Độ dày thành của vật đúc bơm và van ảnh hưởng như thế nào đến xếp hạng áp suất khi so sánh quá trình đúc cát và quá trình đúc mẫu chảy?

Độ dày của tường xác định trực tiếp mức áp suất của đúc bơm và van - nhưng quá trình đúc được sử dụng để đạt được độ dày đó cũng quan trọng như kích thước của chính nó. Đúc đầu tư luôn tạo ra dung sai thành chặt chẽ hơn (± 0,5–1,0 mm) và tính toàn vẹn bề mặt vượt trội, cho phép xếp hạng áp suất cao hơn ở độ dày thành tương đương hoặc nhỏ hơn so với đúc cát , thường có dung sai ±1,5–3,0 mm. Đối với các kỹ sư và nhóm mua sắm chỉ định vật liệu đúc bơm và van, việc hiểu mối quan hệ này là điều cần thiết để lựa chọn quy trình phù hợp cho loại áp suất phù hợp.

Tại sao độ dày của tường là trọng tâm của đánh giá áp suất

Trong vật đúc bơm và van, định mức áp suất bị chi phối bởi ứng suất vòng - ứng suất bên trong mà chất lỏng có áp suất tác dụng lên thành đúc. Mối quan hệ được xác định bởi công thức hình trụ thành mỏng:

P = (2 × S × t) / D

Trong đó P là áp suất cho phép, S là ứng suất cho phép của vật liệu, t là độ dày thành và D là đường kính trong. Điều này có nghĩa là mỗi milimet độ dày thành được thêm vào sẽ trực tiếp làm tăng khả năng chịu áp suất nổ . Tuy nhiên, công thức giả định độ dày thành đồng nhất và vật liệu không có khuyết tật - hai điều kiện khác nhau đáng kể giữa các phương pháp đúc.

Đối với các vật đúc bơm và van được xếp hạng theo tiêu chuẩn ASME B16.34 hoặc API 600, yêu cầu về độ dày thành tối thiểu được quy định cho mỗi loại áp suất (Loại 150 đến Loại 2500). Ví dụ, thân van bằng thép cacbon loại 900 yêu cầu độ dày thành tối thiểu khoảng 19–25 mm tùy thuộc vào kích thước ống danh nghĩa. Đạt được điều này một cách nhất quán — không có điểm nóng, độ xốp co ngót hoặc vùng mỏng — là lúc việc lựa chọn quy trình trở nên quan trọng.

Đúc cát: Đặc điểm quy trình và hạn chế về độ dày của tường

Đúc cát là quy trình chủ yếu để đúc máy bơm và van lớn - thân van trên DN200, vỏ bơm cho máy bơm ly tâm hoặc bơm bùn và các hình dạng phức tạp cần có lõi. Quá trình này tiết kiệm chi phí và rất linh hoạt về mặt lựa chọn và kích thước hợp kim, nhưng nó gây ra sự thay đổi độ dày thành vốn có.

Đặc điểm chính của độ dày tường đúc cát

• Dung sai kích thước: ±1,5 đến ±3,0 mm theo DCTG (Cấp dung sai đúc theo chiều) 11–13 theo ISO 8062
• Độ dày thành tối thiểu có thể đạt được: thông thường 6–8 mm đối với hợp kim sắt
• Độ nhám bề mặt: Ra 12,5–25 µm, yêu cầu gia công sau đáng kể trên các bệ chịu áp lực
• Các khuyết tật thường gặp: độ xốp co ngót, lẫn cát, đóng nguội - tất cả đều làm giảm khả năng chịu áp lực hiệu quả

Để bù đắp cho những dung sai và rủi ro sai sót này, các kỹ sư của xưởng đúc áp dụng một phụ cấp đúc từ 10–20% so với độ dày thành tối thiểu theo lý thuyết khi thiết kế đúc bơm và đúc van bằng cát. Thân van được tính toán để yêu cầu thành tối thiểu 18 mm có thể được thiết kế thành 21–22 mm trong khuôn đúc cát để đảm bảo không có phần nào rơi xuống dưới mức áp suất tối thiểu định mức sau khi tính đến sự thay đổi. Điều này làm tăng thêm trọng lượng vật liệu, chi phí gia công và thời gian thực hiện.

Đúc đầu tư: Dung sai chặt chẽ hơn và tính toàn vẹn áp suất cao hơn

Đúc mẫu chảy (quy trình mất sáp) tạo ra vật đúc bơm và van có độ chính xác về kích thước, độ hoàn thiện bề mặt và tính đồng nhất về cấu trúc vi mô tốt hơn đáng kể. Nó được sử dụng rộng rãi cho các thân van vừa và nhỏ (DN15–DN100), cánh bơm và các bộ phận được xếp hạng ở mức áp suất cao.

