Mặt bích RF, FF và RTJ: các kiểu mặt làm kín và cách chọn

Mặt bích RF (raised face, mặt lồi) là mặt bích có một gờ lồi nhỏ bao quanh lỗ ống để ép gioăng, khác với mặt bích FF (flat face, mặt phẳng toàn bộ) và mặt bích RTJ (ring type joint, rãnh vòng chứa vòng kim loại). Ba kiểu mặt này quyết định loại gioăng, lực siết và áp suất làm việc của mối nối. Trước khi đặt hàng, cần biết mặt bích là gì và gồm những bộ phận nào, vì mặt làm kín chỉ là một phần của bích nhưng sai kiểu mặt là lỗi lắp đặt gặp nhiều nhất ở công trường.

Mặt làm kín là gì và vì sao quan trọng

Mặt làm kín (sealing face, gasket seating surface) là vùng trên mặt bích tiếp xúc với gioăng. Gioăng chỉ kín khi bị ép đủ chặt để lấp đầy các khe nhám trên mặt kim loại và còn đủ độ đàn hồi để giữ lực ép khi áp suất, nhiệt độ thay đổi.

Ứng suất ép lên gioăng bằng tổng lực của các bu lông chia cho diện tích gioăng tiếp xúc. Cùng một lực siết, diện tích càng nhỏ thì ứng suất càng lớn. Ví dụ với bích DN100 PN16 (8 bu lông M16, giả định mỗi bu lông kẹp 15 kN, tổng 120 kN): gioăng toàn mặt Ø115/Ø220 trừ 8 lỗ Ø18 có diện tích khoảng 25.600 mm², ứng suất ép chỉ khoảng 4,7 MPa. Trên mặt lồi Ø158, vành gioăng tiếp xúc Ø115/Ø158 khoảng 9.200 mm², ứng suất tăng lên khoảng 13 MPa, gấp gần 3 lần.

Đây là lý do có mặt lồi: gờ thu hẹp vùng tiếp xúc, dồn lực bu lông vào vành gioăng hẹp để đạt ứng suất ép cần cho áp suất cao hơn. Khi vật liệu bích giòn hoặc mềm, cần trải lực đều thì mặt bích FF phù hợp hơn.

Ba yếu tố của mặt làm kín cần kiểm tra khi chọn hoặc nghiệm thu:

• Hình dạng mặt: phẳng, lồi, rãnh vòng, lồi–lõm, lưỡi gà–rãnh. Hai bích ghép nhau phải tương thích về hình dạng.
• Độ nhám: đủ nhám để gioăng bám, đủ mịn để không tạo đường rò. Giá trị phụ thuộc loại gioăng.
• Tình trạng bề mặt: vết xước hướng kính (cắt ngang vành làm kín), móp, rỗ, gỉ sâu là đường rò sẵn có, siết thêm cũng không bịt được.

Mặt bích RF: gờ lồi 1,6 mm hoặc 6,4 mm

Mặt bích RF là kiểu thông dụng nhất cho thép carbon và inox trong hệ nước, khí, hơi và dầu. Theo ASME B16.5, mặt bích ANSI Class 150 RF và Class 300 có gờ cao 1,6 mm (1/16″), từ Class 400 trở lên gờ cao 6,4 mm (1/4″).

Chi tiết hay bị bỏ sót: với Class 150 và 300, chiều dày bích trong bảng đã gồm gờ 1,6 mm; từ Class 400 trở lên, gờ 6,4 mm chưa tính vào chiều dày, nên khi đo bích thực tế cần biết con số có gồm gờ hay không. Nội dung chi tiết nằm trong tiêu chuẩn ASME B16.5, bản mới nhất là B16.5-2025.

Vì sao mặt RF phải có rãnh xoắn

Các rãnh xoắn hoặc đồng tâm với Ra 3,2–6,3 µm là chủ ý của tiêu chuẩn. Đỉnh rãnh cắn vào bề mặt gioăng, giữ gioăng không bị đẩy ra ngoài khi có áp suất. Mặt quá bóng làm gioăng trượt; mặt quá thô tạo rãnh sâu mà gioăng mềm không điền kín được.

Rãnh đồng tâm buộc đường rò phải vượt qua nhiều vòng rãnh; rãnh xoắn gia công nhanh hơn. Với gioăng ép đủ chặt, cả hai dạng đều đạt.

Gioăng dùng cho mặt bích RF

Mặt lồi dùng được gioăng vòng (ring) có đường kính ngoài nằm trong vòng bu lông, gioăng xoắn spiral wound, kammprofile và gioăng tấm graphite hoặc sợi nén. Gioăng xoắn cho bích ASME B16.5 theo ASME B16.20 luôn có vòng định tâm ngoài; vòng trong bắt buộc với chất độn PTFE, mặc định với chất độn graphite (trừ khi người mua chỉ định khác) và với cỡ lớn ở Class 900–2500.

Mặt bích FF: phẳng toàn bộ, dùng cho gang, nhựa và áp thấp

Mặt bích FF có bề mặt phẳng từ mép lỗ ống đến mép ngoài bích, gioăng là loại toàn mặt (full face) có đủ lỗ bu lông. Kiểu này gặp ở bích gang, van và bơm thân gang, bích nhựa PVC, uPVC và hệ nước áp thấp PN10, PN16.

Lý do chọn FF cho gang nằm ở cơ học. Gang xám giòn, chịu kéo và chịu uốn kém. Nếu bích gang chỉ tiếp xúc ở một vành hẹp, lực bu lông kéo hai đầu bích về nhau tạo mô men uốn quanh vành đó và tai bích dễ nứt. Mặt phẳng và gioăng toàn mặt cho lực bu lông truyền thẳng qua gioăng, không có điểm tựa lệch.

Bích nhựa cũng dùng mặt bích FF vì nhựa mềm, siết mạnh sẽ biến dạng ở vành chịu lực. Gioăng toàn mặt cao su mềm (độ dày 3 mm) cho phép giữ kín ở ứng suất thấp. Kiểu bích FF cũng dùng cho mặt bích mù đầu cuối đường ống nước, khi đối tiếp là bích FF gang hoặc thép phẳng.

Giới hạn của mặt bích FF là áp suất và nhiệt độ. Diện tích gioăng lớn nên ứng suất ép thấp với cùng lực bu lông, chỉ đủ cho gioăng mềm như cao su hoặc sợi nén, mà các vật liệu này lại có giới hạn nhiệt và áp thấp. Vì vậy hệ hơi áp cao và hóa chất độc hại thường chọn mặt bích RF hoặc mặt bích RTJ.

Mặt bích RTJ: rãnh vòng và vòng kim loại

Mặt bích RTJ có rãnh hình vòng khuyên gia công trên mặt bích, trong rãnh đặt một vòng kim loại đặc (ring joint gasket). Khi siết bu lông, vòng bị ép vào hai mặt bên của rãnh ở hai bích, biến dạng nhẹ và tạo mối kín kim loại với kim loại. Kiểu này dùng cho áp suất cao và nhiệt độ cao, trong thực tế thường gặp từ Class 600 trở lên trong dầu khí, dù ASME B16.5 vẫn có rãnh vòng cho Class 150 và 300. Mặt rãnh gia công nhẵn, Ra tối đa 1,6 µm, vì kim loại không điền được khe nhám như gioăng mềm.

Có ba nhóm vòng thường gặp:

• Vòng R: tiết diện bầu dục hoặc bát giác, dùng với bích ASME B16.5 và API 6B. Vòng bát giác kín tốt hơn nhờ tiếp xúc mặt phẳng nghiêng, nhưng chỉ lắp được rãnh đáy phẳng; vòng bầu dục lắp được cả rãnh đáy tròn kiểu cũ.
• Vòng RX: tiết diện bát giác bất đối xứng, áp suất bên trong đẩy vòng ép vào rãnh (tự tăng lực kín), dùng với bích API 6B.
• Vòng BX: tiết diện vuông vát góc, có lỗ cân bằng áp, dùng cho bích API 6BX ở áp suất rất cao.

Vòng RX lắp vào cùng rãnh với vòng R cùng số (RX-45 vào rãnh R-45) nhưng cao hơn, nên khe hở giữa hai bích thay đổi; chỉ đổi khi thiết kế cho phép. Vòng BX chỉ dùng với rãnh BX. Khi thay vòng, phải đối chiếu số hiệu vòng (R-xx, RX-xx, BX-xx) với số hiệu rãnh.

Vì sao vòng RTJ phải mềm hơn rãnh

Vòng phải biến dạng dẻo để ôm khít mặt rãnh, bù các sai lệch nhỏ của gia công. Nếu vòng cứng hơn rãnh, mặt bích bị cắn lõm và hỏng, trong khi vòng là chi tiết rẻ, thay mỗi lần tháo. Vì vậy vật liệu vòng (sắt mềm, thép carbon thấp, inox) được chọn có độ cứng thấp hơn vật liệu bích; theo ASME B16.20, độ cứng tối đa của vòng sắt mềm là 90 HB, thép carbon thấp 120 HB, thép 4–6 % Cr 130 HB, inox 304/316 160 HB.

Vòng RTJ đã siết không dùng lại. Vòng đã bị ép phẳng và biến cứng nguội, mặt tiếp xúc có hằn rãnh; vòng cũ đặt vào không còn biến dạng đều và dễ rò.

Ký hiệu Type A, B1, B2 theo EN 1092-1 và các kiểu mặt khác

Ký hiệu mặt làm kín theo EN 1092-1

Bích theo EN 1092-1 (bản 2018, đã thay DIN 2501 và BS 4504) ghi kiểu mặt bằng chữ Type, không dùng RF/FF. Khi tra bảng tra mặt bích DIN PN16 cần đổi sang cách gọi này: bích DIN/EN thông dụng dùng Type B1, tương đương mặt bích RF của ASME.

B2 mịn hơn B1 vì dành cho gioăng kim loại hoặc bán kim loại, vốn không điền được khe nhám sâu. EN 1092-1 không có kiểu mặt rãnh vòng RTJ; bích ring joint ở hệ châu Âu thường đặt theo EN 1759-1 (ký hiệu Class) hoặc ASME B16.5. Bảng chỉ giúp đối chiếu cách gọi, không có nghĩa hai bích khác hệ lắp lẫn được: vòng tâm lỗ, số lỗ và chiều cao gờ vẫn khác nhau.

Lồi–lõm, lưỡi gà–rãnh, rãnh O-ring

Những kiểu này luôn đi thành cặp, hai bích đối tiếp phải khác nhau về hình dạng. Lồi–lõm (M/F) có một bích lồi, bích kia lõm đúng khuôn; gioăng nằm trong vùng lõm nên không bị đẩy ra ngoài. Lưỡi gà–rãnh (T/G) có một bích có vành nổi, bích kia có rãnh tương ứng, gioăng nằm trong rãnh. Theo ASME B16.5, gờ lồi cao 6,4 mm và chiều sâu phần lõm, rãnh khoảng 4,8 mm.

Rãnh O-ring (EN 1092-1 Type G/H) chứa vòng O cao su hoặc FKM, gặp ở thiết bị hóa chất và thủy lực. Các kiểu đi theo cặp bù sai lệch kém và phải đặt hàng đúng cặp, nên ít gặp trong hệ nước và khí nén.

Bảng so sánh mặt bích RF, FF và RTJ

Lỗi ghép bích FF với bích RF

Lỗi điển hình: bích thép dùng mặt bích RF ghép với van, bơm hoặc ống gang có mặt bích FF. Khi siết bu lông, hai bích chỉ tựa nhau ở vành của mặt bích RF. Phần bích gang nhô ra ngoài vành đó, đến vòng bu lông, bị bu lông kéo xuống. Đó là một cánh tay đòn: mô men uốn bằng lực bu lông nhân khoảng cách từ vành RF đến vòng bu lông. Gang giòn không chảy dẻo, nên tai bích nứt đột ngột, thường tại lỗ bu lông.

Nứt thường xuất hiện khi siết lần cuối hoặc khi thử áp. Khi kiểu mặt không tương thích, lực siết bu lông mặt bích càng cao thì mô men uốn lên tai bích gang càng lớn.

Cách xử lý:

1. Gia công phẳng vùng gờ RF của bích thép (tiện bỏ gờ) để thành bích FF, hoặc đặt bích thép FF ngay từ đầu.
2. Dùng gioăng toàn mặt có lỗ bu lông, độ dày 3 mm cho bích gang, để lực trải đều.
3. Siết hình sao, tăng dần theo từng vòng, không siết một bu lông đến hết lực.
4. Không dùng gioăng xoắn hoặc kammprofile trên bích gang FF vì cần ứng suất ép cao, vượt khả năng chịu của tai bích.

Với van bướm thân gang, cần phân biệt kiểu thân. Van bướm hai bích (flanged) dùng mặt bích FF, đối tiếp bích thép phải xử lý như trên. Van wafer hoặc lug lót cao su không có mặt bích riêng: lớp lót làm luôn chức năng gioăng, nhiều hãng cho phép kẹp giữa bích RF hoặc FF; xem hướng dẫn của hãng.

Khi mối nối ghép sai kiểu bắt đầu rò, dấu hiệu thường là nước thấm ở một phía hoặc vết nứt chân tóc ở tai bích; hướng dẫn tìm nguyên nhân tại hiện trường có trong bài mặt bích bị rò rỉ.

Cách nhận biết kiểu mặt trên bích thực tế

Phần lớn trường hợp chỉ cần nhìn và đo theo trình tự sau:

1. Nhìn mặt tiếp xúc: mặt phẳng đến sát mép ngoài là mặt bích FF; có vành tròn nổi nằm trong vòng lỗ bu lông là mặt bích RF; có rãnh hình khuyên sâu, mặt nhẵn là mặt bích RTJ.
2. Đặt thước thẳng ngang mặt bích: nếu có khe hở giữa thước và vùng ngoài vòng làm kín thì đó là mặt lồi; không có khe là mặt phẳng.
3. Đo chiều cao gờ bằng thước cặp hoặc dưỡng đo sâu: khoảng 1,6 mm cho Class 150/300, khoảng 6,4 mm cho Class 400 trở lên.
4. Soi bề mặt gờ: rãnh xoắn hoặc đồng tâm là dấu hiệu của mặt bích RF gia công theo tiêu chuẩn; mặt nhẵn bóng không rãnh có thể là bích đặt riêng cho gioăng kim loại hoặc gia công sai, cần đối chiếu đơn hàng.
5. Đọc ký hiệu khắc trên thân bích: bích RTJ theo B16.5 khắc số hiệu rãnh (ví dụ R45) trên vành; nhiều nhà sản xuất khắc thêm RF hoặc FF cạnh cấp áp, nhưng không phải bích nào cũng có, nên luôn đối chiếu với kết quả nhìn và đo.

Phần ký hiệu khắc gồm PN hoặc Class, DN, vật liệu và số mẻ; cách đọc đầy đủ có trong bài đọc ký hiệu khắc trên mặt bích. Kiểm tra đồng thời cả hai mặt bích của mối nối, vì nhầm một bên là đủ để mối nối không kín.

Chọn gioăng và kiểu mặt bích theo điều kiện làm việc

Chọn gioăng theo kiểu mặt

Hình dạng mặt quyết định gioăng nào lắp được, nên gioăng phù hợp với từng kiểu mặt bích cần chọn ngay khi chọn bích. Trên mặt bích FF dùng gioăng toàn mặt, trên mặt bích RF dùng gioăng vòng nằm trong vòng bu lông, trên mặt bích RTJ dùng vòng kim loại R, RX hoặc BX.

Đối với hệ nước, khí nén và hóa chất loãng, gioăng mặt bích cao su (EPDM, NBR) là loại phổ biến; môi chất nóng, áp cao thì dùng gioăng xoắn hoặc graphite. Hãy tính cả nhiệt độ, áp suất và môi chất, rồi đối chiếu với giới hạn của mỗi vật liệu.

Chọn kiểu mặt bích

• Bích gang, bích nhựa, van và bơm thân gang: chọn mặt bích FF, gioăng toàn mặt.
• Thép carbon, inox, hơi, dầu, hóa chất, Class 150–300: chọn mặt bích RF gờ 1,6 mm; từ Class 400 trở lên chọn mặt bích RF gờ 6,4 mm.
• Áp suất cao, nhiệt độ cao, chu kỳ nhiệt: cân nhắc mặt bích RTJ với vòng kim loại, theo thiết kế dự án.
• Cặp bích đã có sẵn: bích mới phải cùng kiểu mặt với bích đối tiếp; nếu một bên là gang FF thì dùng FF hoặc gia công phẳng RF.

Danh mục mặt bích thép, inox các kiểu cho thấy các dạng bích (hàn cổ, hàn trượt, bích mù) trên cùng một nền mặt bích RF hoặc mặt bích FF; khi đặt hàng nên ghi rõ cả kiểu bích lẫn kiểu mặt, ví dụ “bích hàn cổ ASME B16.5 Class 150 RF, A105, DN100”.

Viva hỗ trợ tư vấn kiểu mặt bích, gioăng và vật liệu theo bản vẽ hoặc thông số đường ống tại Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội. Gửi kèm tiêu chuẩn, DN, cấp áp suất và môi chất để được kiểm tra khả năng ghép với thiết bị hiện có.

Câu hỏi thường gặp về mặt bích RF, FF, RTJ