Сварные фланцы (Weld Flanges / Weld Neck Flanges): типы, функции, монтаж

Что такое сварной фланец (Weld Neck Flange — WN)?

Фланец с коническим шейком (hub/neck), который приваривают к трубе наглубную шов (butt weld). Шейк плавно переходит от толщины фланца к толщине стенки трубы. Это ключевое отличие от плоского фланца (Slip-On / SO), который надевается на трубу и приваривается двумя швами (филлет/угловыми) снаружи и (опционально) внутри.

Почему Weld Neck — золотой стандарт для ответственных линий?

• Распределение напряжений: Конический шейк плавно передает нагрузки от фланца к трубе. Снижает концентрацию напряжений в зоне сварки. Выдерживает циклы давления/температуры (fatigue life).
• Гидроразрушение/эрозия: Внутренний диаметр фланца (bore) = внутренний диаметр трубы. Нет ступеньки → нет турбулентности, эрозии, залегания твердых частиц.
• Рентгеноконтроль (RT): Наглубной шов (butt weld) идеален для 100% рентгена. Филлетные швы (Slip-On) рентгенять сложно/неинформативно.
• Жесткость: Шейк работает как усиление — меньше прогиб фланца под моментом от трубопровода.

Технология сварки WN-фланца (Butt Weld)

1. Подготовка кромок: Токарная/фрезерная обработка конца трубы и шейка фланца под угол (обычно 37.5° для стенки ≤ 22 мм, составной для толще) — образуют V-образный зазор (root gap 1.5–3 мм).
2. Сборка: Фланец центрируется на трубе (центрирующие приспособления / рулетики). Зазор контролируется.
3. Корневой проход (Root): GTAW (TIG) — аргон, наполнительный пруток (ER70S-2, ER308L и т.д.). Ключевой для проникновения и обратной забивки (back bead).
4. Заполнение/Наполнение (Fill/Cap): SMAW (E7018), GMAW (MIG), FCAW, SAW (под флюсом) — по WPS (Welding Procedure Specification).
5. НК (NDT): RT (Рентген) 100% для классов 1/2/3 (ASME B31.3/B31.1). UT (УЗК) альтернатива. MT/PT — финальный контроль поверхности.
6. Гидроиспытание: 1.3–1.5 × Design Pressure.

Подбор фланца по трубе (Schedule / Wall Thickness)

Bore фланца (B) должен совпадать с ID трубы. Поэтому WN-фланцы выпускаются под конкретный Schedule (SCH 10, 40, 80, 160, XXS). В заказе обязательно указывать: Nominal Pipe Size (NPS), Schedule (или Wall Thickness), Класс давления (Class 150/300/600/900/1500/2500), Материал (ASTM A105, A350 LF2, A182 F304/F316/F51 и др.), Стандарт (ASME B16.5 до 24", B16.47 Series A/B >24", API 6A для нефтегаза).

Применение

Высокое давление, высокие/низкие температуры, циклические нагрузки, токсичные/опасные среды, вибрация, сеисмичность. НПЗ, ГХП, АЭС, ЛНГ, химзаводы, морские платформы, силовой блок АЭС (Main Steam, Feedwater). Плоские (Slip-On) — только низкое давление, неопасные среды, нет вибрации, экономия на фланце/сварке.