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ASME培训 - Lesson 4 制造要求


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ASME 规范第 VIII-1 卷 -- 压力容器 制造要求

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目标 了解制造基本的过程、材料的识别、准备和控制、以及适用于不同制造方法的要求 及其应用。 概括 Section

VIII Div. 1 的制造过程 材料标记和追踪 成形要求 对准要求 Section VIII Div. 1 的焊接要求 制造要求的顺序 当涉及到制造时,规范中的所有分篇都要运用,例如, A 分篇从 UG-75 开始给出 了制造的一般要求,包括成形、不圆度、返修、材料的检验等要求。 B 分篇包含的要求涉及到制造方法,例如,UW 篇时焊接要求,涉及到组对、焊缝 余高、焊接工艺和焊工技能评定等要求。 C 分篇包含一些与材料类型有关的制造要求,如,UCS 篇涉及到碳钢材料的成形、 热处理等制造要求。 强制性附录为一些特殊结构给出了制造要求,如夹套容器、多层容器、非圆形容器。 当这些附录适用时,必须采用。 Code Cases(规范案例)对规范里没有涉及到的建造提供了规定不是强制性的,但 是,规范案例一旦运用就必须全面符合,并在制造厂数据报告中注明所采用规范案 例号。 Section VIII Div.1 制造过程 制造 在制造之前或制造过程中需考虑: ? 人孔、吊耳、或其它装接件是否符合规范要求?它们的成形是否正确? ? 不圆度是否在规范允许的公差范围以内? ? 筒体与筒体、封头与筒体的对中错边量是否符合要求? ? 要求的斜坡过渡是否符合规范的要求? ? 焊缝余高是否在规定的范围以内?

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焊接工艺和焊工技能是否按规范要求进行了评定?

确定焊缝类别 UW-3 和 11

确定焊缝类型 UW-12

对中错边量公差 UW-33

对接焊缝的设计 UW-9

管接头连接

焊缝余高 UW-35、UG-76

最小焊缝尺寸 UW-13、16

焊后热处理 UCS-56、UHA-32、UHT-56

影响制造流程的因素

材料准备 对于要用于规范制造的材料,必须: ? ? ? ? ? ? ? 核实材料是否可以用于制造; 核实材料是否具有可追踪性、标记是否正确; 正确下料及标记移植,对于需弯制成形的板材,应确保标记在外表面; 分割材料时,保持材料的标记; 去除气割氧化边缘; 开孔内缘倒角或倒圆; 焊接表面清理。

材料检验,UG-93 UG-93 规定的检验就时通常所说的“接收检验” ,即材料在投入制造之前必须满足 的要求。 ? 板材:必须具有符合材料技术条件的 MTR(材料试验报告)或 COC(质量证明

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书); 其它材料:当材料技术条件规定在每件上要有标记时,每件材料必须标有技 术条件号、等级、类别和级别(Specification No.、Grade、Type and Class)。

AI 必须审查材料试验报告或质量证明书,核实材料按材料技术条件和 QC 手册的要 求进行了标记识别,并在上述文件上署名。 制造厂必须在 AI 审查之前对材料进行了上述核查, 另外, 制造厂还必须检查材料尺 寸、并提供必要检查样板。 材料的识别,UG-77 UG-77 给出了材料被接收后的控制要求,包括: ? ? ? ? 保持材料的识别标记,直到设备完工; 可使用编码标记代替原始标记,制造厂的材料编码规程必须经 AI 的审查认 可; 可采用材料表或竣工图的方式记录所要求的标记, 以保证在制造过程中、 或 容器完工后材料的可追踪性; 材料分割前或机械加工前,应移植编码标记或原始标记。

制造过程中材料的控制 制造厂的 QC 手册应规定材料(包括焊材)控制的要求,包括: ? ? ? ? ? 材料保存; 发放; 检验; 标记识别; 返修。

成形加工的要求 成形操作不得引起材料的性能发生不良的变化。 成形 C 分篇对成形给出了一些限制,包括: ? 沿筒体纵缝不得有直边;

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? 必须满足 UG-80 或 81 的圆度要求; ? 尺寸公差应符合设计的要求; ? 成形后必须满足最小厚度要求; ? 对接焊缝的对中要求必须满足。 规范允许几种成形方法, 最常用的有冷成形和热成形两种。 无论采用哪种成形方法, 都要避免产生沿纵缝的直边。 碳钢的成形 对碳钢和低合金钢,规范给出了以下附加要求: ? ? ? 不允许爆炸成形; 如果材料在锻造温度下并经焊后热处理,允许采用爆炸成形; 如果冷成形由分包方完成,必须提供符合 UCS-79 的证明文件。

