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ASME培训教程 ASME规范第VIII 1卷 压力容器 课程分类 VIII 1卷的构成材料设计制造无损检测压力试验 打钢印和出数据报告 VIII 1卷的构成 目标通过本课程的学习 你将了解到ASME锅炉压力容器规范的组成 以及第VIII 1卷的构成及其运用 基本掌握如何查阅第VIII 1卷的有关条文 课程概况ASME锅炉压力容器规范的组成第VIII 1卷的构成及其运用如何查阅规范条款 ASME锅炉压力容器规范的组成 2001ASME锅炉压力容器规范SECTIONSI动力锅炉II材料技术条件PartA 钢铁材料PartB 有色金属材料PartC 焊丝 焊条及填充金属PartD 材料性能IIISubsectionNCA Division1和Division2的总要求Division1SubsectionNB 1级部件SubsectionNC 2级部件SubsectionND 3级部件SubsectionNE MC级部件SubsectionNF 设备支撑SubsectionNG 堆芯支撑结构件SubsectionNH 在高温工况下运行的1级部件Appendices Division2 混凝土反应堆容器和安全壳规范Division3 核燃料废料 高辐射材料及废料的储存和运输包装安全要求IV加热锅炉V无损探伤VI加热锅炉的维护和运行推荐规范VII动力锅炉的维护指导规范VIII压力容器Division1Division2 另一规则Division3 建造高压容器的另一规则IX焊接和钎焊评定X玻璃钢压力容器XI核电厂设备在役检验规范 增补彩色页增补包含对规范的增订和修改 每年出版一次 第一次增补与新版本同时出版 并自动寄给相应的规范购买者 解释ASME对规范技术方面的询问作出书面的解释 并将规范解释作为规范更新服务的一部分 规范解释不能作为规范或增补的一部分 案例锅炉压力容器委员会定期召开会议 对所建议的增订和修改进行讨论 并形成案例以澄清现有规范的意图 或者 在紧急的情况下 对现有规范中没有提到的材料或建造方法作出规定 已经采纳的规范案例刊登在相应的规范案例卷中 1 锅炉压力容器 2 核设备 第VIII 1卷的构成 前言SubsectionA 一般要求PartUG所有建造方法和所有材料的一般要求SubsectionB 有关压力容器制造方法的要求PartUW焊制容器PartUF锻制容器PartUB钎焊容器SubsectionC 有关材料类别的要求PartUCS碳钢和低合金钢容器PartUNF有色金属容器PartUHA高合金钢容器PartUCI铸铁容器PartUCL复合层材料容器PartUCD球墨铸铁容器PartUHT热处理材料容器PartULW多层容器PartULT低温材料容器 材料表附录1 31强制性附录 A EE非强制性附录 建议性的好方法 使用规范时 应查阅整个条款 包括所引述的其它条款 如果你找到了你想知道的而停止继续查阅 你可能会漏掉后面的有关要求 例如 UW 11包含好几个子条款 要全面理解必须全面查阅 规范条款的使用方法 ASME材料 目标本课程结束后 你将了解到怎样确定允许使用的材料 怎样确定材料的特殊要求 另外 你还将了解一些材料技术条件及其运用 课程概况允许使用的材料和选用SectionII材料技术条件焊材冲击试验要求材料的返修材料的检验和标记 允许使用的材料和选用 在为VIII 1卷压力容器选用材料时 应查阅以下不同的资料 SubsectionA材料的一般要求ISubsectionB制造方法和特殊工况影响材料的选择SubsectionC针对特殊材料的要求材料表 给出VIII 1卷允许使用的材料 UCS 23 UHS 23 UNF 23等 强制性附录SectionII材料的详细要求PartA 钢铁材料PartB 有色金属PartC 焊材PartD 材料性能有关规范案例金属学基础金属通常划分为钢铁材料 铁 50 和有色金属 含有一种以上元素的金属为合金 铁合金 SA XXX 铸铁 碳 2 非常脆 不易焊接 适合于制造复杂形状的部件 钢材 碳 2 不脆 有韧性 较易焊接 碳钢 含硅 锰 用于较低温度 低合金钢 含铬 10 钼 镍 锰 用于腐蚀 高 低温 按化学成分和性能 不锈钢可分为 马氏体不锈钢 如410 高铬 12 导磁 可通过热处理改善强度和硬度 铁素体不锈钢 如405 403 导磁 不可通过热处理来改善强度和硬度 奥氏体不锈钢 如200 300系列 不导磁 不可通过热处理来改善强度和硬度 奥氏体 铁素体双相不锈钢 329 高强度 比奥氏体不锈钢具有更好的耐腐蚀性 钢的热处理 ASME规范产品制造中会使用到两个临界温度 下临界温度 A1 合金开始向奥氏体转变上临界温度 A3 合金全部转变成奥氏体正火将钢加热到A3以上大约100 F 然后在静止空气中冷却 目的是使钢的组织均匀 使硬度高于钢在退火状态的硬度 退火将钢加热到A3以上大约50 F 然后随炉缓慢冷却 目的是细化晶粒 使材料软化 焊后热处理加热到A1以上的温度 目的是降低制造和焊接应力 降低热影响区的硬度淬火钢加热后的冷却速度对提高钢的硬度和强度非常重要 如SA 517这样的钢种 其强度主要靠淬火获得 回火淬火后的钢非常脆 为增加韧性 将其加热到A1以下 然后冷却以得到所期望的高强度和良好韧性的综合性能 参见 StructuralAnalysisandDesignofProcessEquipment JawadFarr 有色金属主要用于强腐蚀 高温的环境 铝合金 不导磁 具有良好的可成型性 高的强度 重量比 铜合金 良好的耐腐蚀性和机械加工性能 镍合金 极好的耐腐蚀性和高温抗氧化性能 钛和锆合金 耐腐蚀性极强 有色金属合金的热处理退火将材料加热到一定的温度 然后缓慢冷却 目的是使材料软化 消除冷加工应力 正火将材料加热到稍高于退火温度 然后以比退火快的冷却速度冷却 固溶处理在足以使各合金元素可随机弥散的高温下进行的热处理 稳定化低温加热以稳定某种合金元素 温度处理对合金以一定的温度处理以产生一稳定的性能 参见 StructuralAnalysisandDesignofProcessEquipment JawadFarr VIII 1卷的材料UG 4到UG 8 UG 10 UG 12到UG 14 受压件的材料必须是ASME规范SectionII中的材料 并限于那些在UG 23提到的材料 例外 UG 4 b 非受压件材料仅须具有可焊性即可 UG 9 焊接材料 UG 11 a c 允许使用的ASME ANSI标准 见规范解释VIII 77 86 UG 13 b 垫片仅须是可锻纲 Wroughtsteels 即可 UG 15 同牌号的可锻材料 Wroughtmaterials 已被批准作为可使用材料 但在 采购清单 中没有列入的此材料 见规范解释VIII 1 89 194 强制性附录规定的材料 规范案例允许的材料 材料的许用应力总则对于大多数锅炉压力容器规范卷册 许用应力可在SectionIIPartD 材料性能中找到 用于 计算所需要的厚度与计算应力值比较SectionIIPartD所列材料顺序按合金含量递增排列 碳钢铬 钼钢不锈钢 在同一 公称化学成分 以内 材料的顺序按抗拉强度递增排列 非常便于设计人员使用 合金类型 强度等级 对于某一具体合金牌号 首先看一下技术条件 找出它的公称合金含量和抗拉强度 表1A和1B已于1999增补作了全面修改 以反映出用新的设计安全系数3 5重新计算的抗拉许用应力 VIII 1卷对于第VIII卷来说 SectionIIPartD中的表1用于VIII 1卷 表2用于VIII 2 表1进一步分为两部分 表1A 钢铁材料表1B 有色金属材料对于铸铁 UCI 球墨铸铁 UCD 和低温材料 ULT 许用应力在VIII 1卷中 而不是SectionIIPartD 使用此表时应注意以下两点 确认你所查阅的那一行在VIII 1卷一栏里没有 NP NotPermitted 字样 确认已查阅过与VIII 1卷有关的注释 另外 UG 45 c 接管剪切许用应力 接管抗拉许用应力的70 UW 15 c 焊缝的许用应力是容器材料许用应力的百分之几 坡口焊缝抗拉许用应力 74 坡口焊缝抗剪许用应力 60 角焊缝抗剪许用应力 49 用于按UG 41的补强强度计算 SubsectionA一般要求SubsectionA中有关材料的基本条款为 UG 4一般要求UG 5板材UG 6锻件UG 7铸件UG 8管道和管子UG 9焊接材料UG 11预制和预成形受压件UG 12螺栓和螺柱UG 13螺母和垫圈UG 14棒材一般来说 在VIII 1卷的其它章节中 如UCS UHA等 关于材料的要求通常都具有相同的段落编号 UG 4 a UG 4 a 将用于承受压力应力的材料限于那些由SubsectionC允许使用的材料 同时还提到了UG 9 10 11 15和强制性附录 给出其它允许使用的材料UG 4 b 材料不符合SubsectionC允许的技术条件可用于非受压件 但必须符合UW 5 b 的要求 UW 5 b 指出 必须证实材料具有可焊性 一般来说 如果材料可按UG 10 11 15或93识别 或者 其化学成分 机械性能已知 按第IX卷进行了焊接工艺评定即可证实材料的可焊性 如果材料不符合上述要求 每一块未识别的材料必须按第IX卷QW 451的规定进行导向弯曲试验 UG 4 b 还提到 未能按UG 93识别的材料 其许用应力不能超过SubsectionC允许的类似材料的许用应力的80 换句话说 在进行载荷计算时 你只能使用该材料许用应力值的80 UG 4 d 如果材料既没有列入VIII 1卷 又不符合UG 10或15 要使用此种材料可按附录B向ASME提交申请 ASME通常要求 此种申请是针对已向ASTM提交过申请的材料 按照附录B 在一般情况下 可能会出版一份规范案例 允许采用这种材料 UG 4 f UG 4 f 建议 设备的用户或其指定代理应确认建造容器所使用的材料适合于预期的工作环境 即在设备的预期使用寿命期限内 能保持要求的机械性能 具有抗腐蚀 抗侵蚀 抗氧化及其它老化的能力 UG 10未能完全识别的材料通常认为只有 规范 认可的材料才能用于规范容器的制造 但是 在UG 4 a 中提到 UG 10允许使用未完全识别 或可按本卷不允许使用的某个技术条件加以识别 即按此技术条件制造的材料 只要其满足UG 10 a b c 的相应要求 UG 10 a 可按材料制造厂提供的完整证明加以识别的材料UG 10 a 允许使用VIII 1卷中没有列入的材料 只要此材料可以识别 并能够通过炉批号追踪到材料制造厂的原始化学成分 此段叙述了为使用这类材料需要进行的步骤 简单地说 你应将这类材料的理化性能与ASME允许使用的材料进行比较 如果一致 即可对其认可 此认可步骤可以由ASME持证厂家或材料制造厂完成 UG 10 b 可按生产批号识别 但不能按UG 10 a 认可的材料UG 10 b 允许使用VIII 1卷中没有列入 虽可识别但不能追踪到材料制造厂原始化学成分的材料 与UG 10 a 一样 此段也叙述了为使用这类材料需要进行的步骤 不过 在此种情况下 你必须对每一炉号都进行理化性能试验 并将试验结果与ASME允许的技术条件相比较 如果相符 你可认定此材料符合SectionII的相应材料技术条件 此认可步骤只能由ASME持证厂家完成 UG 10 c 未完全识别的材料UG 10 c 允许使用VIII 1卷中没有列入 不能识别 也不能追踪到材料制造厂原始化学成分的材料 此段叙述了为使用这类材料需要进行的步骤 与UG 10 b 相似 但你必须逐件进行试验 此段只能由ASME持证厂家运用 UG 15技术条件的材料形式如果材料以一种材料形式列入SubsectionC UG 15允许使用SectionII中的同种材料的另一种材料形式 例一SA 182 317L符合SA 