Шпилька для фланцев (ASME B16.5)

Шпильки для фланцев состоят из стального стержня с полной резьбой и двух тяжелых шестигранных стальных гаек. Шпильки вставляются в отверстия фланца и затягиваются для уплотнения фланцевого соединения. Количество, длина, диаметр болтов, необходимых для фланцевого соединения, зависят от типа, диаметра и номинальных характеристик фланцев (согласно таблице болтов ASME).

Шпилька и гайка

Шпилька состоит из одного стального стержня с резьбой и двух (соответствующих) шестигранных тяжелых стальных гаек. Шпильки и гайки являются важными компонентами фланцевых соединений, так как они являются ключевыми для правильного уплотнения фланцевых соединений.

Шпильки поставляются в различных комбинациях диаметров и длин, метрических и стандартные, а также в различных материалах от углеродистой стали до легированных, нержавеющих и никелевых сплавов (общие марки: ASTM A193 B7, L7, B8, B8M, B16, Alloy 20 , Монель, Хастеллой, Инконель, 17-4PH, титан и др.). Эти марки обсуждаются ниже в этой статье.

Материал шестигранных стальных гаек должен соответствовать материалу резьбового стержня (обычно материалы шпилек ASTM A193 совпадают с материалами гаек ASTM A194).

Спецификация ASME B16.5 охватывает шпильки и гайки шпильки для фланцев ASME (количество, диаметр и длина требуемых шпилек, то есть «таблица болтов фланцев») по диаметру фланца, классу давления и отделке поверхности (RF, FF, RTJ).

Шпилька (резьбовой стержень)

Шпилька - это резьбовой стержень, который вставляется в отверстия соединяемых фланцев, а затем затягивается с обоих концов, прикладывая удельный момент к стальным гайкам.

Длина шпильки (OAL / FTF)

Длина шпильки может быть измерена либо как общая длина (то есть, «OAL»), либо как «первая пригодная для использования резьба к первой используемой резьбе» (то есть, «FTF»).

Длина FTF может быть рассчитана путем вычитания четверти дюйма до длины OAL, и это стандартное измерение длины шпильки для трубопроводов.

Для фланцев разного диаметра и величины требуется шпилька разной длины и диаметра.

Шаг и класс резьбы шпильки

Шпилька имеет резьбу в соответствии со спецификациями, установленными ASME B1.1.

Термин «шаг резьбы» относится к крутизне угла резьбы, который измеряется в количестве ниток резьбы на дюйм.

Наиболее используемой резьбой является симметричный тип шага резьбы с V-образным профилем (угол 60 градусов), поскольку изготовителю легче проводить проверку по сравнению с несимметричными типами.

Серия резьб относится к комбинации диаметров и шага, измеряемой количеством нитей на дюйм («TPI»), применяемых к одному диаметру:

• Серия с крупной резьбой (унифицированная крупная резьба (UNC / UNRC): UNC является наиболее распространенным типом винтов, болтов и гаек. Крупная резьба используется для резьбы в материалах с низкой прочностью, таких как железо, мягкая сталь, медь и более мягкий сплав, алюминий и т. д. Крупная резьба также более терпима к неблагоприятным условиям и способствует быстрой сборке.

• Серия тонкой резьбы (унифицированная мелкая резьба (UNF / UNRF): UNF широко используется для точной нагрузки и когда требуется более высокая прочность на растяжение (по сравнению с серией крупной резьбы)

• Серия 8-Thread (8UN) - это метод выборочной нарезки резьбы для нескольких стандартов ASTM, включая A193 B7, A193 B8 / B8M и A320. Эта серия широко используется для диаметров от одного дюйма и выше.

Шпильки, на которые распространяются спецификации ASTM A193 или A320, используют 8UN для всех диаметров от 1 ”и выше, что означает, что для этих размеров имеется 8 витков резьбы на дюйм. Для любой другой марки материала покупатель должен указывать шаг резьбы, если он не предусмотрен действующей нормой ASTM.

Гайки для шпилек

Чтобы закрепить шпильку, на противоположных концах стержня необходимо прикрутить две тяжелые шестигранные стальные гайки.

Шпилька и стальные гайки идеально соединяются благодаря трению, существующему между их соответствующими резьбами, небольшим растяжением болта и сжатием двух соединяемых частей.