冷成形件,UCS-79 如果冷成形引起延伸率大于 5%、 并有以下情况存在, UCS-79 要求成形后必须进行 热处理: ? ? ? ? ? 容器将用于有毒介质; 要求进行冲击试验; 成形前厚度超过 5/8”(19 mm); 厚度减薄量超过 10%; 成形温度在 250?F(121?C)到 900?F(482?)。

延伸率计算公式 延伸率可用以下公式计算:

对于双曲率成形件:延伸率(%) =

Rf 75t (1 ? ) Rf R0 Rf 50t ) (1 ? Rf RO

对于单曲率成形件:延伸率(%) =

注意:当 Ro = ∞(平板),延伸率为 5%的最小半径为: 双曲率成形件 = 15t 单曲率成形件 = 10t

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筒体不圆度,UG-80 UG-80 规定了筒体的圆度公差,即大、小直径之差不得超过公称内径的 1%。公称 内径指订购或设计内径。Fig. 80.2 给出了最大内径与最小直径差的例子。

筒体在管接头处的不圆度 如果在距管接头 1 个开孔内径以内测量筒体的不圆度,可以另外增加开孔内径的 2%。例如: 一个容器的内径为 119”,在管接头傍边测得最大内径为 120”,最小内径为 118”, 开孔的公称内径为 7.625”。 最大内径 – 最小内径 = 2” 1% (119) + 2% (7.625) = 1.34” 因此,不圆度超差。

外压下筒体的不圆度,UG-80(b)

按外压设计的容器必须: 1. 满足 UG-80(a)的不圆度要求; 2. 3. 偏离理想圆不超过 UG-80(b)的要求。从容器的外侧或内侧测量径向偏离理想圆 的偏离值,最大正负偏差不超过 Fig. UG-80.1 查到的最大允许偏差值。

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Figure UG-80.1

应使用圆弧样板测量偏差值,圆弧样板的弦长为由 UG-29.2 得到的弧长的 2 倍。 加强板和管接头 加强板成形后的形状应与连接处筒体或封头的外形一致。管接头的端部也应加工成 与筒体或封头外形一致的形状。 对接接头 对接接头的定义为,两个被连接件基本在同一几何面内,夹角不超过 30?。

焊缝类别 焊缝类别是确定焊缝在容器上的位置,以下是 Fig. UW-3,它示出了各类焊缝的位 置。

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注:D 类焊缝可以是角接焊缝,也可以是对接焊缝。平封头上的焊缝为 A 类焊缝。

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焊缝对中要求,UW-33 对接焊缝的边缘应对齐,最大错边量不超过 Table UW-33 为各类焊缝规定的限制。 Table UW-33
焊缝类别 截面厚度 (mm) ? 12.7 ? 12.7 ~ 19.1 ? 19.1 ~ 38.1 ? 38.1 ~ 50.8 ? 50.8 A (mm) 1/4 t 3.2 3.2 3.2 1/16 t (Max. 9.5) B, C & D 1/4 t 1/4 t 4.8 1/8 t 1/8 t (Max. 19.1)

不等厚截面的对接焊缝 UW-9 规定,当两被焊接件的厚度之差超过较薄件厚度的 1/4(最大为 3.2 mm)时, 就必须有 3:1 斜坡过渡。此斜坡过渡可以用机械加工,也可用堆焊形成。如采用堆 焊法,必须满足 UW-42 的要求。UW-9 关于不等厚的斜坡过渡要求适用于球壳、筒 体或封头上的焊缝。 当厚度之差不超过 1/8”或 1/4t,不要求 3:1 斜坡过渡。 UW-13 焊缝结构 中心线错边,Fig. UW-13.1 对于封头与筒体的连接,中心线错边 ? 0.5(封头厚度 – 筒体厚度)。为满足此要求, 斜坡过渡可以放在内侧或外侧。

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Fig. UW-13.1,封头与筒体的连接

直边长度 Fig. 13.1 除规定了中心线错边量外, 还给出了直边长度的要求。 最小直边长度为 3th, 但不超过 1.5”,除非需要增长以满足斜坡过渡要求所需的长度。注意,只有在需要 有斜坡过渡时才要求有直边。UG-32(i)说,如果封头的厚度等于或小于筒体的厚度, 封头并不需要有整体直边。

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UW-13.4 管接头与较小壁厚的管子连接

UW-13.1 封头与筒体的连接

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UW-13.1

不允许连接方式 UW-13.1

“Joggle Joint”

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Section VIII Division 1 的焊接要求 焊缝坡口的清理 UW-32 规定,坡口表面应清洁,无锈皮、锈、油、油脂、等其它有害物。 管接头与壳体的焊缝 UW-16(c & d)要求,安放式管接头(abutting type)必须采用全焊透结构。当全焊 透结构不能用目视检查是否焊透,必须使用衬垫。插入式管接头可以采用角焊缝或 未焊透结构,但,必须从容器的内外进行焊接。 UW-16.1

UW-20 管子与管板的焊接 UW-20 条给出了三种管子与管板的焊缝结构,强度焊接、半强度焊接、密封焊接。 强度焊用来承受全部轴向载荷;密封焊仅用于作为胀接的补充焊接,以保证密封; 半强度焊是根据在实际设计条件下机械和热膨胀载荷来确定其强度的。 下料、装配和对中 规范中提到下料、装配和对中要求的条目有好几条,如: ? ? ? ? 切割边必须光滑、清洁。 (UW-31) 点焊焊缝、 无论是去除, 还是保留, 都必须使用评定过的焊接工艺。 (UW-31) 保留于焊缝中的点焊焊缝应由评定过的焊工施焊。 (UW-31) 非受压件跨过受压焊缝与受压件相焊时,非受压件必须开槽以避让焊缝、或 将受压焊缝磨平。 (UG-82)

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当受压件焊在受压焊缝上时,焊缝必须磨平。 (UG-82)

UW-27 焊接方法 UW-27 规定,用于 Section VIII Division 1 的焊接方法有以下几类: UW-27(a) UW-27(b) UW-27(d) UW-27(e) UW-27(f) 纵缝的排列 UW-9(d)对容器各筒节纵缝之间的排列规定了要求,即要求纵缝相互错开,相距至 少是较厚板厚度的 5 倍,否则,焊缝两侧必须至少 4”(102 mm)要求进行 RT 检 验。 焊接限制 Section VIII 中关于焊接的两项限制是: ? ? 销钉焊仅用于非受压/非承载件的焊接; 电渣焊仅用于铁基和 UW-5(d)给出的奥氏体钢。 弧焊或气焊 压力焊 销钉焊 电渣焊 电气焊

UW-28 焊接工艺评定 UW-28 给出了对焊接工艺进行评定的要求: ? ? ? 使用的焊接工艺必须有记录,也就是说必须有书面的焊接工艺。 当焊接受压/受力件、用手工或半自动焊方法焊接非受压/非受力件时,使用 的焊接工艺应按 Section IX 进行评定。 当用机械焊方法焊接非受压/非承力件时, 使用的焊接工艺可不按 Section IX 进行评定。

UW-29 焊工技能评定 焊接受压或受力件与受压件焊缝的焊工和焊接操作工,必须按 Section IX 进行技能 评定。可以采用首次焊接的产品焊缝来进行技能评定,但必须仔细阅读规范,以确 定是否有例外或限制。销钉焊必须在每个班开始时对焊工进行技能评定,但当采用 自动焊方法焊接非受压或非受力件时,可不必进行技能评定试验。Section IX 中的 其它要求必须满足。

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制造厂在焊接工艺评定方面的责任 制造厂/ASME 标志符持有人的责任: ? ? ? ? ? ? ? 编写书面 WPS; 焊接评定试板, 编写焊接工艺评定记录; 机械性能试验可由另一试验室进行; 列出焊接参数; 在 PQR 上记录焊接参数和试验结果; 制定 QC 体系以控制焊接评定; 对焊接质量负责; 焊接材料和母材冶金上的适应性。

UW-34 Spin Holes 旋压工艺孔 旋压工艺孔直径不大于 2-3/8”(60.3 mm) ,可以用全焊透方式采用加塞、或填加焊 缝金属来封焊。 ? ? ? 焊缝完成后必须经 MT 或 PT 检验; 当 UW-11(a)要求时,进行 RT 检验; 没有焊缝分类,不影响焊缝系数“E” 。