240 317L级别材料的要求 并且在SubsectionC中列有SA 182的材料形式 因此 SA 182 317L可以用于受压材料 尽管SubsectionC中没有列入此材料 注 此材料现已列入SubsectionC 例二 摘自HSBPressurePoints September1999 问 我们正在为一个要求使用SA 240UNS32950双相不锈钢的项目报价 我们发现此合金并没有列入TableUHA 23中SA 240板材里 但在Pipe和Tube材料形式 SA 789和SA 790 里却列有相同的合金 此材料是否可以用于VIII 1容器的建造 答 可以 通过运用UG 15 可以使用此材料 此条款提到的情况是 规范以一种或几种材料形式 如 管子 锻件 列入了某一合金 但未列入相同合金的其它材料形式 如板材 棒料 只要此板材和棒料技术条件列入了VIII 1卷的SubsectionC 含盖了相同级别的其它材料形式 则可以使用此相同级别的其它材料的许用应力 当然 有必要去核实材料的理化性能 热处理 等等 符合相应技术条件的要求 另外 对于焊接管材 许用应力应作必要的调整 UG 7铸铁材料UG 7规定 铸铁材料的许用应力应乘于UG 24给出的质量系数 UG 24对除PartUCI外的铸铁材料规定了质量系数UG 9焊材UG 9要求用于生产的焊材应符合SectionVIII 1 SectionIX 和相应的WPS 符合SectionIIPartC技术条件的焊材 如果材料标记符合技术条件的规定 可按标记验收 非规范焊材 如果标记符合WPS上的规定 也可按标记验收 UG 11预制或预成形的受压件UG 11提到 一些受压件的制造可以不提供制造厂部件数据报告 这些受压件包括 铸造 锻 轧制或模锻的标准受压件 管件 法兰 等 铸造 锻 轧制或模锻的非标准受压件 壳体 封头 可拆除封门 等 除容器壳体 封头外 焊制受压件 焊制标准管件 焊制封帽 等 这些部件不是按ASME ANSI标准 如那些列入UG 44中的标准 就是按制造厂标准制造 这些标准对标在部件上或在制造厂样本中说明的压力 温度等级作出了规定 焊制受压标准件UG 11允许使用除壳体或封头外的其它焊制标准受压件 并引述到UG 44以及制造厂标准 此只制造厂标准必须 符合UW 26到UW 40 或ASTMA 234的要求 对于ANSI标准件也是如此 提供质量证明 如果不能作标记的话 RT和任何热处理可以由标准件厂进行 但必须随件提供证明 UG 44ASME ANSI标准UG 44列出了可用于VIII 1卷的ASME ANSI标准 这些标准的版本号见TableU 3 材料类型在SubsectionC中有关材料的条款通常是UXX 5至UXX 15 在SubsectionC中有以下材料类型 UCS 碳钢UCI 铸铁UHT 热处理钢UNF 有色金属UCL 复合材料ULW 多层容器 UHA 高合金UDC 球墨铸铁ULT 低温材料碳钢和低合金钢SubsectionC中PartUCS是关于碳钢和低合金钢材料 有关一般要求的条款有 UCS 6板材UCS 7锻件UCS 8铸件UCS 9管材UCS 10螺栓UCS 11螺母 垫圈UCS 12棒料和型材UCS 5一般要求UCS 5是关于碳钢和低合金钢的一般要求 重复UG 4 a 的要求 提到TableUCS 23 此条规定 如材料的含碳量超过0 35 不允许焊接或气割 UCS 6板材UCS 6讨论碳钢和低合金钢 对使用SA 36和SA 283材料制造受压部件规定了以下几条限制 不能用于有毒介质 不能用于非受火蒸汽锅炉 对于壳体 封头或管接头 允许对承力焊缝施焊的最大厚度为5 8 15 8 SectionII中的技术条件类型SectionII中技术条件基本上可分为以下三种类型 材料技术条件 如SA 285 通用技术条件 如SA 20 试验技术条件 如SA 370 材料技术条件的构成 SectionII中的技术条件的构成基本一致 以SA 285为例 范围叙述一般性要求有关文件引述ASTMA 20 SA 20 一般要求和采购依据叙述采购协议和引述ASTMA 20化学成分Table1给出各级别的化学成分机械性能给出抗拉 屈服和延伸率要求补充要求由于材料的使用环境要求 采购方有必要规定补充要求 这些补充要求可以在技术条件中找到 也可以在通用技术条件中找到 这些补充要求不是强制性的 仅是在采购方认为有必要时才使用 SA 285中提到补充要求的条款是3 3 写道 除本技术条件中的基本要求外 当要求对试验或检验进行附加控制以满足最终使用要求时 可以使用附加要求 采购方可查阅技术条件中所列的附加要求 也可查阅A 20 A 20M中详细规定 通用技术条件SectionII中的通用技术条件有 PipeSA 530 TubeSA 450不锈钢板SA 480碳钢 低合金钢板SA 20结构钢板 型钢SA 6SA 450中的标记要求SA 450是Tube的通用技术条件 对Tube的标记有以下规定 制造厂名称或商标 技术条件号和级别 如果技术条件中的某项试验将由采购方完成 X Y或Z字母应标在技术条件号后面 此标记必须采用喷印方式 除非Tube的直径小于1 1 4 32 则可以使用标签 材料的试验和检验基本材料技术条件提出材料的试验和检验项目和要求 对于机械性能试验将要求查阅SA 370 化学成分试验查阅E 30 同时还要查阅相应的通用技术条件 试验结果必须按技术条件的要求进行记录 SectionII要求的试验类型 SectionII要求进行的试验有 化学成分所有材料机械性能所有材料水压试验管子类材料超声波调质钢涡流管子类和铸件SectionII要求的机械性能试验SectionII要求的机械性能试验有 抗拉 屈服除个别碳钢外 所有材料硬度锻件 管子和棒材弯曲管子或棒材压扁管子类材料导向弯曲填充金属 焊制产品Charpy冲击碳钢 低合金钢填充金属SA 20概述SA 20是碳钢低合金钢的通用技术条件 