категория I — углеродистые стали с техническими требованиями к изделиям общего назначения нормальной точности с номинальным диаметром резьбы до 48 мм , рабочая температура изделия до 200 °С;
категория II — углеродистые стали, применяемые для болтов, шпилек, пробок, хомутов и гаек повышенной точности с номинальным диаметром резьбы до 48 мм и шайб всех размеров с рабочей температурой изделия до 300 °С. Углеродистые стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71;
категория III — качественные углеродистые стали в улучшенном состоянии, применяемые для болтов, шпилек, пробок, хомутов и гаек всех размеров с рабочей температурой до 425 °С в случаях, если температура отпуска выше этой температуры не менее чем на 100 °С;
категория IV—теплоустойчивые, жаропрочные, легированные стали в термически обработанном состоянии, применяемые для крепежных изделий всех размеров с рабочей температурой не более температуры среды, отвечающей всем принятым в данной отрасли нормам и правилам устройства и безопасной эксплуатации («Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и водогрейных котлов»).
Как правильно подобрать нужный Вам крепеж
Фланцевый крепеж подбирается в соответствии со следующими документами: ГОСТ 20700-75; ГОСТ 12816-80; ГОСТ 9064-70; ГОСТ 9066-75; ПБ 10-115-96; ПБ-03-75-94; ОСТ 26-2043-91; ОСТ 26-2037-96; ОСТ 26-2038-96; ОСТ 26-2039-96; ОСТ 26-2040-96; ОСТ 26-2041-96 и другими нормативными документами, регулирующими применение крепежа в зависимости от его назначения.
Чтобы правильно подобрать крепеж необходимо помнить о том, что им будет комплектоваться конкретное фланцевое соединение, следовательно, необходимо учитывать такие параметры:
рабочее давление
рабочая температура
рабочая среда (газ, вода, пар, нефть и т. д.)
внешняя среда
Помимо вышеперечисленных параметров на выбор крепежа влияет и марка стали, из которой изготовлен фланец. Рассматриваются наиболее часто применяемые марки стали фланцев и даются рекомендации по вариантам комплектации их фланцевым крепежом.
Примечание 1. Существуют определенные ограничения по выбору типа крепежа для фланцевого соединения. При давлении до 25 кгс/см2 Вы можете заказать как болт, так и шпильку. При давлении же свыше 25 кгс/см2, согласно ГОСТ 12816-80, применение болтов не допускается.
Примечание 2. Для фланцевых соединений существует большое количество рекомендуемых марок материала для комплектации. При желании можно заказать шпильку и гайку как из одной и той же марки стали, так и из разных. При изготовлении крепежной пары гайка-шпилька из одной и той же марки стали, твердость гайки должна быть на 20 единиц меньше, чем у шпильки. Это обусловлено тем, что при возникновении избыточного давления в системе вероятно повреждение шпильки, при этом гайка не будет повреждена. В этом случае сложнее будет выявить неполадку. Если шпилька выполнена методом накатки резьбы, то ГОСТ 20700-75 допускает изготовление пары из материала с одинаковой твердостью.
Ниже рассматриваются варианты комплектации крепежом фланцев, изготовленных из наиболее востребованных марок стали.
Таблица 2.7.
| Марка стали фланца | Параметры среды | Рекомендуемая марка материала | ||
| Температура, °С | Давление Ру, кг/см2 | Шпилька | Гайка | |
| Сталь 20 | -40... +425 | от 1 до 100 | Сталь 35 | Сталь 20 |
| от 1 до 160 | 10Г2, 35Х | |||
| от 1 до 200 | 20Х13 | |||
Для фланцевых соединений на давление не выше 100 кгс/см2 обычно используются шпилька из стали 35 и гайка из стали 20.
Такой крепеж характерен для коммуникаций различных зданий и сооружений.
При рабочем давлении до 160 кгс/см2, например, в системах, где вода подается при высоком давлении (при строительстве шахт и т. д.) ГОСТ 20700-75 рекомендует применять сталь марки 35Х, но согласно этому же ГОСТу: «По соглашению между потребителем и изготовителем допускается изготовление крепежных изделий из других марок стали, обеспечивающих получение изделий в соответствии с требованиями настоящего стандарта», поэтому допустимо использование шпилек и гайек из стали 10Г2 — сталь, не уступающая эксплуатационным характеристикам стали 35Х. При этом существует значительная разница в стоимости этих двух марок стали. Марка стали 10Г2 на 20% дешевле, чем сталь марки 35Х.
Сталь 20X13 — одна из наиболее распространенных марок стали для комплектации фланцевых соединений, в связи с чем, практически всегда имеется в наличии у производителя. Крепеж из этой марки стали позволяет при этом перекрыть широкий диапазон показателей по давлению и по температуре. Поэтому на давление до 200 кгс/см2 может использоваться крепеж из стали 20X13.