В прошлом стальные гайки имели квадратную головку. В настоящее время гайки с шестигранной головкой (с 6 сторонами вместо 4) полностью заменили старую форму, поскольку они обеспечивают более быстрое и эффективное навинчивание на шпильку.

Гайки для нефтехимических применений затягиваются до определенного крутящего момента с помощью специальных динамометрических ключей. Механическая прочность материала стальной гайки должна соответствовать прочности сопряженного болта.

Размеры и вес тяжелых стальных гаек для шпилек соответствуют спецификации ASME B18.2.2.

Разница между шпилькой и болтом

Вопрос - в чем разница между шпилькой и болтом? Ответ заключается в том, что шпилька представляет собой металлический стержень или штифт, который имеет резьбу с обеих сторон (как показано на рисунке выше) и требует наличия двух тяжелых шестигранных гаек с зубцами; болт - это крепежный элемент со «встроенной» накидной гайкой с одной стороны, для которого требуется зазубрить одну гайку.

Шпилька и болт(шпилька на левом изображении, болт на правом изображении)

Материалы для шпилек

Наиболее распространенными материалами для шпилек (для фланцев) являются ASTM A193 (класс B7, B8, B8M, B8T), ASTM A453 (класс 660), ASTM A320 (класс L7, L7M) и ASTM A182 (дуплексный и супердуплексный болт). Для агрессивных растворов и сред, шпильки могут быть покрыты ксиланом, ксиланом и другими материалами.

Шпильки по ASTM A193 (высокая температура)

Стандарт ASTM A193 охватывает материалы из шпилек из легированной стали и нержавеющей стали для работы при высоких температурах или под высоким давлением.

Шпильки по ASTM A193 доступны с унифицированной крупной резьбой (UNC), обычно используемыми в стандартных применениях, что означает, что для диаметров стержня выше 1 дюйма имеется 8 резьб на дюйм («число витков резьбы на один дюйм»). B7 - наиболее распространенный класс стандарта для шпилек.

Наиболее распространенными материалами по  ASTM A193 для шпилек являются:

• ASTM A193 B5
• ASTM A193 B6
• ASTM A193 B7: Легированная сталь, AISI 4140/4142, закаленная и отпущенная
• ASTM A193 B7M
• ASTM A193 B16
• ASTM A193 B8: Класс 1 Нержавеющая сталь, AISI 304, обработанная раствором карбида.
• ASTM A193 B8A
• ASTM A193 B8M: Класс 1 Нержавеющая сталь, AISI 316, обработанная раствором карбида.
• ASTM A193 B8MA
• ASTM A193 B8T (SS 321)
• ASTM A193 B8cl2: класс 2 Нержавеющая сталь, AISI 304, твердосплавная обработка, деформационная закалка
• ASTM A193 B8Tcl2
• ASTM A193 B8Mcl2: класс 2 Нержавеющая сталь, AISI 316, обработанный твердосплавным раствором, деформированный

ASTM A193 Шпильки: химический состав

ASTM A193 Шпильки: механические свойства

Материал, выбранный для резьбовой шпильки и шестигранных гаек, должен быть совместимым. Материалы для комплектов болтов выбираются исходя из рабочих температур процесса, как показано в таблице ниже:

Шпильки также могут быть изготовлены с «двойной сертификацией», то есть они соответствуют множеству наборов стандартов ASTM (шпильки A193 B7 могут соответствовать требованиям A320 L7; шпильки B8 и B8m также обычно соответствуют A193 и A320).

Шпильки по ASTM A453(высокая температура)

Спецификация ASTM A453 охватывает стандарты для болтов 660 (класс A, B, C и D), 651 (класс A и B), 662 (класс A и B) и 665 (класс A и B) для болтов. материалы с десятью классами текучести в диапазоне от 50 до 120 KSI [345 до 827 МПа] для использования в условиях высоких температур, таких как крепежные детали, сосуды под давлением и фланцы.

Материалы для болтов в ASTM A453 - это покрытые катаные, кованые или горячештампованные прутки, а также болты, гайки, винты, шайбы, шпильки и шпильки.

Материалы должны соответствовать указанному содержанию углерода, марганца, фосфора, серы, кремния, никеля, хрома, молибдена, вольфрама, титана, колумбия, алюминия, ванадия, бора и меди.

