Wykonawca zadał nam ostatnio pytanie, które pojawia się częściej, niż można by się spodziewać:„Czy możemy pominąć wewnętrzną spoinę na kołnierzu-nasuwanym, aby zaoszczędzić czas? Zewnętrzna spoina wygląda na dość mocną”.
To zrozumiałe pytanie, - zwłaszcza pod presją harmonogramu. Ale odpowiedź jest jednoznaczna: nie, a powód ma znacznie większe znaczenie niż zwykły cytat z kodu. W tym artykule wyjaśniono logikę inżynierską stojącą za wymogiem dotyczącym dwóch-spoin, co właściwie dzieje się, gdy używana jest tylko jedna spoina, i jak wykonać to prawidłowo za pierwszym razem-na budowie.
Spawanie kołnierzy nasuwanych ANSI
Co właściwie mówi Kodeks - i dlaczego
ASME B16.5 to norma obowiązująca dla kołnierzy rurowych w zakresie NPS ½” do 24”. Definiuje nie tylko geometrię kołnierza, ale także sposób mocowania kołnierza do rury. Dla każdegoKołnierz wsuwany ANSI, standard jest wyraźny:należy wykonać dwie spoiny pachwinowe - jedną na zewnątrz (na końcu piasty) i jedną wewnątrz (na czole kołnierza).
To nie jest biurokratyczna ostrożność. Każda spoina ma odrębną funkcję mechaniczną i żadna z nich nie może zastąpić drugiej.
| Pozycja spoiny | Funkcja podstawowa |
|---|---|
| Zewnętrzna spoina pachwinowa(koniec piasty) | Przenosi obciążenie osiowe, moment zginający i siłę-wyciągania rury |
| Wewnętrzna spoina pachwinowa(koniec otworu) | Uszczelnia pierścieniową szczelinę pomiędzy średnicą zewnętrzną rury a otworem kołnierza; zapobiega korozji szczelinowej i wnikaniu cieczy |
Usuń wewnętrzną spoinę, pozostawiając nieuszczelnioną pierścieniową szczelinę -, która stanowi bezpośrednią ścieżkę migracji płynu technologicznego pomiędzy rurą a korpusem kołnierza. Pod cyklicznym ciśnieniem lub rozszerzalnością cieplną szczelina ta działa jak wzmacniacz naprężeń, stopniowo działając na pojedynczą pozostałą spoinę zewnętrzną. Zamiast tego usuń zewnętrzną spoinę, a kołnierz będzie w zasadzie wisiał na spoinie uszczelniającej o niemal{{3}zerowym oporze na zginanie. Każdy scenariusz kończy się w ten sam sposób: przedwczesne pękanie zmęczeniowe.
Kodeks rurociągów procesowych ASME B31.3 (sekcja 308.2.1) nakłada obowiązek podwójnego spawania w określonych kategoriach usług - poważna erozja, ryzyko korozji szczelinowej i środowiska cyklicznego obciążenia. To nie są przypadki Edge; opisują dużą część rzeczywistych rurociągów przemysłowych.
Kołnierz ślizgowy CNCJ Ansi
Fizyka pojedynczego-uszkodzenia spoiny
Zrozumienie, dlaczego instalacje z pojedynczym-spawaniem kończą się niepowodzeniem, wymaga podstawowej wiedzyzmęczenie spoiny pachwinowej- tendencja spoin kątowych do pękania od nasady lub palca pod powtarzającym się obciążeniem.
Spoina doczołowa-z pełną penetracją, taka jak ta stosowana w przypadku:Kołnierz z szyjką spawaną ASME B16.5, łączy rurę i kołnierz w ciągły, gładki metalowy przekrój poprzeczny-. Stres przepływa przez nią równomiernie. Natomiast spoina pachwinowa powoduje nagłą zmianę geometryczną - efekt karbu - zarówno u nasady, jak i na czubku. Pod obciążeniem zmęczeniowym (cykle ciśnienia, wibracje, rozszerzalność cieplna) w tych punktach koncentracji naprężeń kumulują się uszkodzenia.
Gdy występuje tylko zewnętrzna spoina pachwinowa, ciśnienie wewnętrzne w rurze wywiera aciekawska chwilana kołnierzu. Pomyśl o niepodpartej krawędzi otworu jak o dźwigni: ciśnienie wewnętrzne próbuje „otworzyć” szczelinę pomiędzy rurą a powierzchnią kołnierza, obciążając zewnętrzną spoinę mimośrodowo, a nie osiowo. To podważanie znacznie zwiększa rzeczywiste naprężenie grani spoiny - aż czterokrotnie w porównaniu z prawidłowo podwójnie-spawaną instalacją, zgodnie z danymi oceny zmęczenia cytowanymi w praktyce inżynierskiej zgodnie z normami ASME B31.
Skutek: to, co wydaje się być odpowiednią spoiną zewnętrzną, może pęknąć od grani w ułamku oczekiwanego okresu użytkowania.
Jest to jeden z głównych powodów, dla których ślizganie się-połączeniach kołnierzowych, nawet prawidłowo-zespawanych prawidłowo, jest oceniane na okołodwie-trzecie siły naciskurównoważnego kołnierza szyjkowego do przyspawania i w przybliżeniujedna-trzecia trwałość zmęczeniowa. Nie są to kary teoretyczne, - są one określone-w granicach, których należy przestrzegać przy wyborze usług.
Ukryte ryzyko: jama śródmiąższowa
Istnieje subtelniejszy problem, który czasami przeoczają nawet doświadczeni inżynierowie zajmujący się rurociągami.
Kiedy kołnierz-nasuwany jest-spawany podwójnie, dwie spoiny pachwinowe tworzą zamkniętą pierścieniową wnękę pomiędzy średnicą zewnętrzną rury a otworem kołnierza. W większości przypadków jest to łagodne. Jednak w niektórych środowiskach usługowych, - szczególnie w systemach płynnych, w których medium może dyfundować przez metal lub przenikać mikro-nieciągłości -, ta uwięziona przestrzeń staje się problemem.
ASME B31.3 Załącznik F (załącznik zapobiegawczy-obowiązkowy) wyraźnie stwierdza, że w przypadku instalacji płynowych, w tym usług próżniowych, lub gdy płyn procesowy może dyfundować do zamkniętych przestrzeni, należy uwzględnić przestrzeń międzywęzłową pomiędzy dwoma spoinamiodpowietrzanie. W praktyce oznacza to określenie małego otworu odpowietrzającego w piaście kołnierzowej w przypadku odpowiednich serwisów, tak aby wnęka nie stała się pułapką ciśnieniową podczas testów hydrostatycznych lub uruchamiania serwisu.
Rzadko jest to omawiane w ogólnych-prowadnicach kołnierzy nasuwanych-, ale dla inżynierów określających kołnierze do zastosowań wodorowych, zastosowań kriogenicznych lub systemów wymagających pełnego sprawdzenia szczelności spoiny otworowej jest to prawdziwa kwestia inżynierska.
Wymagania dotyczące rozmiaru spoiny: nie są pozostawione ocenie spawacza
Poza liczbą spoin,rozmiarkażdej spoiny pachwinowej jest również definiowana-kodowo. Jest to kolejny obszar, w którym praktyka terenowa czasami odbiega od standardowych wymagań.
Zgodnie z ASME B31.1 (rurociągi energetyczne) i B31.3 (rurociągi technologiczne), rysunek 328.5.2B:
- Rozmiar nogi wewnętrznej spoiny pachwinowej:powinna być mniejsza z grubości ścianki rury (T) lub 6 mm
- Rozmiar zewnętrznej nogi spoiny pachwinowej:powinna być mniejsza z 1,4 ×Tlub grubość piasty
Częstym błędem w terenie jest przewymiarowanie spoiny zewnętrznej - ze względu na wygląd lub dlatego, że spawacz pracuje na zasadzie wyczucia, a nie procedury. Nadwymiarowe spoiny pachwinowe nie poprawiają wytrzymałości złącza; zwiększają dopływ ciepła, mogą powodować odkształcenia i mogą generować naprężenia szczątkowe, które w rzeczywistości zmniejszają wydajność zmęczeniową. Minimalny określony rozmiar jest jednocześnie rozmiarem docelowym.
