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アン ANSI規格ウェルドネック鍛造フランジ 要求の厳しい配管用途に推奨される選択肢です。 テーパーハブは、フランジ面からパイプ壁までの応力のスムーズな移行を実現し、他のタイプのフランジで乱流や疲労破壊を引き起こす突然の不連続性を排除します。 。フランジは、ハブ端の完全溶け込み突合せ溶接によってパイプに取り付けられ、パイプ自体と同じくらい強力な接合部を形成し、溶接の完全性を確認するために X 線検査が可能です。この設計特徴と、鍛造プロセスによって実現される粒流配向との組み合わせにより、ウェルドネック フランジは、石油、石油化学、および発電産業における重要な高圧、高温、および繰り返し負荷のサービスに広く受け入れられる唯一のフランジ タイプとなっています。 ANSI 規格 (最も一般的には最大 24 インチのパイプ サイズの場合は ASME B16.5、それより大きい直径の場合は ASME B16.47) に指定されると、フランジの寸法、圧力温度定格、材料要件が完全に標準化され、世界中のあらゆるメーカーのバルブ、継手、機器との互換性が保証されます。
鍛造プロセスは、鋳造や板からの機械加工では再現できない方法で鋼の内部構造を根本的に変更します。鍛造フランジは、鋼のビレット (鋳造インゴットまたは内部気孔を閉じるために熱間加工された連続鋳造ブルーム) として始まり、鍛造金型間の巨大な圧縮力の下で成形されます。この変形により、非金属介在物と粒界が金属の流れの方向に引き伸ばされ、 フランジの輪郭に沿った連続的な木目の流れパターン 。整列した結晶粒構造は、加えられた応力に対して垂直な亀裂の伝播に抵抗し、結晶粒の方向がランダムであるか一次応力方向に対して垂直である鋳造またはプレートカットのフランジと比較して、鍛造フランジに優れた耐疲労性と衝撃靱性を与えます。
特に溶接ネック フランジの場合、鍛流線がフランジ面から上向きにテーパー状のハブを通って溶接ベベルに連続的に流れるように、鍛造プロセスが設計されています。これは、フランジをパイプに突合せ溶接すると、フランジとパイプ内の鍛流線が整列し、 冶金学的に均質な接合部 。弱い境界層（表面チルゾーンと柱状結晶粒ゾーンが接する鋳造構造の特徴）が存在しないということは、優先的な破壊経路が存在しないことを意味します。水素サービス、酸性ガス処理、高温蒸気などの重要なサービスでは、微細構造の不連続部で発生する可能性のある脆化や亀裂を防ぐために、この連続粒子構造が不可欠です。
溶接ネック フランジを管理する ANSI 規格。現在 ASME によって次のように発行されています。 ASME B16.5 - フランジを、特定の材料の特定の温度での最大許容使用圧力を定義する圧力クラスに編成します。ウェルドネック フランジの標準圧力クラスは 150、300、400、600、900、1500、2500 です。クラス番号は psi 単位の使用圧力ではありません。これは、圧力と温度の定格表に関連する指定です。炭素鋼 (ASTM A105) のクラス 300 フランジは、周囲温度での使用圧力限界が約 740 psi (51 バール) 一方、同じフランジは 400°C (750°F) では約 635 psi (44 bar) に減圧されます。究極的には、合金鋼のクラス 2500 フランジは、周囲温度で 6,000 psi を超える圧力に耐えることができます。
各圧力クラスを区別する寸法特性は次のとおりです。 フランジ厚、根元ハブ径、ボルトサークル径、ボルト穴の数と大きさ 。圧力クラスが増加すると、たとえ公称パイプサイズが同じであっても、より大きな機械的負荷に対処するためにこれらの寸法が増加します。以下の表は、一般的な 4 インチ (DN 100) 溶接ネック フランジの圧力クラスに応じて主要な寸法がどのように変化するかを示しています。
| 圧力クラス | フランジ外径(mm) | フランジ厚さ(mm) | ハブベース径(mm) | ボルトの数 | ボルト径(mm) | 約重量(kg、A105) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| クラス150 | 228.6 | 23.9 | 117.3 | 8 | 19.1 (3/4 インチ) | 7.7 |
| クラス300 | 254.0 | 31.8 | 130.0 | 8 | 22.2 (7/8 インチ) | 13.2 |
| クラス600 | 273.1 | 38.1 | 152.4 | 8 | 25.4 (1 インチ) | 19.9 |
