กระบวนการผลิตหลักสามกระบวนการผลิตหน้าแปลนที่ใช้ในระบบท่อ ได้แก่ การตีขึ้นรูป (Forging) การหล่อ (Casting) และการตัดจากแผ่นเหล็ก (Cutting from plate) แต่ละวิธีผลิตหน้าแปลนที่มีคุณสมบัติเชิงกล ความสมบูรณ์ภายใน และต้นทุนที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ช่วยให้ผู้ซื้อและวิศวกรสามารถระบุวิธีการผลิตที่เหมาะสมสำหรับแต่ละการใช้งานได้

ภาพรวมการผลิตหน้าแปลน

วิธีการผลิตมีผลต่อโครงสร้างเกรน ความพรุน ความสมบูรณ์ภายใน และท้ายที่สุดคือประสิทธิภาพเชิงกลของหน้าแปลนในการใช้งาน การตีขึ้นรูปจะให้ทิศทางของเกรนที่เหนือกว่าซึ่งสอดคล้องกับรูปร่างของหน้าแปลน ส่งผลให้มีความแข็งแรงและความต้านทานความล้าสูงสุด การหล่อช่วยให้สามารถผลิตรูปทรงที่ซับซ้อนและปริมาณการผลิตจำนวนมากได้ในต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำกว่า แต่มีความเสี่ยงสูงต่อการเกิดข้อบกพร่องภายใน การตัดจากแผ่นเหล็กมีต้นทุนที่ประหยัดสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ แต่ขาดข้อได้เปรียบด้านการไหลของเกรนเหมือนการตีขึ้นรูป ข้อกำหนดของรหัสมาตรฐานมักกำหนดวิธีการผลิตเฉพาะสำหรับการใช้งานบางประเภท โดยหน้าแปลนตีขึ้นรูปเป็นข้อกำหนดสำหรับงานวิกฤตที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง

 

หน้าแปลนตีขึ้นรูป (Forged Flanges)

การตีขึ้นรูปเป็นวิธีการผลิตที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับหน้าแปลน ASME B16.5 โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับขนาดสูงถึง NPS 24 และระดับความดันที่สูงขึ้น กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่เหล็กแท่งจนถึงอุณหภูมิการตีขึ้นรูป (โดยทั่วไปคือ 1900-2300°F) และขึ้นรูปด้วยค้อนตีหรือเครื่องอัด การขึ้นรูปร้อนนี้ทำให้เกิดการไหลของเกรนอย่างต่อเนื่องที่ตามแนวของหน้าแปลน ส่งผลให้คุณสมบัติเชิงกลเหนือกว่า รวมถึงความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานความล้า หน้าแปลนตีขึ้นรูปมีความพรุนน้อยที่สุดและมีความสมบูรณ์ภายในที่ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับชิ้นงานหล่อ หน้าแปลนสำหรับงานวิกฤตส่วนใหญ่ผลิตโดยการตีขึ้นรูปเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือสูงสุด

คุณสมบัติ	ตีขึ้นรูป (Forged)	หล่อ (Cast)	ตัดจากแผ่นเหล็ก (Cut Plate)
การไหลของเกรน (Grain Flow)	ต่อเนื่อง ตามแนวรูปทรง	ไอโซทรอปิก ไม่มีทิศทางของเกรน	เฉพาะทิศทางการรีดเท่านั้น
ความสมบูรณ์ภายใน (Internal Soundness)	ดีเยี่ยม มีความพรุนน้อยที่สุด	แปรผัน มีความเสี่ยงต่อความพรุน	ดี (คุณภาพของแผ่นเหล็ก)
ความแข็งแรงเชิงกล (Mechanical Strength)	สูงที่สุด	ปานกลาง	ปานกลาง
ความต้านทานความล้า (Fatigue Resistance)	ดีเยี่ยม	ดี	ดี
ผลการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDT Results)	สม่ำเสมอมากที่สุด	แปรผันมากที่สุด	สม่ำเสมอ
ขนาดสูงสุด (Max Size)	จำกัดตามกำลังการผลิตของการตีขึ้นรูป	แทบไม่มีขีดจำกัด	ไม่จำกัด (ตามแผ่นเหล็ก)
ต้นทุนสัมพัทธ์ (ปริมาณน้อย)	ปานกลาง	สูง (ค่าแม่พิมพ์)	ต่ำ
ต้นทุนสัมพัทธ์ (ปริมาณมาก)	ปานกลาง	ต่ำที่สุด	สูง

 

หน้าแปลนหล่อ (Cast Flanges)

การหล่อเกี่ยวข้องกับการเทโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์และปล่อยให้แข็งตัวเป็นรูปร่างหน้าแปลน กระบวนการนี้ประหยัดสำหรับรูปทรงหน้าแปลนที่ซับซ้อนและปริมาณการผลิตจำนวนมาก เนื่องจากต้นทุนแม่พิมพ์เริ่มต้นถูกกระจายไปยังหน่วยการผลิตจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม โครงสร้างเกรนของชิ้นงานหล่อเป็นแบบไอโซทรอปิกและขาดการจัดเรียงทิศทางเหมือนชิ้นงานตีขึ้นรูป หน้าแปลนหล่อมีความเสี่ยงสูงต่อข้อบกพร่องภายใน รวมถึงความพรุน โพรงหดตัว และสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะ หน้าแปลนหล่อเป็นที่ยอมรับสำหรับงานที่ไม่วิกฤต แรงดันต่ำ ตามรหัสที่เกี่ยวข้อง แต่รหัสบางฉบับห้ามใช้สำหรับงานบริการที่เป็นอันตราย