其构成如下 范围叙述运用SA 20的材料技术条件相关文件给出用于试验的引用文件 如SA 370 术语对钢材制造的术语给出定义采购依据说明在采购订单里应说明的项目制造说明要求使用的熔炼方法热处理说明所要求的热处理 如正火化学分析说明化学分析如何进行及其要求金相组织说明晶粒度和确定晶粒度的试验方法质量说明表面 边缘的验收要求 焊接返修要求试验方法说明要求使用的试验方法抗拉试验说明抗拉试验的数量和位置缺口韧性引用SA 370 说明标在材料上的字母标记材料标记说明钢板标记的部位和方法尺寸和重量给出重量要求 尺寸要求检验和试验说明与采购方检验人员的接口复验引用SA 370 同时也给出了一些例外情况重复热处理如果要求复验 给出了重复热处理的要求拒收略包装包装 标记和装运的一般要求与材料技术条件一样 SA 20也包含有附加要求 是否采用这些附加要求通常由规范或用户提出 冲击试验就是一个例子 标记要求SA 20对碳钢低合金钢的标记作了强制规定 包括 制造厂名称或商标 炉 批号 技术条件号 材料级别或类别 这些标记必须用钢印打在材料上 除非 板厚在1 4 以下 采购方规定喷印 SA 178 SA 209中关于标记的要求除通用技术条件外 材料技术条件也对材料标记提出特殊要求 例如 Tube技术条件SA 178要求将 ERW 标在每一根Tube上 如果是用人工做标记 要求将此标记标在距离端部8 203 处 又例如 Tube技术条件SA 209要求标记除要符合SA 450外 还应在Tube上标出 Hot finished 或 Cold drawn UG 94中关于授权检验师 AI AI应对所有的材料进行检查 核实材料上是否具有相关技术条件规定的识别标记 SA 370概述SA 370是关于钢材机械性能试验方法的技术条件 内容概括如下 范围对本技术条件含盖的拉伸 弯曲 硬度和冲击等具体要求给出了索引 相关文件列出引用的ASTM标准 如 E 23金属材料的缺口式样冲击试验 注意事项说明一些必须知道的事项 如果处理不适当 可能会得到错误的结果 取样方向说明纵向 环向式样的制取 说明拉伸试验的定义式样参数说明不同产品 如锻件 铸件 等 其式样的参数 包括拉伸式样的尺寸和公差 板材式样板材式样的拉伸试验 薄板式样薄板式样的拉伸试验 圆形式样机加工原形式样的拉伸试验 标距延伸率测定标距点的位置 试验设备和操作加载程序及按ASTME4进行鉴定 试验速度 定义拉伸试验定义见ASTME 6 抗拉性能确定说明确定屈服点 和其它抗拉性能的方法 说明弯曲试验式样Charpy冲击式样的尺寸 缺口的方位 试验设备和条件说明试验机和温度测量仪的一般特性和鉴定要求 试验结果冲击试验结果的记录和解释 验收标准确定试件强度要求的验收标准 补充要求对不同材料提供特殊的补充要求 焊接材料 SectionII PartCSectionII PartC是焊接材料的技术条件卷册 SFA 5 1及其它技术条件均规定了关于焊材标记的要求 内容如下 包装上 AWS技术条件号和分类 制造厂名和牌号 标准尺寸和净重 批号 控号 或炉号焊条上焊条上距离夹持端1 1 2 范围内应标有AWS分类代码UG 9焊接材料UG 9允许使用未列入规范的焊接材料 材料试验报告 MTR 可以不要 但必须满足 焊材包装的标记符合SectionII的要求 或包装上的标记可追踪到用于焊接工艺评定的焊材 SectionII PartC推荐的焊材保存要求 1 由于焊材在制造方面存在着不同 因此 对于这些焊条的具体烘干要求应根据焊条厂商的推荐 2 从制造厂的包装里取出之后 其它试验在某些情况下 VIII 1卷要求在SectionII的基础上再附加一些材料试验项目 如 UCS 85UNF 95UHA 52UHT 6UHT 81附加试验由于使用或设计条件 VIII 1卷要求的附加试验有 Charpy冲击试验 用于低温条件下的碳钢 低合金钢 热处理过的铁素体钢 WPS评定 如有要求的话 落锤试验 由于低温的热处理铁素体钢 RT PT或MT 焊缝 堆焊和铸件 UT厚壁铸件 及某些焊缝 结合面剪切 结合面拉伸试验 整体复合钢板 其它有关材料的条款在处理规范材料问题时 必须查阅VIII 1的所有部分 其它关于材料的条目有 UG 84UCS 66UHA 51 冲击试验要求 碳钢 低合金钢背景VIII 1卷在87A之前对于碳钢 低合金钢用于设计温度在 20 F 29 C 以上的容器可不做冲击试验 尽管运行记录表明按规范建造的容器是非常安全的 但脆性破坏越来越引起重视 曾经发生过的少数脆性破坏大都发生在水压试验过程中 现有的缺口韧性法则是以线性弹性断裂力学 LEFM 理论为基础 并根据材料的试验结果建立的 同时 也广泛考虑了好的经验 以及压力容器工业里脆性破坏的低发生率 冲击性能材料的缺口韧性与以下因素有关 温度厚度应力UG 20 b 最低金属设计壁温 MDMT 容器运行过程中的最低温度 MDMT 必须与相应的MAWP一起标在容器的铭牌上 冲击试验法则的主要特点是 使用一组冲击试验免除曲线 该曲线按MDMT对应于元件的厚度将常用的钢材分成了四个组 冲击免除曲线是依据钢材的韧性在一定的温度区域内呈现急剧变化这一特性建立的 对于给定的材料 如果MDMT在曲线上或在曲线的上方 则用冲击试验来证实材料的韧性是没有必要的 冲击试验如果要求进行冲击试验 UG 84规定了应该使用的程序 应该假设要求进行冲击试验 除非在SubsectionA或C中找到了可以免除的依据 UG 84接着提到 试验的程序和设备应符合SA 370的要求 冲击式样 小截面式样的厚度见UG 84 c 图UG 84冲击式样 Charpy试验 UG 84 c 4 b Charpy冲击试验UG 84 c 4 b 规定 对于抗拉强度大于或等于95 000PSI的TableUCS 23的材料 以及TableUHA 23的材料 其相应的最小侧向膨胀量应按UHT 6 侧向膨胀量 图UG 84 1 TableUG 84 2小尺寸式样 