| クラス900 | 292.1 | 44.5 | 177.8 | 8 | 31.8 (1-1/4 インチ) | 28.5 |
| クラス1500 | 311.2 | 54.0 | 203.2 | 8 | 38.1 (1-1/2 インチ) | 43.2 |
ウェルドネックフランジのボアは、溶接ネックのフランジに適合するように機械加工されています。 公称パイプ肉厚 接続パイプの様子。これは、特定の公称パイプ サイズに対して、標準、エクストラストロング (XS)、およびダブル エクストラストロング (XXS) のパイプ スケジュールに合わせて、さまざまなボア直径のフランジを使用できることを意味します。穴の公差は規格で指定されており、ハブ端の溶接ベベルは ASME B16.25 に従って約 1.6 mm のルート面で 37.5 度の角度に機械加工され、突合せ溶接ジョイント用の標準 V 溝が作成されます。
溶接ネック フランジを鍛造する材料によって、完成したコンポーネントの温度と圧力の限界、および特定の腐食メカニズムに対する耐性が決まります。 ASME B16.5 は ASTM 材料仕様を参照しており、圧力温度定格表は材料グループごとに編成されています。素材の選択は、 設計温度、設計圧力、流体化学、および環境亀裂メカニズムの可能性 酸洗時の硫化物応力亀裂や、高温の塩化物にさらされたオーステナイト系ステンレス鋼の塩化物応力腐食亀裂などです。
ANSI 溶接ネック フランジ用に最も一般的に指定されている鍛造材料とその一般的な適用範囲は次のとおりです。
フランジ面、つまりフランジ面のシール面の形状は、圧力クラス、流体特性、ガスケットの種類に基づいて選択されます。 ANSI 規格では、それぞれが特定のアプリケーション ドメインを持ついくつかの対面タイプを定義しています。溶接ネック フランジの最も一般的な面仕上げは次のとおりです。
クラス 150 および 300 フランジの標準フェーシングで、ほぼ隆起したプラトーで構成されています。 クラス 150 および 300 の場合、高さ 1.6 mm (1/16 インチ) クラス 400 以上の場合は高さ 6.4 mm (1/4 インチ)。盛り上がった面により、ボルトの荷重がより小さなガスケット領域に集中し、接触圧力が増加し、シールが向上します。凸面の表面仕上げは規格で定められています。 鋸歯状の同心円状または螺旋状の溝パターン 表面粗さは 3.2 ～ 6.3 μm Ra (125 ～ 250 マイクロインチ AA) です。この鋸歯状の仕上げが柔らかいガスケット素材に食い込み、圧力下でフランジジョイントから押し出されるのを防ぎます。
重要な用途におけるクラス 600 からクラス 2500 までの高圧フランジ用の標準フェーシングです。フランジ面には、フランジ材料よりも柔らかい材料で作られた固体金属リング ガスケット (通常、断面が楕円形または八角形) を受け入れる精密機械加工の溝があります。ボルトを締めるとリングガスケットが塑性変形して溝に入り込み、 10,000 psiを超える圧力と500°Cを超える温度に耐えることができる金属間のシール 。 RTJ ガスケットは、ガスケットの噴出が壊滅的な結果をもたらす高圧蒸気、ボイラー給水、および炭化水素サービスに受け入れられる唯一のガスケット タイプです。標準のリングガスケットの材質は、軟鉄 (炭素鋼フランジ用)、304 または 316 ステンレス鋼、および腐食性および高温用途向けのさまざまなニッケル合金です。
主にクラス 125 の鋳鉄フランジと、ボルトを締めたときに凸面フランジが曲がって相手の鋳鉄フランジに亀裂が入るような平らな面の機器ノズルへの接続に使用されます。ボルトサークルまで延びるフルフェイスガスケットはフラットフェイスフランジとともに使用され、ボルトの荷重をフェイスエリア全体に均等に分散します。
溶接ネック フランジをパイプに取り付けるには、 完全溶け込みシングル V 溝突合せ溶接 フランジハブの端の機械加工されたベベルをパイプ端の対応するベベルに結合します。溶接は通常、完全な溶込みと酸化物のないきれいなルート表面を確保するためにルートパスにガスタングステンアーク溶接 (GTAW) プロセスを使用して実行され、続いてフィルパスとキャップパスにシールドメタルアーク溶接 (SMAW) またはフラックス入りアーク溶接 (FCAW) が使用されます。溶接手順仕様 (WPS) は ASME セクション IX に従って認定されている必要があり、溶接工は特定の材料、厚さ、および位置についての認定を受けている必要があります。