 

หน้าแปลนตัดจากแผ่นเหล็ก (Cut Plate Flanges)

หน้าแปลนตัดจากแผ่นเหล็กถูกตัดเฉือนโดยตรงจากเหล็กแผ่นรีด โดยทั่วไปสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่เกินความสามารถของการตีขึ้นรูปมาตรฐาน (ใหญ่กว่า NPS 24) โปรไฟล์ของหน้าแปลนถูกตัดจากแผ่นเหล็กโดยใช้การตัดด้วยพลาสม่า เลเซอร์ หรือวอเตอร์เจ็ท จากนั้นจึงกลึงให้ได้ขนาดสุดท้าย หน้าแปลนตัดจากแผ่นเหล็กไม่มีข้อได้เปรียบด้านการไหลของเกรน เนื่องจากทิศทางการรีดของแผ่นเหล็กให้ความแข็งแรงเฉพาะในระนาบของแผ่นเท่านั้น หน้าแปลนประเภทนี้จำกัดอยู่ที่ระดับความดันต่ำเนื่องจากข้อจำกัดด้านความหนาของแผ่นเหล็ก และพบได้ทั่วไปในการใช้งานท่อเชิงโครงสร้างและไม่วิกฤต ซึ่งต้นทุนของหน้าแปลนตีขึ้นรูปหรือหล่อขนาดใหญ่จะสูงเกินไป

 

การเปรียบเทียบคุณภาพ (Quality Comparison)

หน้าแปลนตีขึ้นรูปให้การผสมผสานที่ดีที่สุดของคุณสมบัติเชิงกล ความสมบูรณ์ภายใน และความน่าเชื่อถืออย่างสม่ำเสมอ รูปแบบการไหลของเกรนในหน้าแปลนตีขึ้นรูปเป็นไปตามแนวของหน้าแปลน ให้ความแข็งแรงสูงสุดในจุดที่ต้องการมากที่สุด หน้าแปลนหล่อสามารถบรรลุคุณสมบัติที่ยอมรับได้สำหรับการใช้งานหลายประเภท แต่มีผลการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) ที่แปรผันมากที่สุดเนื่องจากความแปรปรวนโดยธรรมชาติของกระบวนการหล่อ หน้าแปลนตัดจากแผ่นเหล็กมีคุณสมบัติที่สอดคล้องกับทิศทางการรีดของแผ่นเหล็ก ซึ่งมีความสม่ำเสมอน้อยกว่าคุณสมบัติรอบทิศทางของชิ้นงานตีขึ้นรูป สำหรับการใช้งานที่มีความเค้นสูงและเป็นรอบ หน้าแปลนตีขึ้นรูปเป็นตัวเลือกที่ต้องการ

 

การเปรียบเทียบต้นทุน (Cost Comparison)

การตีขึ้นรูปมีต้นทุนเครื่องมือปานกลางและคุ้มค่าสำหรับปริมาณการผลิตปานกลางถึงมาก การหล่อมีต้นทุนเครื่องมือเริ่มต้นสูง (การทำแบบหล่อ) แต่มีต้นทุนต่อหน่วยต่ำที่สุดในปริมาณการผลิตสูง การตัดจากแผ่นเหล็กไม่มีต้นทุนเครื่องมือและเป็นตัวเลือกที่ประหยัดที่สุดสำหรับปริมาณน้อยในขนาดใหญ่ ต้นทุนการตัดเฉือนมีความคล้ายคลึงกันในทุกวิธีเมื่อได้รูปร่างหยาบแล้ว ต้นทุนการอบชุบด้วยความร้อนแตกต่างกันไปตามวัสดุและคุณสมบัติเชิงกลที่ต้องการ โดยเกรดโลหะผสมบางชนิดต้องใช้วงจรการอบชุบหลังการตีขึ้นรูปที่มีราคาแพง

 

ข้อกำหนดของมาตรฐาน (Standards Requirements)

ASME B16.5 อนุญาตให้ผลิตหน้าแปลนโดยการตีขึ้นรูป การหล่อ หรือการตัดจากแผ่นเหล็ก โดยต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของสเปควัสดุและคุณสมบัติเชิงกล สเปควัสดุบางชนิดกำหนดให้ต้องเป็นผลิตภัณฑ์ตีขึ้นรูปโดยเฉพาะ (เช่น ASTM A182) ในขณะที่บางชนิดอนุญาตให้ใช้หลายวิธีการผลิต รหัสโรงงานและสเปคของเจ้าของบางฉบับห้ามใช้หน้าแปลนหล่อสำหรับงานบริการอันตรายบางประเภท เนื่องจากมีความเสี่ยงสูงต่อข้อบกพร่องภายใน ข้อกำหนดด้านการตรวจสอบย้อนกลับมีผลบังคับใช้โดยไม่คำนึงถึงวิธีการผลิต และข้อกำหนดการทดสอบการกระแทกไม่ขึ้นกับวิธีการผลิต ประเด็นสำคัญคือ หน้าแปลนตีขึ้นรูปให้ความแข็งแรงและความน่าเชื่อถือที่ดีที่สุดสำหรับงานวิกฤต ในขณะที่หน้าแปลนหล่อและหน้าแปลนตัดจากแผ่นเหล็กมีไว้สำหรับงานที่ไม่วิกฤตโดยเฉพาะ

 

ผลิตภัณฑ์หน้าแปลน (Flange Products)

• หน้าแปลนสแตนเลส (Stainless Steel Flange)
• หน้าแปลนเหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon Steel Flange)
• หน้าแปลนดูเพล็กซ์ (Duplex Flange)