Flangia in titanio a giunto sovrapposto per tubazioni aerospaziali

Flangia a giunto sovrapposto in titanio per tubazioni aerospaziali

Una flangia a giunto sovrapposto è composta da due parti che svolgono due funzioni. Il codolo viene saldato al tubo e forma la superficie di tenuta e il confine di pressione; l'anello di supporto si posiziona dietro di esso, sopporta il carico dei bulloni e può essere ruotato fino all'allineamento dei fori. In un'installazione aeronautica o di supporto a terra, questa singola caratteristica consente di risparmiare ore, poiché un giunto interrato dietro una staffa può essere allineato ruotando l'anello invece di forzare il tubo. Apre anche una scelta di materiali che le flange in titanio puro non hanno: l'anello non è bagnato, quindi può essere di una qualità inferiore o di una lega diversa, mentre la parte bagnata rimane in titanio.

Le due parti e le loro funzioni

Poiché l'anello non entra mai in contatto con il processo, il confine di pressione è costituito solo dal codolo. Ecco perché un assemblaggio a giunto sovrapposto può essere classificato alla stessa classe di un collo saldato utilizzando un anello più sottile e leggero, e perché l'anello può essere sostituito senza tagliare il tubo se un filetto o un foro vengono danneggiati.

Come si confronta con altri giunti

Il confronto non riguarda quale giunto sia più resistente in astratto. Un giunto sovrapposto viene scelto quando l'assemblaggio deve essere smontato, o quando i fori dei bulloni non possono essere garantiti allineati in officina. Un collo saldato viene scelto quando il giunto verrà realizzato una sola volta e mai più aperto. La maggior parte dei sistemi di supporto a terra aerospaziali contengono entrambi, perché la linea viene assemblata in moduli e ogni modulo ha uno o due giunti che devono essere smontabili.

Perché l'anello ruota e perché è importante

Due flange imbullonate insieme si accoppiano solo se i fori dei bulloni coincidono. Con flange fisse, ciò deve essere ingegnerizzato nel raccordo del tubo, e un raccordo leggermente fuori fase diventa un elemento di rilavorazione. Con un giunto sovrapposto, l'anello è libero di ruotare di un cerchio completo, quindi i fori vengono allineati a mano durante l'assemblaggio. La stessa libertà consente di aprire e rimontare il giunto senza disturbare l'allineamento del tubo, motivo per cui il design sopravvive in aerei, banchi di prova e attrezzature di supporto a terra dove l'accesso è scarso e i tempi di inattività sono costosi.

Il prezzo di questa libertà è un gioco di funzionamento tra il foro dell'anello e il mozzo del codolo. È una fessura, e in un ambiente marino o chimico una fessura è un sito di corrosione. Nelle tubazioni aerospaziali il mezzo è solitamente carburante, fluido idraulico, azoto o aria, quindi la fessura è una preoccupazione meccanica piuttosto che chimica, ma il foro dell'anello e il mozzo devono comunque essere lavorati con una tolleranza che consenta la rotazione senza che l'anello si inclini e carichi la guarnizione in modo non uniforme.

Saldatura del codolo

Il codolo viene saldato a piena penetrazione al tubo, quindi la saldatura è un giunto a piena penetrazione che può essere radiografato o ispezionato a ultrasuoni. Il titanio viene saldato sotto argon con la radice purgata a un basso livello di ossigeno, tipicamente inferiore a 100 ppm, e la saldatura finita viene decapata o spazzolata per rimuovere l'ossido colorato che si forma se lo scudo viene perso. Una tinta paglierina o blu è accettabile in alcune specifiche, una scala viola o grigia no, e una superficie bianca e sfogliata significa che la saldatura deve essere rimossa.

Per lavori aerospaziali, la procedura di saldatura è qualificata e l'operatore è certificato, il calore immesso è controllato per proteggere il caso alfa, e il giunto viene ispezionato con penetrante e radiografia prima che l'assemblaggio venga testato a pressione. Il codolo è lavorato con una preparazione di saldatura che corrisponde alla parete del tubo, e il foro è abbinato al diametro interno del tubo in modo che non ci sia alcun gradino su cui il flusso possa agire.

Materiali e peso

Il codolo è normalmente Gr2 per resistenza alla corrosione o Gr5 dove resistenza e temperatura lo richiedono. L'anello può essere dello stesso grado, di un grado inferiore o di una lega completamente diversa, poiché è solo un morsetto. Su uno skid aerospaziale, questa decisione vale la pena di essere presa esplicitamente: un anello in titanio su un codolo in titanio è il più semplice ed evita qualsiasi coppia galvanica, mentre un anello in acciaio o alluminio consente di risparmiare costi e peso ma necessita di una barriera per prevenire la corrosione da contatto in un ambiente umido.

A 4,51 grammi per centimetro cubo, il titanio ha circa il 57% della densità dell'acciaio, e la geometria del giunto sovrapposto rimuove il pesante mozzo di cui un collo saldato ha bisogno. Il risultato è un giunto che pesa meno del collo saldato che sostituisce, mantenendo una superficie bagnata in titanio, che è esattamente la combinazione che le specifiche delle tubazioni aerospaziali stanno cercando.

Tolleranze e ispezione

Un giunto sovrapposto viene giudicato su quattro dimensioni: la perpendicolarità della faccia del codolo rispetto al foro, la rugosità della faccia, il gioco del foro dell'anello e la posizione del foro del bullone. La faccia è lavorata a 3,2-6,3 micrometri Ra per una guarnizione avvolta a spirale, l'anello viene controllato per la planarità in modo che non si inclini sotto carico, e lo schema dei fori viene verificato su una CMM rispetto ad ANSI B16.5 o al disegno. I numeri di lotto sono stampati sull'anello e registrati sul certificato, e l'assemblaggio viene testato idraulicamente a 1,5 volte la classificazione dove la specifica lo richiede.

Per i clienti aerospaziali, il pacchetto di documenti include solitamente il certificato del materiale secondo ASTM B381, il registro del trattamento termico, la qualifica della procedura di saldatura e dell'operatore, i rapporti di penetrante e radiografia, e il rapporto dimensionale. Vale la pena concordare questo elenco in fase di richiesta, perché un certificato che deve essere riemesso dopo la spedizione costa più della flangia.

Note di installazione

Montare l'anello sul codolo prima della saldatura, non dopo, e verificare che ruoti liberamente con il codolo in posizione. Abbinare la guarnizione alla faccia del codolo, non all'anello, perché l'anello non sigilla. Serrare con uno schema a stella in almeno due fasi e controllare il giunto alla pressione operativa. Il titanio si grippa sul titanio, quindi i prigionieri portano un composto anti-grippaggio, e dove l'anello è di una lega diversa, una rondella isolante tiene la coppia fuori dal giunto.

Ordinazione di un assemblaggio a giunto sovrapposto

Specificare la dimensione e la schedulazione del tubo, il modello del codolo, la classe, il tipo di faccia, il grado del codolo e dell'anello, la finitura superficiale e il livello di ispezione. Ad esempio: flangia a giunto sovrapposto ANSI B16.5 Classe 300, NPS 2, codolo Schedule 40S in Gr2, anello in bronzo di alluminio, faccia rialzata, radiografia sulla saldatura, certificato 3.1. Indicare se l'anello deve ruotare liberamente dopo l'assemblaggio, perché ciò determina il gioco del foro e la tolleranza di lavorazione.

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