焊缝咬边,UW-35 UW-35 讨论了纵缝和环缝的外观要求,其中提到角焊缝和坡口焊缝,其焊接后不得 使母材的厚度减薄到低于最小要求厚度。另外,减薄量不得超过母材公称厚度的 10%(最大不超过 0.8 mm) 。Table UW-35 规定了焊缝的最大补强高。 Table UW-35 UW-35 还讨论了焊缝余高。
最 大 余 高 母材公称厚度(mm) ? 2.4 2.4 ~ 4.8 ? 4.8 ~ 12.7 ? 12.7 ~ 25.4 ? 25.4 ~ 50.8 ? 50.8 ~ 76.2 ? 76.2 ~ 101.6 ? 101.6 ~ 127 ? 127 B、C 类对接焊缝(mm) 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4 6.4 6.4 6.4 7.9 其它焊缝(mm) 0.79 1.6 2.4 2.4 3.2 4.0 5.6 6.4 7.9

焊缝余高的打磨 余高角度对疲劳强度的影响

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焊缝外观,UHT-84 同样,制造规范产品时必须查阅规范的各个部分。在 UHT-84 中给出了一个特殊制 造要求, 它应取代 Part UW 予以优先执行。 UHT-84 规定, UW-35 的要求必须满足, 但对于 SA-517 除外。此材料的焊缝余高不得超过板厚的 10%(最大不超过 3.8 mm) ,不允许有任何咬边。 一般要求 与焊接有关的一些要求有: ? 如果焊缝余高过高,简单地打磨焊缝的顶部还不能满足要求,因为,打磨 焊缝余高的目的是为了减少母材与焊缝之间的夹角。焊缝的余高必须与母 材圆滑过渡。 UW-36 要求角焊缝应完全焊透。 UW-38 给出要求去除焊缝的缺陷。 UW-39 给出了时常在焊接工艺中忽略的操作,即敲击。敲击是用来控制变 形、消除应力和提高焊接质量的手段,因此,应在 WPS 里予以说明。

? ? ?

产品焊接的控制 对于受压材料的焊接,制造厂必须: ? ? ? ? ? ? 按照流转卡或图纸上规定的、经评定过的 WPS 进行焊接; 使用评定过的焊工和焊接操作工; 使用 WPS 上规定的焊接材料; 在焊接过的焊缝上或旁边打上焊工钢印,或记录焊工钢印; 检查焊缝是否有缺陷; 进行要求的 NDE。

在焊缝上或靠近焊缝开孔 UW-14 允许在焊缝上开孔,但须满足以下要求: ? ? 开孔必须符合 UG-37 的补强要求; 开孔符合 UG-36(c)(3)、但不符合 UG-37,若此环缝在距离开孔 3 倍于开 孔直径的范围内进行 RT 检验,此开孔可以开在环缝上。

按 UG-36(c)(3)不需要开孔补强的开孔,当开在焊缝附近时,如果板厚等于或小于 1.5”(38 mm) ,此开孔必须距离焊缝至少 0.5”(19 mm) 。

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推荐的焊材保存条件 Section II Part C 中给出了焊材的推荐保存要求。

1. 由于各制造厂的焊材存在差异,因此,应向焊条制造厂询问具体的烘干要求。 2. Storage Conditions 指从焊条制造厂包装中拿出后的保存条件。 锆和钛合金 UNF 对这类合金焊材给出了以下限制: ? ? ? 不能用于焊接其它材料,见 UNF-19; 仅用于 GTMW 、GMAW、PAW 焊接方法,见 UNF-78; 对每一牌号和级别均应带产品焊接试板,见 UNF-95。对于纵缝,试板应与 焊缝相连;对于环缝,试板应在环缝焊接结束时立即焊接。

注意 P-No. 除了锆合金(P-No. 61) 、钛合金(P-No. 51 和 51)外,焊接镍合金(P-No. 11) 时也应特别注意。 焊缝的检查 规范要求在焊接过程中必须满足一些标准,为此,必须进行检查。包括: ? ? ? ? ? ? ? 材料经验收符合规范的要求,并满足设计的要求; 焊接坡口符合 WPS 的要求,点焊合格; 焊接人员也必须对打底焊缝自检,以避免设备在使用期限出现问题; 检查背面清根,以确认露出金属光泽后才允许施焊; 检查焊缝的内外表面; 进行 NDE 有记录,并且记录正确。

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说明:
1. 如制造的规范产品除了在规范中已经有规定的制造公差 (含用户提供的)外, 必须有公差要求的,可以采用国内的标准或行业标准、企业标准。 2. 自制的量、检具的校准按照国内的要求即可。其他的量、检具的校准按照国 内的计量管理规定执行。 3. 支座的校核计算,采用国内的标准进行计算。


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