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ASME设计原理及主要技术要求


ASME 设计原理及主要技术要求 -、ASME 是什么? 美国工程师学会(ASME)在 1991 年为了制定蒸汽锅炉和其他压力容器的典型 建造规则,成立了一个委员会,后者现名“锅炉压力容器委员会”(BPVC)。 ASME 的全称是 The American society of mechanical engineers 。 二、ASME 锅炉压力及容器规范有下列部分 第Ⅰ卷-动力

锅炉 第Ⅱ卷-材料 A 篇-铁基材料 B 篇-非铁基材料 C 篇-焊接材料 D 篇-性能 第Ⅲ卷-第 1 册 -第 2 册混凝土反应堆压力容器和安全规范 -第 3 册废核燃料、 高位放射性材料和废料的储存和运输包装用安全 容器系统 第Ⅳ卷-采暖锅炉建造规则 第Ⅴ卷-无损检测 第Ⅵ卷-采暖锅炉维护和运行推荐规则 第Ⅷ卷-第 1 册-压力容器 第Ⅷ卷-第 2 册-另一规则 第Ⅷ卷-第 3 册-高压容器建造另一规则 第Ⅸ卷 焊接和钎焊评定 第Ⅹ卷 纤维增强塑料压力容器 第Ⅺ卷 核动力装置设备在役检查规则 B31.1-动力管道 三、Ⅱ卷-材料 A 篇-铁基材料 1. SA-20/SA-20M 压力容器钢板通用要求 术语:⑴热成形-当钢板被加热到再结晶温度后,使其产生永久变形的成 形加工。 ⑵正火-加热到或超过上临界温度,然后在空气中冷却到低于下临界 温度的一种操作。 制造:钢板的制造可采用以下任何一种一次炼钢工艺:平炉法、碱性吹 氧转炉法或电炉法。 钢板应为完全镇静钢, 并应符合 SA-20/SA-20M 标准细奥氏体晶粒的要求。 钢板的识别标志: 应将钢厂厂名或厂标、炉号和板坯号以及材料标准中指出的标准号、 材料等级、类号及型号,在每张钢板上距离边缘不小于 12in(300mm) 的两处,打上清晰的钢印(买方规定将上述标记喷印除外)。 2. SA-105 管道元件用碳
名 称 规格号. SA-105 尺寸 NPS3/4 CLASS150 SORF NPS2 CLASS150 SORF 数量 1 1 是否要试验 报告(是/否) 是 试验报告复制 本份数 1

法兰

1

ASME B16.5 -1996 法兰盖

NPS3CLASS150 SORF NPS18CLASS150 SORF NPS18CLASS150 Blind NPS3/4 φ1.05”×0.219” NPS2 φ2.375”×0.218” φ3.5”×0.300”

3 1 1 1 1 是 是 是 1 1

接管

SA-105 NPS3 3 1

化学成份要求
C% ≤ 0.35 Mn% 0.601.05 P% ≤ 0.035 S% ≤ 0.040 Si% 0.100.35 Cu% ≤ 0.40 Ni% ≤ 0.40 Cr% ≤ 0.30 Mo% ≤ 0.12 V% ≤ 0.05 Nb% ≤ 0.02

机械性能
抗拉强度, psi (MPa) 屈服强度, psi (MPa) 伸长率,标距 2 in.或 50 mm, %: 对纵条试验、壁厚≥5/16 in. (7.9mm)的基本最小延伸率 对标准圆棒试验,标距长度为 2 in.或 50 mm, 或标距长度为 4D 的小尺寸试样 对纵条试验、壁厚小于 5/16in(7.9mm)时每减少 1/32in (0.8mm)从基本伸率应减小的百分值(见表 4) 断面收缩率, % 硬度, HB, 计算最小值 壁厚 in. 5/16(0.312) 9/32(0.281) 1/4(0.250) 7/32(0.219) 3/16(0.188) 5/32(0.156) 1/8(0.125) 3/32(0.094) 1/16(0.062) mm 7.9 7.1 6.4 5.6 4.8 4.0 3.2 2.4 1.6 2 in. 或 50 mm 标距 的延伸率, % ≥ 30.00 28.50 27.00 25.50 24.00 22.50 21.00 19.50 18.00 ≥70000(485) ≥36000(250) ≥30 ≥22 ≥1.50 ≥30 ≤187

产品标记:应在每个锻件上不损害锻件使用性能的位置上清楚地锻上由钢厂名 称代号,炉号或钢厂对炉号的标志,额定使用值号,本标准号及尺寸组 成的识别标志。

2

3. SA-193/ SA-193 M 高温用合金钢和不锈钢螺栓材料。本标准中所用术语 “螺栓材料”包括棒钢、螺栓、螺钉、螺柱、双头螺栓和线材料。
1 in 8

螺栓

1

SA-193/SA-193M

ASME B18.2.1 六角螺栓

16 L5 in



螺栓的化学成份要求
类型 识别符号 级 别 铁素体钢 B7 Cr- Mo (AISI 4140,4142,4145,4140H 和 4145H) 范围 0.37-0.49 0.65-1.10 0.035 0.040 0.15-0.35 0.75-1.20 0.15-0.25 产品正负偏差 0.02 0.04 +0.005 +0.005 0.02 0.05 0.02

元素 C Mn P, ≤ S, ≤ Si Cr Mo

螺栓的力学性能要求
级别 直径,in. (mm) 最低回火 温度 °F 拉伸强度 ksi (MPa) ≥ 屈服强度 0.2%残余变形 ksi (MPa) ≥ 4D, 伸长率标 距 %≥ 断面收缩 率 %≥ 硬度 ≤

1 ≤2 2
B7 >

321HB 1100 125 105 16 50 或 35 HRC 302HB 或 33HRC

1 2 2

~ 4

1100

115

95

16

50

4. SA-194/ SA-194 M 本标准包括公称尺寸从 1/4 到 4in(6.4 到 101.6mm)的各 种碳钢、合金钢及马氏体不锈钢螺母,也包括公称尺寸不小于 1/4(6.4 mm) 的奥氏体不锈钢螺母。这些螺母用于高温或高压加高温的使用条 件。 1 in 8

螺母

1

SA-194/SA-194M

ASME B18.2.2 六角螺母

16



3

螺母的化学成分要求
等级符号 材质 C% Mn % P,% S, %(注) Si % 2H 碳 ≥0.40 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.050 ≤0. 40

硬度性能
成品螺母 级别和型式 布氏硬度 洛氏硬度 标度 C 24~38 ≤38 ≥95 标度 B 按 SA-194/SA-194M 第 7.1.5.2 条热处理后的 样品螺母 布氏硬度 ≥179 洛氏硬度标度 B ≥89

≤1 2H

1 in. 2 1 >1 in. 2

248~352

212~352

≥147

≥79

级别
2H

公称尺寸, in.(mm)

每英吋牙数
8

承载面积, in.2(mm2)
0.790

16 级
118500

1

1 8

(28.6)

5. SA-516/SA-516M
标准号 及级别
SA-516 Gr.70 SA-516 Gr.70

中、低温压力容器用碳钢板
数 是否要试验 是否要热处 量 报告(是/否) 理(是/否) 1 是 是 是否做冲击 试验报告 试验(是/否) 复制本份数 否 1

钢板尺寸
10mm×2100mm× 6050mm 10mm×2100mm× 5900mm

1







1

化学成份
C% ≤0.27 Mn% 0.85-1.20 P% ≤0.035 表 3 Cu% ≤0.40 Ni% ≤0.40 Cr% ≤0.30 Mo% ≤0.12 V% ≤0.03 Nb% ≤0.02 Ti% ≤0.03 S% ≤0.035 Si% 0.15-0.40