Đặc điểm chính của độ dày tường đúc đầu tư

• Dung sai kích thước: ±0,5 đến ±1,0 mm , tương ứng với DCTG 4–6 theo ISO 8062
• Độ dày thành tối thiểu có thể đạt được: 1,5–3,0 mm cho thép không gỉ và siêu hợp kim
• Độ nhám bề mặt: Ra 1,6–3,2 µm, thường loại bỏ nhu cầu gia công bổ sung trên các bề mặt không quan trọng
• Tỷ lệ khuyết tật: độ xốp và hàm lượng tạp chất thấp hơn đáng kể do môi trường vỏ gốm được kiểm soát

Bởi vì độ dày của thành dễ dự đoán hơn và nhất quán hơn trong các vật đúc van và bơm được đầu tư, các nhà thiết kế có thể làm việc gần hơn với mức tối thiểu theo lý thuyết. Điều này có nghĩa là một Đầu tư thân van bằng thép không gỉ loại 1500 được đúc ở độ dày thành 20 mm có thể hoạt động tốt hơn so với đúc bằng cát tương đương ở độ dày 24 mm , bởi vì quá trình đúc mẫu không có vùng mỏng cục bộ và cấu trúc hạt tốt hơn thông qua việc làm mát đồng đều.

So sánh trực tiếp: Độ dày của tường và đánh giá áp suất theo quy trình

Tác động của độ xốp và khuyết tật đến khả năng áp suất hiệu quả

Một quan niệm sai lầm phổ biến là tường dày hơn luôn đảm bảo mức áp suất cao hơn. Trong các vật đúc van và bơm đúc bằng cát, độ xốp dưới bề mặt - khoảng trống được tạo ra bởi khí bị mắc kẹt hoặc co ngót trong quá trình hóa rắn - có thể làm giảm mặt cắt ngang chịu tải hiệu quả. Vật đúc có thành danh định là 22 mm nhưng có các cụm xốp ở giữa thành có thể hoạt động chức năng ở mức độ đặc của tiết diện 17–18 mm.

ASME B16.34 và MSS SP-55 đều yêu cầu kiểm tra bằng chụp X quang (RT) hoặc siêu âm (UT) đối với vật đúc bơm và van thuộc Loại 900 trở lên chính xác vì rủi ro này. Ngược lại, đúc bơm và van đúc đầu tư thường xuyên đạt được chất lượng chụp ảnh phóng xạ Cấp 1 hoặc Cấp 2 (theo tiêu chuẩn ASTM E186 hoặc E280) mà không cần hàn sửa chữa, khiến chúng vốn đáng tin cậy hơn ở các cấp áp suất cao mà không cần dựa vào kiểm tra để bù đắp cho sự biến đổi của quy trình.

Hướng dẫn thực hành để xác định quy trình phù hợp

Khi chỉ định vật đúc bơm và van, các quy tắc thực tế sau đây giúp điều chỉnh việc lựa chọn quy trình phù hợp với yêu cầu về áp suất:

• Lớp 150–300, lỗ khoan lớn (DN200): Đúc cát là chi phí hiệu quả và đầy đủ. Chỉ định ASTM A216 WCB hoặc A351 CF8M với kiểm tra MT hoặc PT.
• Lớp 600–900, lỗ khoan vừa và nhỏ: Cả hai quá trình đều khả thi. Đúc đầu tư được ưu tiên cho vật liệu thép không gỉ hoặc hợp kim để giảm chi phí gia công và kiểm tra sau.
• Lớp 1500–2500, bất kỳ lỗ khoan nào: Đúc đầu tư được khuyến khích mạnh mẽ. Việc kiểm soát thành ống chặt chẽ hơn và tỷ lệ khuyết tật thấp hơn trực tiếp dẫn đến khả năng ngăn chặn áp suất đáng tin cậy ở mức cực cao này.
• Dịch vụ chua hoặc dịch vụ hydro: Chỉ định đúc đầu tư tuân thủ NACE MR0175; độ xốp trong vật đúc cát tạo ra các vị trí bẫy hydro làm tăng tốc độ nứt ăn mòn do ứng suất.

Độ dày thành và quá trình đúc là các biến không thể tách rời trong định mức áp suất của vật đúc bơm và van. Đúc bằng cát vẫn là phương tiện phù hợp cho các bộ phận lớn, áp suất thấp hơn, trong đó dung sai thành lớn sẽ bù đắp cho sự thay đổi kích thước của nó. Đúc mẫu chảy mang lại độ chính xác và tính toàn vẹn của vật liệu cần thiết cho các vật đúc bơm và van nhỏ gọn, áp suất cao và quan trọng về an toàn, nơi không có lề cho các điểm mỏng cục bộ hoặc các khuyết tật dưới bề mặt.

Việc chỉ định độ dày thành mà không chỉ định quy trình đúc - cũng như các tiêu chuẩn chất lượng và dung sai liên quan - là một quyết định kỹ thuật không đầy đủ. Đối với bất kỳ loại máy bơm và van đúc nào dành cho dịch vụ Loại 900 trở lên, độ chính xác về kích thước của vật đúc mẫu không phải là một tính năng cao cấp; đó là một yêu cầu về tính toàn vẹn của áp suất.