溶接ネック フランジの溶接に関する重要な考慮事項は次のとおりです。 フランジハブの熱影響部 (HAZ) の制御 。溶接近くのフランジ ハブは複雑な熱サイクルにさらされ、その微細構造が変化して残留応力が誘発され、特定の合金鋼では冷却速度が速すぎると硬くて脆いマルテンサイト ゾーンが生成される可能性があります。クロムモリブデン合金鋼フランジ用（ASTM A182 F11、F22）、 200°C ～ 300°C (400°F ～ 575°F) への予熱が必須です 冷却速度を遅くしてマルテンサイトの形成を防ぐため、溶接前に溶接後熱処理 (PWHT) を 675°C ～ 730°C (1250°F ～ 1350°F) で溶接厚さ 25 mm あたり 1 時間行う必要があります。これは、HAZ を焼き戻し、残留応力を緩和し、材料の破壊靱性を回復するために必要です。溶接されたフランジとパイプのアセンブリの PWHT は、完成した溶接に対して実行され、HAZ の硬度は ASTM E110 に準拠したポータブル硬度試験によって検証され、硬度が指定された最大値 (通常、P-No. の場合は 225 HBW) を下回っていることが確認されます。 4およびP-No.製油所で使用される 5A 合金鋼。
ANSI 規格に従って製造された溶接ネック フランジには、材料および寸法仕様への準拠を検証する一連の必須およびオプションの品質文書が付属しています。の 材料試験レポート (MTR) または工場証明書は、鍛造品の熱数、化学組成、引張強さ、降伏強さ、伸び、引張試験による減面率、硬度を証明する主要な文書です。低温炭素鋼フランジ (A350 LF2) の場合、MTR には指定された試験温度でのシャルピー V ノッチ衝撃試験の結果も含まれています。ステンレス鋼フランジの場合、指定されている場合、MTR には粒界腐食試験の結果が含まれます。 MTR は、熱番号によってフランジまで追跡できる必要があります。熱番号は、材料グレード、圧力クラス、公称パイプ サイズ、および ASME B16.5 のマーキング要件に従って製造業者の識別マークとともにフランジの外周に刻印されています。
完成したフランジの非破壊検査には以下が含まれます。 機械加工された表面、フェーシング、溶接ベベルの目視検査 MSS SP-55 に従って、ラップ、継ぎ目、亀裂、その他の表面の不連続性を確認します。クリティカルサービスフランジの場合、追加の NDE が指定されています。ASME B16.5 パラグラフ 8.3 に基づく、フランジ面、ハブから面への移行部、および溶接ベベルの液体浸透検査 (PT) または磁粉検査 (MT)。 ASTM A388 または該当する ASTM 鍛造仕様に基づく鍛造体全体の超音波検査 (UT) により、介在物、ボイド、積層などの内部欠陥を検出します。これらの検査の合格基準は、該当する ASTM 鍛造規格および購入者の追加要件によって定義されます。
ANSI 溶接ネック フランジ ジョイントの組み立てには、次のものが必要です。 指定されたトルクまたはボルト応力での制御されたボルト締め付け フランジ、ボルト、またはガスケットに過剰な応力を加えることなく、漏れのないシールに必要なガスケットの圧縮を実現します。ボルトは、目標トルクの 30%、60%、100% の少なくとも 3 回のトルク増加で、星形パターンとも呼ばれる十字パターンのシーケンスで締め付けられます。この段階的な締め付けにより、ガスケットが均一に圧縮され、ガスケットが埋めることができないくさび形の隙間が生じるフランジのコッキングを防ぎます。
目標ボルトトルクは、ガスケットの着座応力、ガスケットの接触面積、ボルトの材質の降伏強度、ボルトのねじ山とナットの座面の摩擦係数から計算されます。目標ボルト応力は通常、 ボルト材質の降伏強度の40%～70% 標準ガスケット用で、範囲の下限は圧縮繊維や PTFE などのソフトガスケットに使用され、上限は金属ガスケットや渦巻形ガスケットに使用されます。ボルトのねじ山とナットの座面を高圧焼き付き防止剤で潤滑することは、トルクとボルトの張力の間の一貫した関係を達成するために不可欠です。潤滑されていないねじ山は、適用されたトルクの 50% 以上を摩擦で消費する可能性があり、その結果、ボルトの予圧が計算値より大幅に低くなります。 ASME B31.3 プロセス配管の重要なフランジ継手の場合、ボルトの締め付け手順は品質保証プロセスの文書化された部分であり、ボルトのトルク値はフランジ継手の完全性レポートに記録されます。
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