consistent.
• Força de la direcció de treball.Les forjades solen mostrar aproximadament un 10-15% més de resistència en la direcció de treball que el mínim de la placa recuita, perquè la mida del gra es refina i els defectes es tanquen.
• A través del gruix.La placa és més feble pel seu propi gruix (la direcció "Z"): exactament la direcció de precàrrega del cargol i la pressió de la junta. Els laminats i els lligams actuen com a esquerdes preexistents sota aquesta càrrega.
• Fatiga.El cicle tèrmic i el cicle de pressió propaguen esquerdes perpendiculars al gra. Les línies de flux forjats continus allunyen les esquerdes; El gra final de la placa els dóna un camí recte.

La ruta de fabricació canvia la resistència a la corrosió?

Sí, especialment en aliatges d'acer inoxidable i níquel, perquè les brides de plaques deixen el gra final exposat a la cara de segellat i el forat on comença la corrosió.

El rodatge estira les inclusions de sulfurs i òxids en barres que es troben obertes a qualsevol cara tallada. El gra final exposat a la cara de contacte de la junta i al forat és un lloc d'inici clàssic per a picadura, corrosió per esquerdes i esquerdes per corrosió per tensió de clorur: exactament els modes de fallada que lluiten els enginyers en 304/316 i en aliatges de níquel que manipulen aigua de mar, salmorres i química de processos àcids. Una brida forjada envolta el seu gra al voltant d'aquestes superfícies, de manera que la cara de segellat porta gra llarg en lloc de gra final.

Aquesta és una de les raons per les quals les especificacions de servei àcid (NACE MR0175 / ISO 15156), en alta mar i submarins demanen forjades gairebé universalment. En el servei corrosiu, la diferència de cost no és només material, sinó que és el risc de fuites en una junta cargolada giratòria.

Les brides de plaques són fins i tot legals sota ASME B16.5?

Per a gairebé tots els tipus de brida que realment s'uneixen a la canonada, ASME B16.5 requereix material fos o forjat; La placa només és permesa per codi per a brides cegues i certes petites brides reductores sense cubs.

L'abast ASME B16.5 és explícit. L'estàndard cobreix "brides i accessoris amb brides fets de materials fosos o forjats" i permet per separat "brides cegues i determinades brides reductores fetes de materials fosos, forjats o plaques". La segona frase és tot l'univers legal de la placa. En termes pràctics:

• Brides cegues:la coberta que tanca un final de línia: aquí és on s'utilitza la placa de manera rutinària i correcta.
• Brides reductores sense cubs:aquells la presa més petita dels quals cau per sota del llindar de mida de la taula 6 B16.5, de manera que el codi no requereix un concentrador.
• No es permet des de la placa:Les brides de coll de soldadura (WN), roscada (THD), soldadura de sòcol (SW), lliscant (SO) i brides d'unió solapada amb nucli són "accessoris de brida" i han de ser foses o forjades. Un "slip-on de placa" mecanitzat a partir d'un disc no és compatible amb B16.5 com a accessori de retenció de pressió, fins i tot si les seves dimensions coincideixen.

Els aliatges de níquel es mantenen a una lectura més estricta. Els casos ASME B16 (per exemple B16 Cas 21 per a UNS N06674) estableixen que, excepte per a les brides cegues i les brides reductores sense cubs, les brides només s'han de fer amb forjats segons ASTM B564. Per a grans diàmetres, ASME B16.47 (NPS 26 a NPS 60; Sèrie A s'alinea amb MSS SP-44, Sèrie B amb API 605) també afavoreix les forjades per al servei de concentració, tot i que les brides cegues de plaques grans són habituals en conductes de baixa pressió i no crítics i en servei d'aigua.

Nota d'enginyeria: un fabricant pot mecanitzar una placa "especial", però fer-ho porta la peça fora de B16.5 i requereix l'aprovació d'enginyeria documentada segons el codi de canonada aplicable (ASME B31.3) o el codi del recipient a pressió (ASME BPVC Secció VIII). No és un substitut d'entrada.

Quines especificacions de material ASTM s'apliquen realment?

Per a les brides d'acer inoxidable, forjades conforme a ASTM A182 i la placa a ASTM A240; per als aliatges de níquel, els forjats conformen a ASTM B564 i la placa segons les especificacions de plaques de la sèrie B coincidents; no podeu certificar una forja de placa.

• Brides, accessoris i peces de vàlvules forjades/laminades ASTM A182 - per al servei d'alta temperatura: F304/L, F316/L, F321, F347, F51/F55 dúplex.
• Placa inoxidable:Placa, làmina i tires inoxidables de crom i crom-níquel ASTM A240 - per a recipients a pressió: Gr 304/L, Gr 316/L.
• Forja d'aliatge de níquel:Forja d'aliatge de níquel ASTM B564 -: UNS N06600 (aliatge 600), N06625 (aliatge 625), N10276 (aliatge C276), N08800 (aliatge 800), N04400 (aliatge 400).
• Placa d'aliatge de níquel:per exemple, ASTM B424 (placa d'aliatge 800), B575 (placa d'aliatge C276), B463 (placa d'aliatge 20). El formulari del producte ha de coincidir amb les especificacions. No es pot produir una forja de grau B564 tallant la placa B575 i després estampada com a forja; l'informe de prova del molí ha de mostrar la forma correcta i el tractament tèrmic correcte.

Com es comparen el cost i el temps de lliurament?

Les brides de la placa són més barates i més ràpides de la prestatgeria; Les brides forjades costen més per endavant, però són l'única opció compatible amb el codi per al servei concentrat, d'alta pressió o crític.

Una placa en blanc es talla de la làmina de productes bàsics amb una forma gairebé neta i poc mecanitzat, de manera que el cost unitari és baix i els dies de plom són curts, un avantatge que creix en diàmetres grans i prims. Una forja requereix palanquilla, temps de premsa i matriu, tractament tèrmic i examen no destructiu, de manera que el preu de la peça és més alt i el lliurament és més llarg, tot i que el cost per unitat disminueix en volum a mesura que s'amortitza l'eina.

La visió del cost total és el que sol resoldre l'argument. Una brida de placa que no compleix el codi, o que es filtra o s'esquerda al principi del servei cíclic o corrosiu, comporta costos de substitució, parada i seguretat que eclipsen l'estalvi inicial. Per tant, especificar l'opció més barata per peça només és racional quan el codi i l'impost ho permeten.

Aleshores, quan hauríeu d'especificar Forged vs Plate?

Especifiqueu forjat sempre que hi hagi pressió, temperatura, càrrega cíclica, servei corrosiu o un tipus de brida amb cub; Placa de reserva per a treballs cecs i de baixa pressió no crítics permesos pel codi.

Trieu forjat quan:

• el tipus de brida és coll de soldadura, slip-on, roscat, soldadura per endoll o unió solapada amb un cub; B16.5 ho requereix de totes maneres;
• la qualificació és de classe 300 o superior, o el servei és d'alta temperatura, criogènic o de cicle tèrmic/a pressió;
• el deure és el servei àcid (NACE MR0175), en alta mar, submarí o nuclear;
• esteu soldant canonades de procés d'aliatge de níquel (B564) en servei de clorur o àcid;
• la cara de la junta ha de resistir l'atac del gra final en una junta crítica de baixes fuites.

Trieu la placa (dins dels límits del codi) quan:

• necessiteu una brida cega per a una inspecció o un extrem en blanc a la classe 150, servei no perillós;
• el treball és de gran diàmetre, aire, aigua o conductes a baixa pressió (per exemple, suport cec B16.47);
• es tracta d'un servei temporal o d'utilitat on una forja estaria sobreespecificada;
• qualsevol desviació de B16.5 està coberta per l'aprovació d'enginyeria documentada segons B31.3 o BPVC Secció VIII.

Resum colze a costat

La taula 1 destil·la la comparació per a l'ús de l'especificació directa.

Taula 1 - Comparació de brides forjades i de plaques per fabricació, codi, rendiment i cost.

Preguntes freqüents

Quina diferència hi ha entre una brida forjada i una brida de placa?

Una brida forjada té una forma calenta a partir d'una palangana de manera que el gra de metall segueix el contorn de la brida; es talla una brida de placa d'una placa enrotllada plana. Les brides forjades són més dures, més resistents a la fatiga i el codi requerit per al servei de pressió concentrada; Les brides de plaques són més econòmiques, però restringides per ASME B16.5 a brides cegues i a certes brides reductores sense hub.

Les brides de plaques són compatibles amb ASME B16.5?

Només per a brides cegues i brides reductores sense cubs per sota del llindar de mida B16.5. Totes les altres brides amb cubs (coll de soldadura, slip-on, roscat, soldadura per endoll) han d'estar fetes de material fos o forjat.

Què és més fort, una brida forjada o una placa?

Per al mateix aliatge (per exemple 316), els límits mínims de tracció i de fluència publicats poden ser iguals, però la forja ofereix una resistència a l'impacte més alta, una vida útil més llarga a la fatiga i una solidesa fiable a través del gruix perquè el treball en calent refina el gra i tanca els buits interns.