厚度温度降低值in F 0 394 全尺寸 00 35400 31500 295 3 4尺寸 50 27680 262 2 3尺寸 100 236150 197 1 2尺寸 200 158300 131 1 3尺寸 350 118400 099 1 4尺寸 50 允许用线性插值法求得中间值 TableUG 84 3 TableUG 84 4 注 冲击试验温度可以高于最低金属设计壁温的温度数值见此表 冲击试验要求对于碳钢低合金钢材料 应首先假定要做冲击试验 然后再来确定是否可以免除 UG 20 f 免除冲击条款如果满足以下条件 P 1Group1或2的材料的冲击试验可以免除 材料的控制厚度 1 2 12 7 对于Fig UCS 66曲线A的材料 1 25 4 对于Fig UCS 66曲线B C或D的材料 整台容器按UG 99 b c 或 k 进行水压试验 设计温度不低与 20 F 29 C 不高于650 F 343 C 由于季节性温度变化引起的操作温度偶然低于 20 F 29 C 是允许的 热 冲击或循环载荷不是设计的关键因素 见UG 22 UCS 66材料除非另有条款给予免除 对于最低设计金属壁温和厚度的交点落于代表材料的曲线下方 必须进行冲击试验 如果温度 厚度的交点落于曲线上或上方 对母材可不必做冲击试验 壳体 管接头 人孔接管 开孔补强板 法兰 管板 平封头板 焊缝衬垫 与容器构成结构整体并与受压件相焊的装接件 都应分别判断是否要进行冲击试验 Fig UCS 66根据材料的牌号 如果最低金属设计壁温和厚度的交点落于Fig UCS 66相应曲线的上方 可免做冲击试验 图中使用的厚度按UCS 66 a 1 3 的定义来确定 UCS 66 a UCS 66 a 定义的厚度有以下4种类型 铸件 除铸件外 其它用对接焊缝连接的材料 除铸件外 其它用角接焊缝连接的材料 除铸件外 其它非焊接件 如 螺栓连接的平封盖 UCS 66 a 不管什么材料 对于以下情况 必须进行冲击试验 如果焊缝处的控制厚度大于4in 100 并且MDMT 120 F 48 C 必须进行冲击试验 控制厚度超过6in 152 用螺栓连接的元件 如果MDMT 120 F 48 C 必须进行冲击试验 UCS 66 b 降低温度UCS 66 b 允许使用Fig UCS 66 1进一步降低由Fig UCS 66确定的最低金属设计壁温 另外 UCS 66 b 还对使用Fig UCS 66 1提出了2条限制 最低金属设计壁温不能低于 55 F 48 C 除非实际拉应力与许用应力的比值小于0 35 在这种情况下 可不进行冲击试验 且 55 F 48 C 的限制不适用 所有的材料在 55 F 48 C 以下均应做冲击试验 除非实际应力与许用应力的比值小于0 35 在此情况下 温度不低于 155 F 103 C 可不做冲击试验 UCS 66 b 1 b 允许将Fig UCS 66 1和Fig UCS 66 2用于承受非一次薄膜应力的元件 如平封头 管板 法兰等 按UCS 66 b 1 c 对于用焊接连接的法兰 其MDMT可按与其相连的管颈或壳体确定的温度降低值一样予以降低 UCS 66 c 免除UCS 66 c 规定 ASME ANSIB16 5和B16 47铁素体钢法兰 以及SA 216GRWCB制成的对开式活套法兰用于设计金属温度等于或高于 20 F 29 C 时 可不必进行冲击试验 UCS 66 d 免除UCS 66 d 允许对厚度小于0 10in 2 5 的材料免除冲击试验 对于材料为P No 1的小直径管子 NPS4或以下 当厚度不超过对应于规定最小屈服强度值的以下厚度值时 可免做冲击试验 规定最小屈服强度ksi最大厚度in mm 20 350 237 6 36 450 125 3 2 46和更高0 100 2 54 UCS 66 e UCS 66 e 规定 对于厚度小于1 4 6mm 的板材 材料技术条件要求的制造厂标记不能使用钢印 除非符合规定的条件可以例外 UCS 66 f 除非按Fig UCS 66可以免除 规定最小屈服强度值大于65ksi的材料必须进行冲击试验 UCS 66 g 按材料技术条件由材料制造厂做过冲击试验的材料 只要MDMT不低于材料技术条件规定的温度 或低于材料技术条件规定的温度不超过5 F 3 C 容器或部件制造厂不必再进行冲击试验 UCS 66 h 保留在焊缝上的衬垫和其它规范材料一样 必须判断是否要求进行冲击试验 对于衬垫属于曲线A的材料 如厚度不超过1 4 6mm 且MDMT 20 F 可免做冲击试验 UCS 66 i 对于做过冲击试验的材料 如果Fig UCS 66 1定义的比值小于1 0 最低金属设计壁温低于冲击试验温度的数值不得超过Fig UCS 66 1规定的允许降低温度值 而且 决不允许低于 155 F 104 C Fig UCS 66 1和Fig UCS 66 2还可以用于承受非一次薄膜应力的元件 如平封头 管板 法兰等 对于用焊接连接的法兰 其MDMT不可低于与其相连的管颈或壳体的冲击温度减去确定的允许温度降低值 UCS 160UCS 160为操作温度低于铭牌MDMT的容器提供指导 由于UG 116的修改 在MDMT下的压力必须等于MAWP 这样可能造成许多容器的MDMT比原来的更高 本条有助于为那些随着温度降低 如在开启 关闭的自冷阶段 而压力和总体一次薄膜应力也随之降低的容器 确定安全的操作压力和温度 冲击试验的控制厚度Fig UCS 66使用的厚度是按UCS 66 a 1 3 的定义确定的 UCS 66 a 1 焊接件 a 对接接头 最厚接头处的公称厚度 b 角接接头 两被连接件中较薄件的厚度 c 平封头 管板 两被连接件中较薄件的厚度 或t 4 取较小值 如果焊接件的控制厚度超过4 101mm 且其MDMT 120 F 49 C 必须做冲击试验 UCS 66 a 2 铸件的控制厚度为铸件的最大公称厚度 UCS 66 a 3 非焊接平板状件 如螺栓连接法兰盖 管板 平封头等 的控制厚度为平板状件的厚度除以4 t 4 如果非焊接件的控制厚度 6 152mm 且MDMT 120 F 49 C 必须进行冲击试验 UCS 66 a 4 非焊接的成形封头 见Fig 1 6sketch c 的控制厚度为法兰的厚度除4 t 4 或封头成形处的厚度 取较大值 UCS 67焊接工艺的冲击试验焊接工艺规程试验 UCS 67 a 有填充金属的焊缝 凡属下列情况之一 焊缝金属必须按UG 84做冲击试验 任何一边母材要做冲击试验 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料 TableUG 84 3 或曲线C或D的母材 且当 55 F MDMT 20 F 48 C MDMT 29 C 时 除非焊材已按相应的SFA技术条件在不高于MDMT的温度下进行过冲击试验并按此分类 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料 UCS 66 g 当MDMT 55 F 48 C 时 UCS 67 b 无填充金属的焊缝 在下列情况下焊缝应做冲击试验 1 焊缝处的厚度 1 2 13mm 无论MDMT为多少 或 2 焊缝处的厚度 5 16 8mm 且当MDMT 50 F 10 C 注 此处不包括ERWPipe Tube材料 UCS 67 c 焊缝热影响区 HAZ 应做冲击试验 当 1 母材要求做冲击试验 2 焊缝有单个焊道的厚度 1 2 13mm 且MDMT 70 F 20 C 3 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料 UCS 66 g 当MDMT 55 F 48 C 时 UCS 67 d 按UG 84 i 进行的容器产品冲击试验属下列情况之一可以免除 1 焊缝金属连接的母材按UCS 66免除了冲击试验 且MDMT 20 F 29 C 2 属于UCS 67 a 2 曲线C D 或按技术条件进行过冲击试验的材料且 55 F MDMT 20 F 48 C MDMT 29 C 或 a 3 按技术条件进行过冲击试验的材料 当MDMT 55 F 48 C 定义的焊缝金属 3 HAZ所在母材按UCS 66免除了冲击试验 但当UCS 67 c 3 按技术条件进行过冲击试验的材料 当MDMT 55 F 48 C 适用时除外 UCS 68设计对于P No 1材料 当进行了焊后热处理 而此焊后热处理又不是规范要求的 此时UCS 68允许将MDMT降低30 F 17 C UNF 65注意 关于冲击试验是否免除的判断 对有色金属也有规定 如当有色金属符合下列条件时 可免除冲击试验 轧制铝合金用于 452 F或以上 铜和铜合金 镍和镍合金 铝合金铸件用于 325 F或以上 钛和锆用于 75 F或以上 UHA 51高合金材料的冲击试验UHA 51于1994增补作了全面修改 此条的构成如下 试验要求 UHA 51 a 母材 焊缝和HAZ的试样 验收标准 复验要求 UHA 51 b 焊缝和HAZ的要求 UHA 51 c 有热处理时的特殊要求 免除试验 UHA 51 d 母材和HAZ UHA 51 e 焊缝 UHA 51 f 容器 产品 焊缝 UHA 51 g 低应力情况下的免除 UHA 51母材的冲击要求 高合金钢是否要做冲击试验 UHA 51焊缝金属的冲击要求 UHA 51 c 母材UHA 51 c 当进行了热处理 则要求做冲击试验 注意 此要求超越UHA 51中其它任何免除条文 只要进行了下列热处理 就要求在MDMT下 但最高不超过70 F 做冲击试验 c 1 奥氏体不锈钢 900 F到1659 FType304 304L 316 316L经900 F到1300 F的热处理 如果MDMT不低于 20 F 且容器 产品 经过热处理的A B类接头的焊缝金属做冲击试验 可免除冲击试验 c 2 奥氏体 铁素体双相不锈钢 600 F到1759 F c 3 铁素体铬不锈钢 800 F到1350 F c 4 马氏体铬不锈钢 800 F到1350 F 不锈钢的分类前面已经简单提到过 不锈钢分为5类 奥氏体铬 镍 奥氏体铬 锰 奥氏体 铁素体双相 铁素体 和马氏体 VIII 1卷使用的不锈钢主要有以下种类 关于不锈钢的分类可参见 SA 479中的Table2机械性能要求ASME材料手册 第10版 卷1 184页 UHA 51 d 母材UHA 51 d 是关于母材和HAZ免除冲击试验的条款 如厚度小于0 099in 2 5mm 或符合下列母材和MDMT的组合 冲击试验可以免除 注 公称厚度指的是按UCS 66 a 确定的公称控制厚度 UHA 51 b 焊接工艺评定 焊缝和HAZ UHA 51 b 是关于焊接工艺评定要求做冲击试验的条款 当焊接接头 母材或焊缝金属 任何部分要求做冲击试验 那么 焊接工艺规程 WPS 的评定必须做冲击试验 UHA 51 e 焊接工艺评定 焊缝和HAZ UHA 51 e 是关于焊缝是否免除冲击试验的条款 对于焊缝符合以下焊缝金属与MDMT的组合 除非UHA 51 c 另有要求外 可免除冲击试验 注 用符合SFA 5 4 SFA 5 9 SFA 5 11 SFA 5 14 SFA 5 22技术条件的焊材焊成的焊缝 注 公称厚度指的是按UCS 66 a 确定的公称控制厚度 UHA 51 g 母材 HAZ和焊缝UHA 51 g 是关于在低应力下免除冲击试验的条款 当设计拉应力与许用应力的比值小于0 4时 且没有进行UHA 51 c 所述的热处理 那么 对于任何UHA 23的材料 母材 HAZ 和焊缝金属 均可以免除冲击试验 UHT 6UHT 6对材料冲击试验提出了以下一些附加要求 板材试样必须横向切取 与轧制方向垂直 当使用温度低于 20 F时 对于SA 517 SA 508等材料应进行落锤试验 UHT 6还给出了侧向膨胀的验收标准 UG 84 i 产品冲击试板UG 84 i 规定 当规范的其它条款 如UG 67 UHT 82或UHA 51要求做冲击试验时 必须为所有的焊接接头制备产品冲击试板 试板材料必须与容器材料同P No 和GroupNo A类接头的试板一般必须是产品焊缝的延伸部分 B类焊缝可以使用单独的产品试板 注意 只有当WPS要求做冲击试验时 才要求带产品冲击试板 UG 84 j UG 84 j 规定 如果产品冲击试板没有满足冲击要求 试板所代表的焊缝不合格 允许再次进行热处理 然后复检 UHA 51 f 容器 产品 冲击试板的免除当按UG 84 i 要求带产品冲击试板时 按UHA 51 f 如果满足以下条件 产品冲击试板可以免除 对于焊接奥氏体铬 镍 除双相钢外的300系列 或奥氏体铬 锰 镍 200系列 不锈钢的焊缝 如果MDMT 320 F 且以下所有条件都满足 容器 产品 试板可以免除 f 1 焊接方法为SMAW SAW GMAW GTAW PAW f 2 PQR s有冲击试验或免除冲击试验 f 3 焊缝金属C 0 10 f 4 填充金属符合特别修改过的SFA技术条件 每炉和 或批焊材 每批焊剂 组合焊或几炉 批焊材的组合 UNF 65冲击试验免除l轧制铝合金材料 452 Fl铜和铜合金 镍和镍合金 铸铝合金 325 Fl钛或镐 75 F 材料的返修 规范的许多条文都提到允许对材料进行返修 如 lUG 78 要求AI的认可 lUG 56 返修的PWHT要求和可不做PWHT的特例 lUCI 78 铸铁材料不允许焊接返修 lUCD 78 球墨铸铁不允许焊接返修 材料检验和标记 UG 93 材料检验UG 93中说到材料检验就是通常所说的材料入厂检验 该条给出了材料在用于规范产品之前必须满足的要求 即 l对于板材 应有MTR或CC l其它材料 每一件上都必须有技术条件号 Grade Type和Class 管子可按捆进行标记 本条中有关AI必须进行的检验 l审查MTR和CC 核实材料标记的一致性 可追踪性 l核实材料标记是否符合材料技术条件的要求 制造厂必须在AI之前先审查上述内容 另外 还必须进行 l尺寸检查 如AI要求 提供样板 并进行检查 UG 77材料标记一旦材料经验收合格 制造厂应按UG 77的规定对材料进行管理 l材料必须保持有识别标记 直到容器制造完毕 l可使用编码标记代替材料的原始标记 但此编码标记必须经AI的认可 l可以使用材料汇总表或竣工图记录所要求的标记 以保证每一件材料在制造过程中直到最终完成具有可追踪的标记 自1989增补 开始允许此方法 l当材料被分割或机械加工时 不管是编码标记 还是原始标记 都必须进行移植 材料试验报告材料试验报告是由材料制造厂提供的文件 是对材料技术条件中要求的报告 如 l试验或检验结果 l材料返修 l热处理 l补充要求 l材料标记 l炉号 按UG 93 以下材料必须有材料试验报告 l板材 l不是由材料制造厂进行的某些试验 lVIII 1卷有时要求的高于技术条件或补充的试验要求 CCCC是由材料制造厂或供货商提供的简单的书面陈述 证明所提供的材料符合材料技术条件 设计 目的本课程结束后 你将对设计要求及其运用有初步了解 知道怎样为具体情况确定适用的要求 并确定所要使用的有关参数 课程概况VIII 1卷的设计方法确定设计参数的责任接头形式和要求射线探伤厚度方面的考虑封头设计管接头厚度开孔补强 VIII 1卷的设计方法 VIII 1卷的设计要求根据 所采用的制造方法 所使用的材料 使用条件的要求用户必须说明使用条件的类型 以及其它有关情况 否则 可能造成制造厂不能满足规范对特定使用条件提出的有关要求 设计公式如果规范公式适合于具体一个元件的计算 那么 该公式的运用是强制性的 使用条件的类型VIII 1卷提到使用条件有以下5个 1 有毒介质2 低温3 非受火蒸汽锅炉4 直接受火容器5 其它 UW 2中未提到的容器 设计载荷VIII 1卷列出了以下几类载荷 在设计时都必须考虑到 l压力l温度梯度l容器和介质的重量l叠加载荷 如 静压头 l局部应力 l循环和动载荷 如 疲劳考虑 l风载 l地震载荷 如果存在的话 注 VIII 1提供的设计法则仅适合于压力载荷的计算 对于其它载荷 任何适用的工程方法都可使用 确定设计参数的责任 在 ASME体系 里涉及到的几个单位之间存在着接口 为每个单位规定了职责或要做的工作 每个单位负责进行他们自己的工作 ASME持证单位仅负责确保符合ASME规范的所有相关要求 用户的责任用户应向制造厂提供以下数据 以便使所设计的容器满足预期的使用条件 l设计压力和温度l载荷l腐蚀余量l使用要求l附加的PWHT或RTVIII 1卷容器的设计可以由用户或其设计代理 ASME持证单位或其分供方进行 但是 给容器打钢印的ASME持证单位必须对设计符合ASME规范的要求负责 VIII 1卷对设计人员的资格没有要求 接头形式及限制 接头类别 JointCategory 接头类别是按接头在容器上的位置定义的 注 D类接头可以是角接接头 也可以是对接接头 平封头上拼接焊缝为A类接头 焊接接头除类别外 规范还用类型 Type 来描述接头 Type是焊接接头结构的定义 Type1Type2Type3Type4Type5Type6 关于焊接类型的限制 特殊容器 UW 2 a 有毒介质当容器按有毒介质设计时 所有的焊接接头必须100 RT 各类接头必须是 lA类Type1lB类Type1或2lC类Type1或2 但允许Fig UW 13 5所示的焊接结构 见UW 2 c a lD类全焊透 UW 2 b 低温下列情况属于低温容器 l按UG 68 碳钢 低合金钢容器的MDMT小于 55 F 48 C l高合金钢容器 按UHA 51要求对母材或焊缝金属进行冲击试验 各类接头必须是 lA类Type1 对于某些奥氏体不锈钢及其焊缝 可以使用Type1或2 lB类Type1或2 lC类全焊透 法兰必须采用全焊透连接 不使用平焊法兰 lD类全焊透 但以下情况可采用不焊透结构 UHA 51 d 1 a 和 b UHA 51 d 2 a 的材料 MDMT 320 F UHA 51 d 1 c 和UHA 51 d 2 b 的材料 MDMT 50 F UW 2 d 直接受火容器压力容器或部件直接承受燃料 固体 液体或气体 燃烧火焰 其制造不属SectionI III 或IV的范围 此类容器上的各类焊缝必须是 lA类Type1lB类 t 5 8 Type1或2lC类无限制lD类无限制 射线探伤 RT的类型l100 l抽检l无射线探伤要求 要求RTUW 11 a 1 规定 用于有毒介质的壳体和封头 其上面的所有对接焊缝必须做RT检查 UW 11 a 2 规定 除了容器的使用条件要求进行RT外 对接焊缝的厚度超过一定的尺寸时 也要求RT检查 如TableUCS 57 还有UHA 57要求对所有Type1接头作RT检查 可选RT当规范没有规定要作RT时 RT检验的程度由设计者选择 并取决于所期望的焊缝系数和 或质量系数 见UW 11和12 UW 12焊缝系数当规范没有规定RT时 RT便成为设计的选项 设计者可以通过选择附加的RT 以使用较高的焊缝系数 按UW 12 这一选项可以运用在整台容器上 也可以运用在具体一部分焊缝上 几个定义 a 应力乘数 E 是应力乘数 它可以是焊缝系数 也可以是质量系数 除UW 11 a 5 外 应力乘数运用于接头 而不是容器筒节 设计者可按每个接头来使用应力乘数 b 质量系数 对于不符合UW 11 a 5 b RT抽检的无缝部件 应使用应力乘数0 85 注意 焊制管必须符合此要求 也就是说 除了SectionIIPartD中已对许用应力运用了15 应力降低系数外 还要运用质量系数0 85 焊缝增量 一个焊工在一台容器上焊接的50ft 15m 焊缝 如果是多台一致的容器 此焊缝增量可以是一台或多台容器上的焊缝 焊缝增量的定义见UW 52 目的在于规定一张抽检RT片子代表的焊缝长度 一张抽检片子必须包括每一焊工焊接的焊缝 UW 11 a 100 RT以下焊缝必须按UW 51对其全长进行RT检查 l筒节或封头上的所有A类和D类对接焊缝 当接头或部件取UW 12 a 允许的焊缝系数进行设计时 应作全长RT检查 l接管 及与容器相连的压力腔壳体 CommunicatingChamber 上的对接焊缝 当其超过NPS10或1 1 8in 厚度时 应作全长RT检查 l与A类对接焊缝相交 或连接无缝筒体或封头的B类或C类对接焊缝 至少应满足按UW 52的RT抽检要求 本条要求的RT抽检不可用来满足运用于其它焊缝增量的RT抽检要求 符合此要求的容器应打上RT2钢印 注 要满足打RT1钢印的要求 上述焊缝须进行全长RT探伤 UW 11 b RT抽检如果筒体或封头的设计使用UW 12 b 允许的焊缝系数时 其上的焊缝应按UW 52进行RT检查 RT抽检是质量控制检验的一种手段 抽检的范围应包括 l每50ft 15m 焊缝增量或不足此增量的焊缝长度抽检6in 150mm 长 l每59ft 15m 焊缝增量必须包括足够数量的抽检 以检查每个焊工的工作质量 lRT抽检的部位由AI选定 l满足其它条款而要求的RT不得用来满足此条的抽检要求 lUW 51 a 的要求同样适合RT抽检 RT 3 厚度方面的考虑 设计 一般要求 UG 16 b 壳体和封头成形后的允许最小厚度 不管是什么材料形式 去除腐蚀余量后应为1 16 1 6mm 以下情况例外 1 对于板式换热器的换热板不适用 2 对于壳 管式换热器中的管子不适用 3 非受火蒸汽锅炉的壳体和封头的去除腐蚀余量后的最小厚度为1 4 3 2mm 用于压缩空气的壳体和封头 如用UCS材料制成 去除腐蚀余量后 其最小厚度应为3 32 2 4mm UG 16 c 板材钢厂负偏差为订购厚度的6 但最大不超过0 01 0 3mm UG 16 d 管子负偏差 如果管子按公称厚度订购 除按UG 37和UG 40计算管接头壁厚补强面积要求外 都应考虑到壁厚的制造负偏差 大多数情况下 管子的负偏差为12 5 UG 16 e 腐蚀余量 用于计算公式中的尺寸不包括腐蚀余量 UG 23最大许用应力UG 23 a 最大许用应力应从SectionIIPartD中的有关表里 如表1A或1B 查取 应在考虑承载条件下金属预期保持的温度下取值 UG 23 b 最大许用纵向压应力应取以下较小值 1 最大许用拉应力 2 按UG 23 b 2 确定的B值 UG 23 c 由UG 22所列载荷同时作用产生的最大总体一次薄膜应力不超过SectionIIPartD中的最大许用应力值 对于产生弯曲应力的载荷 最大一次薄膜应力加上一次弯曲应力不超过SectionIIPartD中的最大许用应力的1 5倍 UG 23 d 地震或风载与UG 22所列的其它载荷组合作用下 总体一次薄膜应力不应超过UG 23 a b c 允许的最大许用应力值 环向应力和纵向应力 对于无缝的薄壁圆形筒体 环向应力基本上是纵向应力的2倍 在大多数情况下 计算厚度时 UG 27中的环向应力公式起确定作用 但也有少数情况 纵向应力起确定作用 如 非常高的立式容器在风载和地震载荷作用下 鞍座支撑的卧式长容器 应该注意 如果圆形筒体既有环缝 又有纵缝 UG 27纵向应力公式只有在环焊缝的焊缝系数小于0 5时 或当附加载荷 UG 22 使得纵向弯曲或拉伸与内压一起作用时 才起确定作用 内压下壳体厚度计算公式圆形筒体环向应力 纵向焊缝 用内径表示 t 或P 0 385SE t 或P UG 27 c 1 用外径表示 t 或P 0 385SE t 或P 1 1 a 1 纵向应力 环向焊缝 用内径表示 t 或P 1 25SE t 或P UG 27 c 2 用管子制成的筒体 UG 31UG 31允许用管子制造筒体 并可用UG 27给出的公式计算厚度 在订购管子时 必须注意 管子材料有无缝和电阻焊管 ERW 两种 如SA 53 b 它们的许用应力是不一样的 球体壳用内径表示t 或P U