В соответствии с ASTM A453 материалы должны быть подвергнуты испытаниям на растяжение, механическое разрушение и прочность. Материалы должны соответствовать пределу текучести, прочности на растяжение, удлинению, уменьшению площади, твердости по Бринеллю и твердости по Роквеллу.

Также приведены требования к закалке и обработке растворов для каждого класса материалов. Наиболее распространенные оценки по ASTM A453:

• ASTM A453 660A
• ASTM A453 660B
ASTM A453 660C
• ASTM A453 660D

ASTM A453 Химический состав

ASTM A453 Шпильки: механические свойства

ASTM A453 Шпильки: требования к термообработке

Шпильки A453: время разрыва и удлинения

Шпильки по ASTM A320 (низкотемпературные)

Спецификация ASTM A320 охватывает материалы для шпилек из легированной стали и нержавеющей стали для работы при низких температурах.

Каждый сплав согласно ASTM A320 должен соответствовать предписанным химическим требованиям. Материал, представленный образцами на растяжение, должен соответствовать особым требованиям в отношении прочности на растяжение, предела текучести, относительного удлинения и твердости. Материал шпильки должен соответствовать предписанным требованиям по поглощению энергии удара и целевой температуре испытания.

В соответствии со спецификацией ASTM A320 производители должны выполнить, по крайней мере, следующие механические испытания материала: испытание на удар, испытание на растяжение и испытание на твердость.

Наиболее распространенные материалы для шпилек согласно ASTM A320 перечислены ниже (при низких температурах):

• ASTM A320 L7: легированная сталь, AISI 4140/4142 Закаленная и отпущенная
• ASTM A320 L7M
• ASTM A320 L43: Легированная сталь, AISI 4340 Закаленная и отпущенная
• ASTM A320 B8 Класс 1: нержавеющая сталь, AISI 304, обработанная раствором карбида
• ASTM A320 B8A
• ASTM A320 B8T
• ASTM A320 B8TA
• ASTM A320 B8C
• ASTM A320 B8M: Класс 1 Нержавеющая сталь, AISI 316, обработанная раствором карбида
• ASTM A320 B8MA
• ASTM A320 B8cl2: нержавеющая сталь, AISI 304, твердосплавная обработка, деформационная закалка
• ASTM A320 B8Mcl2: нержавеющая сталь, AISI 316, твердосплавная обработка, деформационная закалка

Шпильки ASTM A320: механические свойства

ШПИЛЬКИ ПО ASTM A182 (дуплекс и супер дуплекс)

Дуплексные стальные болты

Дуплексные стальные Болты

Химический состав:

Механические свойства:

Физические свойства:

Супер дуплексные болты

Химический состав:

Механические свойства:

Физические свойства:

Шпилька с покрытием

Шпильки могут быть покрыты, чтобы повысить устойчивость к коррозии. Наиболее распространенные типы покрытий для шпилек приведены ниже:

• Электро цинкование
• Электро кадмирование
• Горячее цинкование
• Фторполимерное покрытие
• Фосфатное покрытие
• Никелирование без электролита
• Цинк-никелевое покрытие
• Алюминиевое покрытие
• Серебряное покрытие
• Цинк / Никель электроосаждением
• Дакромет
• GEOMET

Кроме того, доступны покрытия XYLAN и Xylar:

• XYLAN 1070
• XYLAN 1024
• Xylar 1

Покрытия Xylan и Xylar для шпилек имеют множество преимуществ:

• Меньшее трение по сравнению с болтами без покрытия (CoF составляет всего 0,02)
• Повышенная износостойкость болта даже при экстремальных давлениях.
• Сильная коррозия и химическая стойкость в самых сложных условиях
• Повышенная устойчивость к неблагоприятным погодным условиям (таким как сильный солнечный свет, воздействие химических веществ в соленой воде)
• Более широкий рабочий диапазон по температуре (от -420 ° до + 550 ° F, то есть от -250 ° до 285 ° C).
• Цветовое кодирование для удобства отслеживания
• Податливость: ксилановые покрытия легко и многократно сгибаются и не ломаются
• Обрабатываемость: на шпильки можно нанести несколько ксилановых покрытий
• Сильное сцепление с материалами болтов

Выбор между болтом и гайкой (эксплуатация и марки) 

Материал, который следует использовать для болтов, зависит от множества факторов, основными из которых являются материал фланцев и расчетная температура трубопровода: