14 Novemba 2022
Kuziba kwa Pamoja kwa Flange - Kwa nini nyenzo 304 hazipendekezi kwa bolts?
Wakati chuma cha kaboni au flanges za chuma cha pua zinatumiwa na bolts za nyenzo 304 katika kuziba pamoja kwa flange, matatizo ya kuvuja mara nyingi hutokea wakati wa operesheni. Hotuba hii itafanya uchambuzi wa ubora wa hii.
(1) Je, ni tofauti gani za kimsingi kati ya nyenzo za 304, 304L, 316 na 316L?
304, 304L, 316 na 316L ni darasa la chuma cha pua linalotumiwa sana katika viungo vya flanged ikiwa ni pamoja na flanges, vipengele vya kuziba na vifungo.
304, 304L, 316 na 316L ni majina ya daraja la chuma cha pua ya Kiwango cha Marekani cha Nyenzo (ANSI au ASTM), ambayo ni ya mfululizo wa 300 wa vyuma vya pua vya austenitic. Alama zinazolingana na viwango vya nyenzo za ndani (GB/T) ni 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Aina hii ya chuma cha pua kawaida hujulikana kama chuma cha pua 18-8.
Tazama Jedwali 1, 304, 304L, 316 na 316L zina mali tofauti za kimwili, kemikali na mitambo kutokana na kuongezwa kwa vipengele vya aloi na kiasi. Ikilinganishwa na chuma cha pua cha kawaida, wana upinzani mzuri wa kutu, upinzani wa joto na utendaji wa usindikaji. Upinzani wa kutu wa 304L ni sawa na ule wa 304, lakini kwa sababu maudhui ya kaboni ya 304L ni ya chini kuliko yale ya 304, upinzani wake dhidi ya kutu ya punjepunje ni nguvu zaidi. 316 na 316L ni vyuma vya pua vyenye molybdenum. Kwa sababu ya kuongezwa kwa molybdenum, upinzani wao wa kutu na upinzani wa joto ni bora kuliko wale wa 304 na 304L. Vivyo hivyo, kwa sababu maudhui ya kaboni ya 316L ni ya chini kuliko ile ya 316, uwezo wake wa kupinga kutu ya kioo ni bora zaidi. Vyuma vya pua vya Austenitic kama vile 304, 304L, 316 na 316L vina nguvu ya chini ya mitambo. Nguvu ya mavuno ya joto la kawaida ya 304 ni 205MPa, 304L ni 170MPa; nguvu ya mavuno ya joto la kawaida ya 316 ni 210MPa, na 316L ni 200MPa. Kwa hiyo, bolts zilizotengenezwa kwao ni za bolts za daraja la chini la nguvu.
Jedwali 1 Maudhui ya kaboni, % Nguvu ya mavuno ya joto la kawaida, MPa Kiwango cha juu cha joto la huduma kinachopendekezwa, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Kwa nini viungo vya flange havipaswi kutumia bolts za nyenzo kama vile 304 na 316?
Kama ilivyoelezwa katika mihadhara iliyopita, pamoja ya flange kwanza hutenganisha nyuso za kuziba za flanges mbili kutokana na hatua ya shinikizo la ndani, na kusababisha kupungua sambamba kwa dhiki ya gasket, na pili, kupumzika kwa nguvu ya bolt kutokana na kupumzika kwa kutambaa kwa gasket au kutambaa kwa bolt yenyewe kwa joto la juu, Pia hupunguza mkazo wa gasket, ili pamoja cha flange kuvuja na kushindwa.
Katika operesheni halisi, kupumzika kwa nguvu ya bolt hakuepukiki, na nguvu ya awali ya kuimarisha bolt itashuka kila wakati kwa muda. Hasa kwa viungo vya flange chini ya joto la juu na hali kali ya mzunguko, baada ya masaa 10,000 ya operesheni, upotezaji wa mzigo wa bolt mara nyingi utazidi 50%, na itapunguza na kuendelea kwa wakati na kuongezeka kwa joto.
Wakati flange na bolt zinafanywa kwa vifaa tofauti, haswa wakati flange imetengenezwa kwa chuma cha kaboni na bolt imetengenezwa kwa chuma cha pua, mgawo wa upanuzi wa mafuta 2 ya nyenzo za bolt na flange ni tofauti, kama vile mgawo wa upanuzi wa mafuta wa chuma cha pua kwa 50 ° C (16.51×10-5 / ° C) ni kubwa kuliko mgawo wa upanuzi wa joto wa chuma cha kaboni (11.12×10-5/°C). Baada ya kifaa kuwashwa, wakati upanuzi wa flange ni mdogo kuliko upanuzi wa bolt, baada ya deformation kuratibiwa, urefu wa bolt hupungua, na kusababisha nguvu ya bolt kupungua. Ikiwa kuna ulegevu wowote, inaweza kusababisha kuvuja kwenye pamoja ya flange. Kwa hiyo, wakati flange ya vifaa vya joto la juu na flange ya bomba imeunganishwa, hasa coefficients ya upanuzi wa mafuta ya flange na vifaa vya bolt ni tofauti, coefficients ya upanuzi wa mafuta ya vifaa viwili inapaswa kuwa karibu iwezekanavyo.
Inaweza kuonekana kutoka kwa (1) kwamba nguvu ya mitambo ya chuma cha pua cha austenitic kama vile 304 na 316 ni ya chini, na nguvu ya mavuno ya joto la kawaida ya 304 ni 205MPa tu, na ile ya 316 ni 210MPa tu. Kwa hiyo, ili kuboresha uwezo wa kupambana na kupumzika na kupambana na uchovu wa bolts, hatua za kuongeza nguvu ya bolt ya bolts za ufungaji huchukuliwa. Kwa mfano, wakati nguvu ya juu ya bolt ya ufungaji inatumiwa katika jukwaa la ufuatiliaji, inahitajika kwamba mkazo wa bolts za ufungaji hufikia 70% ya nguvu ya mavuno ya nyenzo za bolt, ili daraja la nguvu la nyenzo za bolt lazima liboreshwe, na vifaa vya bolt vya chuma vya aloi vya nguvu au vya kati hutumiwa. Kwa wazi, isipokuwa chuma cha kutupwa, flanges zisizo za metali au gaskets za mpira, kwa gaskets za nusu-metali na chuma zilizo na flanges za kiwango cha juu cha shinikizo au gaskets zilizo na mkazo mkubwa, bolts zilizotengenezwa kwa vifaa vya nguvu ya chini kama vile 304 na 316, kwa sababu ya nguvu ya bolt Haitoshi kukidhi mahitaji ya kuziba.
Kinachohitaji tahadhari maalum hapa ni kwamba katika kiwango cha nyenzo za bolt za chuma cha pua cha Amerika, 304 na 316 zina makundi mawili, ambayo ni B8 Cl.1 na B8 Cl.2 ya 304 na B8M Cl.1 na B8M Cl.2 ya 316. Cl.1 ni suluhisho thabiti linalotibiwa na carbides, wakati Cl.2 hupitia matibabu ya kuimarisha shida pamoja na matibabu ya suluhisho thabiti. Ingawa hakuna tofauti ya kimsingi katika upinzani wa kemikali kati ya B8 Cl.2 na B8 Cl.1, nguvu ya mitambo ya B8 Cl.2 imeboreshwa sana ikilinganishwa na B8 Cl.1, kama vile B8 Cl.2 yenye kipenyo cha 3/4" Nguvu ya mavuno ya nyenzo za bolt ni 550MPa, wakati nguvu ya mavuno ya nyenzo za bolt za B8 Cl.1 za kipenyo zote ni 205MPa tu, Tofauti kati ya hizo mbili ni zaidi ya mara mbili. Viwango vya nyenzo za bolt za ndani 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), na B8 Cl.1 ni sawa na B8M Cl.1. [Kumbuka: Nyenzo za bolt S30408 katika GB/T 150.3 "Muundo wa Chombo cha Shinikizo Sehemu ya Tatu" ni sawa na B8 Cl.2; S31608 ni sawa na B8M Cl.1.
Kwa kuzingatia sababu zilizo hapo juu, GB/T 150.3 na GB/T38343 "Kanuni za Kiufundi za Ufungaji wa Pamoja wa Flange" zinasema kwamba flanges za vifaa vya shinikizo na viungo vya flange ya bomba haipendekezi kutumia 304 ya kawaida (B8 Cl.1) na 316 (B8M Cl. . 1) Bolts za vifaa, hasa katika hali ya joto la juu na hali kali ya mzunguko, zinapaswa kubadilishwa na B8 Cl.2 (S30408) na B8M Cl.2 ili kuepuka nguvu ya chini ya ufungaji wa bolt.
Ni muhimu kuzingatia kwamba wakati vifaa vya bolt vya nguvu ya chini kama vile 304 na 316 vinatumiwa, hata wakati wa hatua ya ufungaji, kwa sababu torque haijadhibitiwa, bolt inaweza kuwa imezidi nguvu ya mavuno ya nyenzo, au hata kuvunjika. Kwa kawaida, ikiwa uvujaji hutokea wakati wa mtihani wa shinikizo au kuanza kwa operesheni, hata ikiwa bolts zinaendelea kuimarishwa, nguvu ya bolt haitapanda na uvujaji hauwezi kusimamishwa. Kwa kuongeza, bolts hizi haziwezi kutumika tena baada ya kutenganishwa, kwa sababu bolts zimepata deformation ya kudumu, na ukubwa wa sehemu ya msalaba wa bolts imekuwa ndogo, na zinakabiliwa na kuvunjika baada ya ufungaji upya.
(1) Je, ni tofauti gani za kimsingi kati ya nyenzo za 304, 304L, 316 na 316L?
304, 304L, 316 na 316L ni darasa la chuma cha pua linalotumiwa sana katika viungo vya flanged ikiwa ni pamoja na flanges, vipengele vya kuziba na vifungo.
304, 304L, 316 na 316L ni majina ya daraja la chuma cha pua ya Kiwango cha Marekani cha Nyenzo (ANSI au ASTM), ambayo ni ya mfululizo wa 300 wa vyuma vya pua vya austenitic. Alama zinazolingana na viwango vya nyenzo za ndani (GB/T) ni 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Aina hii ya chuma cha pua kawaida hujulikana kama chuma cha pua 18-8.
Tazama Jedwali 1, 304, 304L, 316 na 316L zina mali tofauti za kimwili, kemikali na mitambo kutokana na kuongezwa kwa vipengele vya aloi na kiasi. Ikilinganishwa na chuma cha pua cha kawaida, wana upinzani mzuri wa kutu, upinzani wa joto na utendaji wa usindikaji. Upinzani wa kutu wa 304L ni sawa na ule wa 304, lakini kwa sababu maudhui ya kaboni ya 304L ni ya chini kuliko yale ya 304, upinzani wake dhidi ya kutu ya punjepunje ni nguvu zaidi. 316 na 316L ni vyuma vya pua vyenye molybdenum. Kwa sababu ya kuongezwa kwa molybdenum, upinzani wao wa kutu na upinzani wa joto ni bora kuliko wale wa 304 na 304L. Vivyo hivyo, kwa sababu maudhui ya kaboni ya 316L ni ya chini kuliko ile ya 316, uwezo wake wa kupinga kutu ya kioo ni bora zaidi. Vyuma vya pua vya Austenitic kama vile 304, 304L, 316 na 316L vina nguvu ya chini ya mitambo. Nguvu ya mavuno ya joto la kawaida ya 304 ni 205MPa, 304L ni 170MPa; nguvu ya mavuno ya joto la kawaida ya 316 ni 210MPa, na 316L ni 200MPa. Kwa hiyo, bolts zilizotengenezwa kwao ni za bolts za daraja la chini la nguvu.
Jedwali 1 Maudhui ya kaboni, % Nguvu ya mavuno ya joto la kawaida, MPa Kiwango cha juu cha joto la huduma kinachopendekezwa, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Kwa nini viungo vya flange havipaswi kutumia bolts za nyenzo kama vile 304 na 316?
Kama ilivyoelezwa katika mihadhara iliyopita, pamoja ya flange kwanza hutenganisha nyuso za kuziba za flanges mbili kutokana na hatua ya shinikizo la ndani, na kusababisha kupungua sambamba kwa dhiki ya gasket, na pili, kupumzika kwa nguvu ya bolt kutokana na kupumzika kwa kutambaa kwa gasket au kutambaa kwa bolt yenyewe kwa joto la juu, Pia hupunguza mkazo wa gasket, ili pamoja cha flange kuvuja na kushindwa.
Katika operesheni halisi, kupumzika kwa nguvu ya bolt hakuepukiki, na nguvu ya awali ya kuimarisha bolt itashuka kila wakati kwa muda. Hasa kwa viungo vya flange chini ya joto la juu na hali kali ya mzunguko, baada ya masaa 10,000 ya operesheni, upotezaji wa mzigo wa bolt mara nyingi utazidi 50%, na itapunguza na kuendelea kwa wakati na kuongezeka kwa joto.
Wakati flange na bolt zinafanywa kwa vifaa tofauti, haswa wakati flange imetengenezwa kwa chuma cha kaboni na bolt imetengenezwa kwa chuma cha pua, mgawo wa upanuzi wa mafuta 2 ya nyenzo za bolt na flange ni tofauti, kama vile mgawo wa upanuzi wa mafuta wa chuma cha pua kwa 50 ° C (16.51×10-5 / ° C) ni kubwa kuliko mgawo wa upanuzi wa joto wa chuma cha kaboni (11.12×10-5/°C). Baada ya kifaa kuwashwa, wakati upanuzi wa flange ni mdogo kuliko upanuzi wa bolt, baada ya deformation kuratibiwa, urefu wa bolt hupungua, na kusababisha nguvu ya bolt kupungua. Ikiwa kuna ulegevu wowote, inaweza kusababisha kuvuja kwenye pamoja ya flange. Kwa hiyo, wakati flange ya vifaa vya joto la juu na flange ya bomba imeunganishwa, hasa coefficients ya upanuzi wa mafuta ya flange na vifaa vya bolt ni tofauti, coefficients ya upanuzi wa mafuta ya vifaa viwili inapaswa kuwa karibu iwezekanavyo.
Inaweza kuonekana kutoka kwa (1) kwamba nguvu ya mitambo ya chuma cha pua cha austenitic kama vile 304 na 316 ni ya chini, na nguvu ya mavuno ya joto la kawaida ya 304 ni 205MPa tu, na ile ya 316 ni 210MPa tu. Kwa hiyo, ili kuboresha uwezo wa kupambana na kupumzika na kupambana na uchovu wa bolts, hatua za kuongeza nguvu ya bolt ya bolts za ufungaji huchukuliwa. Kwa mfano, wakati nguvu ya juu ya bolt ya ufungaji inatumiwa katika jukwaa la ufuatiliaji, inahitajika kwamba mkazo wa bolts za ufungaji hufikia 70% ya nguvu ya mavuno ya nyenzo za bolt, ili daraja la nguvu la nyenzo za bolt lazima liboreshwe, na vifaa vya bolt vya chuma vya aloi vya nguvu au vya kati hutumiwa. Kwa wazi, isipokuwa chuma cha kutupwa, flanges zisizo za metali au gaskets za mpira, kwa gaskets za nusu-metali na chuma zilizo na flanges za kiwango cha juu cha shinikizo au gaskets zilizo na mkazo mkubwa, bolts zilizotengenezwa kwa vifaa vya nguvu ya chini kama vile 304 na 316, kwa sababu ya nguvu ya bolt Haitoshi kukidhi mahitaji ya kuziba.
Kinachohitaji tahadhari maalum hapa ni kwamba katika kiwango cha nyenzo za bolt za chuma cha pua cha Amerika, 304 na 316 zina makundi mawili, ambayo ni B8 Cl.1 na B8 Cl.2 ya 304 na B8M Cl.1 na B8M Cl.2 ya 316. Cl.1 ni suluhisho thabiti linalotibiwa na carbides, wakati Cl.2 hupitia matibabu ya kuimarisha shida pamoja na matibabu ya suluhisho thabiti. Ingawa hakuna tofauti ya kimsingi katika upinzani wa kemikali kati ya B8 Cl.2 na B8 Cl.1, nguvu ya mitambo ya B8 Cl.2 imeboreshwa sana ikilinganishwa na B8 Cl.1, kama vile B8 Cl.2 yenye kipenyo cha 3/4" Nguvu ya mavuno ya nyenzo za bolt ni 550MPa, wakati nguvu ya mavuno ya nyenzo za bolt za B8 Cl.1 za kipenyo zote ni 205MPa tu, Tofauti kati ya hizo mbili ni zaidi ya mara mbili. Viwango vya nyenzo za bolt za ndani 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), na B8 Cl.1 ni sawa na B8M Cl.1. [Kumbuka: Nyenzo za bolt S30408 katika GB/T 150.3 "Muundo wa Chombo cha Shinikizo Sehemu ya Tatu" ni sawa na B8 Cl.2; S31608 ni sawa na B8M Cl.1.
Kwa kuzingatia sababu zilizo hapo juu, GB/T 150.3 na GB/T38343 "Kanuni za Kiufundi za Ufungaji wa Pamoja wa Flange" zinasema kwamba flanges za vifaa vya shinikizo na viungo vya flange ya bomba haipendekezi kutumia 304 ya kawaida (B8 Cl.1) na 316 (B8M Cl. . 1) Bolts za vifaa, hasa katika hali ya joto la juu na hali kali ya mzunguko, zinapaswa kubadilishwa na B8 Cl.2 (S30408) na B8M Cl.2 ili kuepuka nguvu ya chini ya ufungaji wa bolt.
Ni muhimu kuzingatia kwamba wakati vifaa vya bolt vya nguvu ya chini kama vile 304 na 316 vinatumiwa, hata wakati wa hatua ya ufungaji, kwa sababu torque haijadhibitiwa, bolt inaweza kuwa imezidi nguvu ya mavuno ya nyenzo, au hata kuvunjika. Kwa kawaida, ikiwa uvujaji hutokea wakati wa mtihani wa shinikizo au kuanza kwa operesheni, hata ikiwa bolts zinaendelea kuimarishwa, nguvu ya bolt haitapanda na uvujaji hauwezi kusimamishwa. Kwa kuongeza, bolts hizi haziwezi kutumika tena baada ya kutenganishwa, kwa sababu bolts zimepata deformation ya kudumu, na ukubwa wa sehemu ya msalaba wa bolts imekuwa ndogo, na zinakabiliwa na kuvunjika baada ya ufungaji upya.