Ⅷ-1产品设计制造检验

/81Ⅷ-1产品设计制造检验自公司03年取得美国ASMEU产品钢印和授权证书以来，公司已制造U钢印产品80余台，中圣在国际化道路上取得了长足的发展。本次培训结合这些年的制造经历，并与GB-150进行比较，重点讲解Ⅷ-1有特色的部分内容。1、许用应力及安全系数几十年来ASME规范按规则设计的安全系数一直取4.0，直到98版规范安全系数由4.0降为3.5，使材料许用应力提高12.5%。材料的许用应力可以从第Ⅱ卷D篇中查取。D篇有公制版和英制版两个版本。表1A对应铁基材料最大许用应力表1B对应非铁基材料最大许用应力表3对用螺栓材料最大许用应力D篇所列材料的排序按合金含量递增排列：碳钢——铬钼钢——不锈钢在同一“公称成份”以内，材料顺序按抗拉强度递增排序。2、材料使用限制所有受压件材料都必须是ASME规范材料，且是Ⅷ-1卷表UCS-23、UHA-23或UNF-23中所列材料。特殊情况下可选用CodeCase材料。非受压件材料可以选用其他国家标准材料，但要考虑可焊性。焊接材料选用ASME规范、GB等材料均允许。3、接头系数ASME规范Ⅷ-1关于接头系数的规定比GB和EN标准要复杂得多，也不易掌握。UW-12关于接头系数的描述，归纳起来有以下要素：1)接头系数取决于该接头的型式及探伤比例。2)接头型式有8种。常用3种：1型双面对接、2型单面对接加垫板、3型单面对接不加垫板。接头系数检测程度型式FullSpotNoRT11.00.850.720.90.80.65/823//0.63)UW-12(d)对无缝筒节环向应力计算或无缝封头厚度计算当符合UW-11(a)(5)(b)要求时E=1.0，不符合时，E=0.85。4)C、D类角接头没有焊缝系数。锥体与筒体连接＜30°为对接接头，否则为角接接头。插HSB讲课幻灯片补充实例A：在运用UW-11(a)(5)(b)时注意：（1）无缝筒体与封头连接（2）有缝筒体与封头连接当（1）（2）中B缝进行抽拍RT时，封头壁厚计算E=1.0当半球形封头与筒体连接时图示所有焊缝均为Cat.A故环焊缝也应100%RT，而按（1）（2）依据UW-11(a)(5)(b)则错，（UG-31）补充B：ASME换证产品储罐采用SpotRT设计要求人孔法兰与筒节焊缝应抽查RT，由于该接头无焊接系数，不需要RT。/834、MDMT及冲击试验MDMT（最低设计金属壁温）是容器运行中的最低温度。设计选材时应满足MDMT的要求，否则要考核材料的冲击韧性。MDMT及冲击要求必须在总图上注明。以下分别讨论UCS材料及UHA材料的冲击试验及豁免条件。4.1UCS材料1)ASME规范材料是否需要做冲击试验，是根据设计人员编制的材料请购单、材料采购说明书要求而定，必须在采购文件中明确说明。2)大多数材料一般不做冲击试验，这一点与国内标准（材料标准、GB150）不一样。3)UCSP1，Gr.1,2材料，可优先使用UG-20(f)规定进行是否免除冲击的判定。4)材料考核冲击试验是根据MDMT确定的，图UCS-66将压力容器用材料类别分成四类，即曲线A、B、C、D类材料，其冲击韧性A类材料最差，依顺序变化，D类材料最好。如SA-516Gr.70热轧板为曲线B材料，而经正火处理后即变为曲线D材料。5)图UCS-66冲击试验豁免曲线的用途：a)将所要用的材料先确定其属于什么曲线；b)将该材料的公称厚度所在的纵坐标与设计的MDMT确定的横坐标相交，如交点在该曲线的上方则不需要做冲击试验，如落在下方则要做冲击试验。6)只有当材料要求冲击试验时，才要作产品焊接试板，焊接工艺评定才需作焊缝和热处理影响区的冲击试验。7)材料冲击功的验收标准：a)按图UG-84.1碳钢和低合金钢σs≤50Ksi（350MPa）3个平均Akv≥18J，单个最小12J;σs＞55Ksi，＜65Ksi时，三个平均27J,单个最小18J。b)SA-320（螺栓）、SA-333(P)、SA-334(T)、SA-350(锻)、SA-765(锻)、SA-420(管件)可按各自材料标准要求验收。8)材料试样应模拟容器制造过程中的受热循环。（一次或多次PWHT）9)当产品进入欧盟市场时由于增加了PED材料的特殊要求（3.1证及MDMT的材料冲击）因此设计人员选材时应特别小心。如SA-106B材料要求-29℃冲击功27J，实际上是很难达到的。/84/854.2免做冲击试验的高合金钢最低设计金属温度特别提醒：1）上述材料只需在下列温度进行加热处理，则材料必须在{20℃，MDMT}min温度下做冲击试验：a)A不锈钢：480℃~900℃b)A+F双相不锈钢：315℃~955℃c)F不锈钢：425℃~730℃d)M不锈钢：425℃~730℃2）奥氏体不锈钢中304、304L、316、316L经480℃~705℃加热处理，如MDMT≥-29℃且产品的A、B接头加热处理的焊缝做了冲击试验，则该材料可免作冲击。5、接头分类按照焊缝接头在容器上的位置不同，将接头分为A、B、C、D4个类别。与GB-150焊缝分类不同的地方：1）法兰与接管（对接或非对接）接头为C类（GB-150B类）。2）接管与壳体（对接或角接）接头为D类（GB-150前者为A，后者为D）。3）管板、设备法兰、平封头与壳体（对接或非对接）接头为C类（GB-150前者为B，后者为C）。材料材料是否是304、304L、316、316L、321、347奥氏体铬镍不锈钢300系列含碳量是否小于0.1%是-196℃否是否-196℃-48℃奥氏体铬锰镍不锈钢200系列含碳量是否小于0.1%是否-196℃-48℃厚度是否满足下列条件奥氏体、铁素体双相不锈钢厚度小于3/8″铁素体铬不锈钢厚度小于1/8″马氏体铬不锈钢厚度小于1/4阿″是否-29℃冲击试验冲击试验其他材料/或厚度/866、产品试板ASME规范产品一般不要求带产品试板。只有当原材料有冲击试验要求时（即UCS-67、UHA-51或UHT-82有要求时），才需带产品试板。产品试板和压力容器同炉进行PWHT处理。A类及B类接头的每一种WPS都应制备一组试板（含壳体、封头和接管）。A类试板在纵缝延长部位制取，B类试板与环缝同时焊制或焊前焊制。使用材料同炉号、同焊接位置、同焊接设备、同焊接工艺，试板只做冲击试验，焊缝、热影响区各1组（每组3件）。冲击缺口应垂直于焊缝，试样一个面在材料表面1.5㎜内，冲击试验温度按MDMT，冲击功应不低于母材的要求。7、焊接工艺评定冲击试验ASME容器焊接工艺评定试验与GB规范的要求有几点不同，PQR试板的焊缝不需要RT，另外很多评定不需要焊缝及热影响区的冲击试验。在进行工艺评定时，焊接工程师应注意以下几点：1）只有当原材料要求做冲击时，焊接工艺评定才需要考虑冲击试验。2）UCS材料制造的容器，试板材料要求和容器同类别号（P-No.）、同组号（GroupNo.）、同热处理工艺、满足冲击功的要求。3）UHA-51规定，如母材不要求冲击，但熔敷金属要求冲击试验时，也应作焊接工艺冲击试板，试板要求和容器同P-No.GrNo.，这种情况下只需做一组焊缝冲击试验，而热影响区不做。4）壁厚＞38㎜时，工艺评定冲击试样要制备3组。一组热影响区冲击试样，试样一个面在材料表面1.5㎜以内，V型缺口垂直于焊缝截取，并使浸蚀处理后缺口位于热影响区。一组焊缝冲击试样位于靠近材料表面1.5㎜内取样；另一组从材料表面另一侧面到材料厚度中心的一半部位取样。8、UCS材料及不锈钢材料封头成型1）碳钢、低合金钢板如采用冷成型封头，但变形超过5%，且UCS-79中所列5项限制条件有1项不满足时，必须在冷成型后进行SR处理。如有封头拼缝，PQR要模拟该热过程。封头质保书要有SR处理报告及曲线。2）碳钢、低合金钢如采用热成型（温度＞480℃）时：a)应带母材试板，与坯料同炉加热；b)另带试板，不同炉，但加热温度、保温时间、冷却速率应与a)相同，保温时间至少为80%产品实际/87的总时间；c)试板取样作T.SY.SE%Kv（当母材要求时）。