Таблица 2.8.
| Марка стали фланца | Параметры среды | Рекомендуемая марка материала | ||
| Температура, °С | Давление Ру, кг/см2 | Шпилька | Гайка | |
| 09Г2С | -70... +350 | от 1 до 160 | 10Г2 | |
| от 1 до 200 | 14Х17Н2 | |||
К фланцам из марки стали 09Г2С рекомендуется использовать крепеж из марки стали 14X17Н2, но при этом, если в системе предусмотрено давление лишь до 160 кгс/см2, рекомендуется использование крепежа из стали марки 10Г2, что не противоречит нормативно-техническим документам и рекомендовано Ростехнадзором. По стоимости 10Г2 значительно дешевле, чем14Х17Н2.
Таблица 2.10.
| Марка стали фланца | Параметры среды | Рекомендуемая марка материала | ||
| Температура, °С | Давление Ру, кг/см2 | Шпилька | Гайка | |
| 12Х18Н10Т | -40... +425; -80...+600 | от 1 до 100 | 20X13 12X18Н10Т | |
| от 1 до 160 | ||||
| от 1 до 200 | ||||
Фланцы из стали 12Х18Н10Т комплектуются крепежом из стали 20X13, при работе в диапазоне температур от -40 до + 450 °С.
Если же требуется обеспечить работу при температуре от -80 до +600 °С, то необходимо использовать крепеж из стали марки 12X18Н1 ОТ.
Таблица 2.11
| Марка стали фланца | Параметры среды | Рекомендуемая марка материала | ||
| Температура, °С | Давление Ру, кг/см2 | Шпилька | Гайка | |
| 15Х5М | -40... +510 | от 1 до 200 | 25Х1МФ | 30ХМА |
В комплект к фланцам из стали 15Х5М рекомендуется использовать шпильки из стали 25X1МФ и гайки из стали 30ХМА.
Таблица 2.12
| Марка стали фланца | Параметры среды | Рекомендуемая марка материала | ||
| Температура, °С | Давление Ру, кг/см2 | Шпилька | Гайка | |
| 10Х17Н13М3Т | -253... +600 | от 1 до 200 | 10Х17Н13М3Т | |
Марка стали 10Х17Н13МЗТ относится к разряду коррозионностойких марок стали. Такой фланец комплектуется парой шпилька-гайка из стали 10X17 Н13МЗТ.
Эта марка стали нашла широкое применение в системах пищевой и химической промышленности.
Также в наше изделие, помимо сильфона и фланца, входят еще кольцо и цилиндр. Все эти детали изготавливаются из стали 12 Х18Н10Т. Далее рассмотрим свойства данного материала.
Свойства материала
Классификация: Сталь 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72) Заменителями данной стали являются Сталь 08Х18Г8Н2Т, Сталь 10Х14Г14Н4Т, Сталь 12Х18Н9Т. Аналог в зарубежных стандартах AISI304 или AISI 430. Одна из самых распространенных марок стали. Широко применяется для изготовления емкостей и баков. Сталь 12Х18Н10Т относится к нержавеющим сталям аустенитного класса (никельсодержащая, коррозионно-стойкая обыкновенная).
Назначение: Применяется для изготовления сварной аппаратуры в разных отраслях промышленности. Трубы детали печной арматуры, теплообменники, муфели, реторты, патрубки и коллекторы выхлопных систем, электроды искровых зажигательных свечей
Химический состав в % стали Х18Н10Т
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Ti |
| 0.09 - 0.10 | 0.43 - 0.46 | 1.14 – 1.46 | 8.95 - 10.65 | 17.44 - 18.00 | 0.49 - 0.58 |
Технологические свойства стали Х18Н10Т
Температура ковки, °C: начала 1280, конца 750. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость – хорошая.
Способы сварки: РДС, контактная сварка, п/а сварка в защитных газах и т.д.
Обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при НВ 130 КVтв.спл = 1,7; КVб.ст = 1,6.
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.
2.2 Выбор способа соединения деталей
Для обеспечения основных требований (герметичность и равнопрочность основного метала) могут использоваться следующие способы сварки:
1) Ручная дуговая сварка штучными электродами;
2)Автоматическая сварка под слоем флюса;
3) Лазерная сварка;
4) Электронно-лучевая сварка;
5) Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа (смеси газов);
6) Автоматическая сварка в среде защитного газа (смеси газов).
Анализ 1-го способа.
Ручная дуговая сварка штучными электродами отличается простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможностью выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки.
Существенный недостаток ручной дуговой сварки – малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика.