آب بندی مشترک فلنگ - چرا 304 ماده برای پیچ و مهره توصیه نمی شود؟
هنگامی که از فلنگ های فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ با ۳۰۴ پیچ ماده در آب بندی مفصل فلنگ استفاده می شود، مشکلات نشتی اغلب در طول عمل رخ می دهد. این سخنرانی یک تحلیل کیفی از این موضوع خواهد کرد.
(1) تفاوت های اساسی بین مواد 304، 304L، 316 و 316L وجود دارد؟
304, 304L, 316 و 316L درجه فولاد ضد زنگ معمولا در مفاصل فلنگ از جمله فلنگ استفاده می شود, عناصر آب بندی و چست.
۳۰۴، ۳۰۴L، ۳۱۶ و ۳۱۶L تعیین درجه فولاد ضد زنگ استاندارد آمریکایی مواد (ANSI یا ASTM) هستند که متعلق به سری ۳۰۰ فولاد ضد زنگ آستنیتیک هستند. نمرات مربوط به استانداردهای مواد داخلی (GB/T) 06Cr19Ni10 (304)، 022Cr19Ni10 (304L)، 06Cr17Ni12Mo2 (316)، 022Cr17Ni12Mo2 (316L) است. این نوع فولاد ضد زنگ معمولاً به طور دسته جمعی به فولاد ضد زنگ ۱۸-۸ گفته می شود.
جدول 1، 304، 304L، 316 و 316L را ببینید که به دلیل اضافه شدن عناصر و مقادیر آلائینگ دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی متفاوتی هستند. در مقایسه با فولاد ضد زنگ معمولی، مقاومت به خوردگی خوب، مقاومت در برابر حرارت و عملکرد پردازشی دارند. مقاومت در برابر خوردگی ۳۰۴L مشابه ۳۰۴ است، اما به دلیل اینکه محتوای کربن ۳۰۴L کمتر از ۳۰۴ است، مقاومت آن در برابر خوردگی بین مولکولی قوی تر است. 316 و 316L فولادهای ضد زنگ حاوی مولیبدن هستند. با توجه به اضافه شدن مولیبدن، مقاومت به خوردگی و مقاومت گرمایی آن ها بهتر از مقاومت ۳۰۴ و ۳۰۴L است. به همین ترتیب به دلیل اینکه محتوای کربن ۳۱۶L پایین تر از ۳۱۶ است، توانایی آن در مقاومت در برابر خوردگی کریستال بهتر است. فولادهای ضد زنگ آستنیتیک مانند ۳۰۴، ۳۰۴L، ۳۱۶ و ۳۱۶L قدرت مکانیکی پایینی دارند. قدرت عملکرد دمای اتاق 304 است 205MPa, 304L 170MPa; قدرت عملکرد دمای اتاق 316 210MPa، و 316L 200MPa است. بنابراین پیچ و مهره های ساخته شده از آن ها متعلق به پیچ و مهره های درجه کم قدرت است.
جدول 1 محتوای کربن، ٪ قدرت عملکرد دمای اتاق، MPa توصیه می شود حداکثر درجه حرارت خدمات، درجه سانتی گراد
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) چرا مفاصل فلنگ نباید از پیچ و مهره موادی مانند 304 و 316 استفاده کنند؟
همان طور که در سخنرانی های قبلی گفته شد، مفصل فلنگ اولاً سطوح آب بندی دو فلنگ را به دلیل عمل فشار داخلی از هم جدا می کند و در نتیجه تنش واشر کاهش متناظری پیدا می کند و دوم اینکه آرامش نیروی پیچ به دلیل شل شدن خزش واشر یا خزش خود پیچ در دمای بالا ، همچنین استرس واشر را کاهش می دهد، به طوری که مفصل فلنگ نشت می کند و با شکست مواجه می شود.
در عمل واقعی، آرامش نیروی پیچ اجتناب ناپذیر است، و نیروی پیچ سفت کننده اولیه همیشه در طول زمان افت خواهد کرد. به ویژه برای مفاصل فلنگ تحت دما بالا و شرایط چرخه شدید، پس از ۱۰٬۰ ساعت عمل، از دست دادن بار پیچ اغلب از ۵۰٪ تجاوز خواهد کرد، و با ادامه زمان و افزایش دما تشدید خواهد شد.
هنگامی که فلنج و پیچ از مواد مختلف ساخته می شوند، به ویژه هنگامی که فلنج از فولاد کربن ساخته می شود و پیچ از فولاد ضد زنگ ساخته می شود، ضریب انبساط حرارتی ۲ ماده پیچ و فلنج متفاوت است، مانند ضریب انبساط حرارتی فولاد ضد زنگ در ۵۰ درجه سانتی گراد (۱۶٫۵۱×۱۰-۵/ درجه سانتی گراد) بزرگتر از ضریب انبساط حرارتی فولاد کربن (۱۱٫۱۲×۱۰-۵/درجه سانتی گراد) است. پس از گرم شدن دستگاه، هنگامی که انبساط فلنگ کوچکتر از انبساط پیچ است، پس از هماهنگ شدن تغییر شکل، کشیده شدن پیچ کاهش می یابد و باعث کاهش نیروی پیچ می شود. اگر سستی وجود داشته باشد، ممکن است باعث نشت در مفصل فلنج شود. بنابراین هنگامی که فلنج تجهیزات با دمای بالا و فلنج لوله به هم متصل می شوند، به ویژه ضریب انبساط حرارتی مواد فلنج و پیچ متفاوت است، ضریب انبساط حرارتی دو مواد باید تا حد امکان نزدیک باشد.
از (1) می توان دید که قدرت مکانیکی فولاد ضد زنگ آستنیتیک مانند 304 و 316 کم است، و قدرت عملکرد دمای اتاق 304 تنها 205MPa است، و 316 تنها 210MPa است. بنابراین به منظور بهبود توانایی ضد آرامش و ضد خستگی پیچ و مهره ها اقداماتی برای افزایش نیروی پیچ نصب انجام می شود. به عنوان مثال، هنگامی که حداکثر نیروی پیچ نصب در فروم پیگیری استفاده می شود، لازم است که استرس پیچ های نصب به ۷۰٪ از قدرت عملکرد ماده پیچ برسد ، به طوری که درجه قدرت ماده پیچ باید بهبود یابد، و از مواد پیچ فولادی با قدرت بالا یا با قدرت متوسط استفاده شود. بدیهی است که به جز چدن، فلنگ های غیر فلزی یا واشرهای لاستیکی، برای واشرهای نیمه فلزی و فلزی با فلنگ های درجه فشار بالاتر یا واشرهایی با استرس بیشتر، پیچ و مهره های ساخته شده از مواد کم قدرت مانند ۳۰۴ و ۳۱۶، به دلیل نیروی پیچ نه به اندازه کافی برای پاسخگویی به الزامات آب بندی. آنچه در اینجا نیاز به توجه ویژه دارد این است که در استاندارد مواد پیچ فولاد ضد زنگ آمریکا، ۳۰۴ و ۳۱۶ دارای دو دسته یعنی B8 Cl.1 و B8 Cl.2 از ۳۰۴ و B8M Cl.1 و B8M Cl.2 از ۳۱۶ هستند. Cl.1 راه حل جامد درمان شده با کاربید است, در حالی که Cl.2 تحت فشار تقویت درمان علاوه بر درمان محلول جامد. اگرچه تفاوت اساسی در مقاومت شیمیایی بین B8 Cl.2 و B8 Cl.1 وجود ندارد، قدرت مکانیکی B8 Cl.2 به طور قابل توجهی نسبت به B8 Cl.1 بهبود یافته است، مانند B8 Cl.2 با قطر 3/4" قدرت عملکرد مواد پیچ 550MPa است، در حالی که قدرت عملکرد مواد پیچ B8 Cl.1 از تمام قطرها تنها 205MPa است، تفاوت این دو بیش از دو برابر است. استانداردهای مواد پیچ داخلی 06Cr19Ni10 (304)، 06Cr17Ni12Mo2 (316)، و B8 Cl.1 معادل B8M Cl.1 است[توجه داشته باشید: مواد پیچ S30408 در GB/T 150.3 "رگ فشار قسمت سه طراحی" معادل B8 Cl.2 است؛ S31608 معادل B8M Cl.1 است.
با توجه به دلایل فوق، GB/T 150.3 و GB/T38343 "مقررات فنی نصب مشترک فلنگ" تصریح می کنند که فلنگ های تجهیزات فشار و مفاصل فلنگ لوله توصیه نمی شود برای استفاده از معمول 304 (B8 Cl.1) و 316 (B8M Cl. 1) پیچ و مهره از مواد، به خصوص در درجه حرارت بالا و شرایط چرخه شدید، باید با B8 Cl.2 (S30408) و B8M Cl.2 جایگزین برای جلوگیری از نیروی پیچ نصب پایین است.
شایان ذکر است که وقتی از مواد پیچ با قدرت پایین مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ استفاده می شود، حتی در طول مرحله نصب، چون تورک کنترل نمی شود، پیچ ممکن است از قدرت عملکرد ماده فراتر رفته باشد، یا حتی شکسته شده باشد. طبیعتاً اگر نشتی در طول آزمایش فشار یا شروع عمل رخ دهد، حتی اگر پیچ و مهره ها همچنان سفت شوند، نیروی پیچ بالا نخواهد رفت و نشتی را نمی توان متوقف کرد. علاوه بر این، این پیچ و مهره ها را نمی توان پس از جدا شدن دوباره مورد استفاده قرار داد، زیرا پیچ و مهره ها دچار تغییر شکل دائمی شده اند، و اندازه مقطعی پیچ ها کوچکتر شده است، و پس از نصب مجدد مستعد شکستن هستند.