Aktualizacja normy ASME VIII-1 (sekcja UW-21) z 2009 r. skorygowała w górę minimalny rozmiar zewnętrznej spoiny pachwinowej dla standardowych kołnierzy ślizgowych B16.5-stosowanych jako dysze zbiorników ciśnieniowych – zmiana ta wymagała aktualizacji CRN (kanadyjskiego numeru rejestracyjnego) w niektórych prowincjach. Ta ewolucja przepisów odzwierciedla ciągłe udoskonalanie kodu w oparciu o dane dotyczące wydajności w terenie, a nie konserwatywne nadmierne prace inżynieryjne.
Spawanie-poślizgowe a spoina kielichowa: dlaczego liczba spoin jest różna
Częsty punkt zamieszania:jeśli kołnierze z spoiną gniazdową są również połączeniem-pachwinowym, dlaczego wymagają tylko jednej spoiny zewnętrznej?
Odpowiedzią jest geometria. Kołnierz do spawania kielichowego ma obrobiony pogłębiacz walcowy (kielich), w który wkładana jest rura. Koniec rury opiera się o ogranicznik wewnątrz kielicha, a na piaście wykonywana jest pojedyncza zewnętrzna spoina pachwinowa. Dopasowanie rury-do-kielicha jest na tyle ciasne, że nie ma znaczącej szczeliny pierścieniowej do uszczelnienia. - Sama ścianka kielicha zapewnia mechaniczne połączenie i funkcję częściowego uszczelnienia, jaką zapewnia wewnętrzna spoina w konfiguracji-nasuwanej.
Dlatego kołnierze do spawania gniazdowego są stosowane w zastosowaniach z małymi-średnicami-wysokociśnieniowymi (zwykle NPS mniejszy lub równy 2” do 4”), gdzie dostęp do otworu w celu wykonania spoiny wewnętrznej byłby fizycznie niepraktyczny. Kompromisem jest-potencjalna strefa korozji szczelinowej na końcu rury wewnątrz kielicha -, dlatego też generalnie unika się połączeń kielichowych w instalacjach powodujących korozję lub-wrażliwych na szczeliny.
Zrozumienie tego rozróżnienia zapobiega niewłaściwemu zastosowaniu:Kołnierz nasuwany ANSI nie jest kołnierzem do spawania kielichowego po usunięciu ogranicznika.Wewnętrzna spoina jest wymogiem funkcjonalnym, a nie opcjonalnym dodatkiem.
Podsumowanie: Co właściwie oznacza „prawidłowa instalacja”.
W przypadku inżynierów zajmujących się rurociągami, inspektorów kontroli jakości i wykonawców pracujących z kołnierzami-nasuwanymi prawidłowa instalacja sprowadza się do czterech możliwych do sprawdzenia wymagań:
- Zawsze dwa spawy.Zaokrąglenie zewnętrzne na piaście, zaokrąglenie wewnętrzne na końcu otworu. Żadnych wyjątków dotyczących harmonogramu, trudności w dostępie lub postrzeganej nadmiarowości.
- Prawidłowy rozmiar spoiny.Postępuj zgodnie z normą ASME B31.1/B31.3 Rysunek 328.5.2B Minimalne wymiary nóg - nie są zbyt duże.
- Sprawdź ubytek w wrażliwych usługach.Jeśli płyn procesowy może dyfundować lub jeśli wymagane jest badanie próżniowe, należy zapoznać się z B31.3 Załącznikiem F dotyczącym odpowietrzania przestrzeni międzypłaszczowej.
- Dopasuj typ kołnierza do usługi.W przypadku klasy 600 i wyższej, zastosowań cyklicznych lub-wysokotemperaturowych należy ocenić, czy kołnierz z szyjką spawaną ma odpowiednią specyfikację, a nie element wsuwany.
Nie są to wymagania papierowe -. Są to warunki techniczne, w których obowiązują opublikowane wartości ciśnienia i zmęczenia połączenia. Odejdź od nich, a będziesz działać poza podstawą projektu.
Często zadawane pytania
P: Czy kiedykolwiek zgodne z przepisami jest stosowanie tylko jednej spoiny pachwinowej na kołnierzu-nasuwanym?