3）除PNo.1的1、2组材料外所有其他UCS材料如容器经PWHT，则需母材同炉试板验证。4）冷成型奥氏体不锈钢封头，其成型应变按UHA-44计算。当其应变达到表UHA-44规定值，且设计温度值（低、高温度范围限制）也达到该表列值，则封头冷成型后应进行固熔处理。如304，a)当t设在580~675℃，应变＞20%；或b)当t设＞675℃，应变＞10%，应考虑1040℃固熔处理。316、310S与上述相同。9、U钢印产品设计注意点1）图纸、计算书、数据报告及铭牌上的计量单位要一致，要么是英制，要么是公制，不要混用。2）材料冲击试验是否豁免一定要在材料采购文件及计算书中说明。3）所有A、B、C、D类焊缝编号要在图上注明，纵、环焊缝位置要表示清楚。（筒节长度按采购部门从材料供方处提供的尺寸定）4）非受压件材料标准及规格应听取采购部门意见，一定要在市场上可以买到这些材料。5）坡口设计要听取焊接工程师意见，以便对焊接方法、焊接变形控制综合考虑。6）对于法兰、接管及弯头等与壳体焊接件要充分考虑焊接变形、收缩影响，长度（高度）尺寸要放足余量。（工艺）7）ASMEB16.5法兰密封面RF时要加工同心圆或螺旋锯齿槽，每英寸宽不少于45~55道槽，表面粗糙度125~250μin（3.2~6.3）。10、射线检测UW-11射线照相1）100%RT的条件a)储存致死介质的容器壳体和封头的所有对接焊缝；b)接头处厚度＞38㎜或超过UCS-57、UNF-57、UHA-33所列材料规定厚度；（注：上述材料公称管径≯NPS10、或壁厚≯29㎜的接管和连通受压室上的B、C类对接焊缝不要求RT）c)设计压力＞50Psi的非直接火蒸汽锅炉的壳体和封头上所有对接焊缝；d)设计接头系数为1.0的容器A及D类对接接头；而与A类接头相交或与无缝筒体、无缝封头连接的B、C类焊缝（不含接管和连通受压室），至少要进行抽拍【UW-11(a)(5)(b)】且此抽拍片不能作为其他焊缝要抽拍的比率。2）按上述1）款规定不需要全部RT的焊缝可进行UW-52规定的抽样RT。即同一个焊工施焊的每15m/88长焊缝抽拍一张片（150㎜）。UW-11(a)(5)(b)的抽样不计入该比例。3）焊缝或附近的开孔a)容器封头或筒体上的开孔边缘，与A、B、C类焊缝边缘最小距离13㎜；b)当不满足上述要求时，以开孔圆心作3倍开孔直径的圆，凡被覆盖到的焊缝100%RT，按UW-51验收。11、焊后热处理（UW-40、UCS-56）1）焊后热处理的条件（表UCS-56“碳钢和低合金钢焊后热处理要求”注释）a)公称厚度＞38㎜的材料；（P1Gr.1,2,3）b)公称厚度32㎜＜t≤38㎜时，除非焊前预热温度≥95℃，否则必须进行PWHT；（P1Gr.1,2,3）c)P-3Gr.3的材料任意厚度（Mn-0.5Mo钢）d)P-4Gr.1&2的材料（1Cr-0.5Mo，1¼Cr-0.5Mo）2）PWHT规范材料最低保温温度t≤50㎜50㎜＜t≤125㎜t＞125㎜P1,Group1,2,3595℃1h/25㎜,最小15min2h+15min/25㎜2h+15min/25㎜P3,Group1,2,3595℃1h/25㎜,最小15min2h+15min/25㎜2h+15min/25㎜P4,Group1,2650℃1h/25㎜,最小15min1h/25㎜5h+15min/25㎜3）焊后热处理方法a)整体炉内热处理；b)分段炉内热处理，重复段＞1.5m；c)环缝局部热处理，加热带以外部分应加以保温，防止有害温度梯度；d)内加热，外保温；e)接管局部热处理，沿接管及焊缝环向的加热带；f)要布置足够数量的热电偶（须与工件直接连接）。4）升降温要求a)入炉温度不超过425℃；b)425℃以上，加热速率不大于：222℃/h÷壳体、封头最大厚度（英寸），且≯222℃/h。加热期间，4.6m范围内温差≯139℃；c)保温期间各部分温差≯83℃；d)降温速率不大于：278℃/h