W standardowych instalacjach ASME B16.5 zgodnie z B31.3 i B31.1 nie są wymagane - dwie spoiny pachwinowe. Niektóre zastosowania nie-przepisowe lub do lekkich-obciążeń (ogólne usługi konstrukcyjne, instalacje niskociśnieniowe- poza przepisami dotyczącymi rurociągów ciśnieniowych) mogą umożliwiać wykonanie pojedynczego spoiny, ale powinno to być wyraźnie udokumentowane i zatwierdzone, a nie zakładane.
P: Jak sprawdzić wewnętrzną spoinę pachwinową po zamontowaniu rury?
Podstawową metodą jest kontrola wzrokowa podczas spawania. - Dostęp do otworu jest możliwy przed zakończeniem spoiny zewnętrznej. Po-instalacji można przeprowadzić badanie penetracyjne barwnika (PT/DPT) na dostępnych powierzchniach spoin. Badania radiograficzne (promieniowanie RT/X-) nie są praktyczne w przypadku spoin pachwinowych; jest to jedno z nieodłącznych ograniczeń kontroli kołnierzy nasuwanych- w porównaniu z kołnierzami z szyjką spawaną, gdzie spoinę czołową można w całości poddać radiogramowi.
P: Jaka jest maksymalna klasa ciśnienia dla-kołnierzy ślizgowych ANSI?
ASME B16.5 wymienia poślizg-na kołnierzach w klasach od 150 do 1500 dla rozmiarów NPS od ½" do 24" (klasa 1500 tylko do 2½"). Jednak w praktyce większość specyfikacji branżowych ogranicza poślizg-na kołnierzach do klasy 300 lub klasy 600, zastrzegając wyższe klasy dla projektów spoin szyjnych lub spoin kielichowych ze względu na ograniczenia zmęczeniowe i kontrolne.
P: Czy kołnierz-nasuwany może być używany w instalacjach parowych?
W przypadku pary nisko-ciśnieniowej (klasa 150/300, nie-cyklicznej) stosuje się-kołnierze ślizgowe, ale wymagają one dokładnej oceny. W przypadku pary pod wysokim-ciśnieniem, pary o podwyższonej-temperaturze lub dowolnych przewodów pary podlegających cyklom termicznym, większość przepisów dotyczących rurociągów i wiele specyfikacji instalacji wymaga stosowania kołnierzy z szyjką spawaną. Zmniejszenie trwałości zmęczeniowej konfiguracji podwójnej spoiny pachwinowej -około-około jednej trzeciej wartości-połączenia spawanego doczołowo- staje się krytyczne w cyklicznych środowiskach termicznych.
P: W jaki sposób firma Chengjiu (CNCJ) zapewnia produkcję-kołnierzy nasuwanych z zachowaniem odpowiednich wymiarów otworu i piasty, aby zapewnić prawidłowe dopasowanie-spawania-?
W zakładzie CNCJ w Quzhou w stanie Zhejiang wszystkie kołnierze ślizgowe-ANSI B16.5 są obrabiane na dedykowanych tokarkach CNC z tolerancjami otworów weryfikowanymi przed rozpoczęciem produkcji w oparciu o tabele wymiarowe B16.5. Luz średnicowy otworu-do-rury jest kontrolowany w celu zapewnienia prawidłowego dopasowania- obu spoin pachwinowych bez nadmiernej szczeliny. Każda partia produkcyjna jest poddawana kontroli wymiarowej-układanej na płasko ze 100% pokryciem elementu, a materiał jest sprawdzany pod kątem PMI-w odniesieniu do określonego gatunku (A105, SS304, SS316L itp.). Standardowo przy każdym zamówieniu dostarczane są MTC zgodne z EN 10204 3.1.
CNCJ (Zhejiang Chengjiu Pipeline Co., Ltd.) produkuje kołnierze ze stali nierdzewnej i stali węglowej zgodnie z ANSI B16.5, EN 1092-1, GOST, JIS i innymi międzynarodowymi normami od 2012 roku. Nasz asortyment produktów obejmuje NPS ½" do 80", klasy ciśnienia od 150 funtów do 2500 funtów, z certyfikatem ISO 9001:2015 i produktami innych firm inspekcja przeprowadzona przez BV, SGS, TÜV i Lloyd's dostępna na żądanie.