4

拉伸性能
抗拉强度 Ksi (MPa) 70-90(485-620) 屈服强度 Ksi (MPa) ≥38(260) 延伸率, 标距 8in. % 延伸率, 标距 2in. ≥21 %

≥17

四、常用法定计量单位 1 英寸=0.0254 米 1 英尺=0.3048 米 1MPa=145psi=0.145Ksi (°F)华氏度=9×℃/5+32 五、第Ⅷ卷 1 册-压力容器 压力容器建造规则 -、UG 篇 各种建造方法和各种材料的总要求 UG 篇的要求适用于所用的受压容器及容器部件,且应于关于制造方法和所 用材料的 B 分卷、C 分卷以及强制性附录的具体要求一并使用。UG 篇为各 种建造方法和各材料的总要求。 1. 材料:板材、锻件、铸件、管子、焊接材料、预制或预成型的受压件、 螺栓和双头螺栓、螺母和垫圈、杆和棒。 2. 设计: 设计温度:部件在设计时所采用的最高温度不应低于部件在运行状态下 预期的金属温度。在铭牌上标志的 MDMT(最低设计金属温度)应对应于 等于 MAWP (最大许用工作压力)。见 UG-20 本设计温度为 55℃=55×9/5+32=131° a. 腐蚀裕量 C: 0.039 在 (1.0mm) b. 设计压力:1.0MPa=145PSI 见 UG-21 c. 最大许用应力:根据封头和壳体的材料 SA-516 Gr.70 以及法兰和接管材 料 SA-105 查 ASMEⅡ-D 性能可得到最大许用应力 S=20000psi d. 壳体最小壁厚计算 按UG-16(b)(4),用于压缩空气的壳体的最小厚度应为3/32 in(不包括腐蚀 裕量)。 环向应力 (纵缝) 根据UG-27(c)(1) 0.385SE=0.385×20000×0.85=6545 psi 注意: P=145psi P<0.385SE 采用下列计算公式: PR 145 × (43.31 / 2 + 0.039) t= = =0.186in SE 0.6 P 20000 × 0.85 0.6 × 145 3. 制造 a. 板材及其他原材料的切削 UG-76 板材、封头的边缘及其他部件可用切削、剪切、打磨等机械方法或 氧焰及电弧切割加工到所需形状及尺寸,氧陷或电弧切割后,材料 熔化产生的所用熔渣及其有害杂质应在下一制造工序或使用之前用 机械方法予以清除。
5

b.

材料识别标志 UG-77(见 UG-85) 材料生产厂家应将所需资料印在板材上,作为出厂的明确标志。 c. 封头的成型方式 用于制造封头的板材可采用热成形, 。封头板和试样板应同炉加热。 成型封头的公差 c.1 椭圆封头的内表面与规定形状(即样板)的偏差, 不得大于 1.25%D(即 向外凸,曲率半径偏小),或小于 5/8D(即向内凸,曲率半径偏大), 此处 D 为连接处的容器壳体公称内径。 c.2 封头的直边应有足够的圆度,以使最大及最小内径之差不超过公称 直径的 1%。 c.3 封头的标记 封头上必须清晰地标上钢厂厂名或厂标、炉号、板坯号以及标准号 和等级。材料标记应在成型封头的外表面。 c.3 质量证书 封头厂应提供封头的质量证书,包括制造标准(ASME 锅炉和压力 容器第Ⅷ卷第 1 分册),封头尺寸、形状、成型方式、加热温度及保 温时间、终压温度、时间温度曲线。

4. 标志加打方法

(制造厂名称)

U

(最高容许工作压力) (最低设计金属温度)

W(如果电弧焊或气焊) RT(如果射线照相) HT(如果焊后热处理)

(制造厂顺序号) (制造年份)

6

六、UW 篇 焊接压力容器的要求 UW 篇的规则适用于焊接制造的压力容器及容器零件,且应与 A 分卷的 通用要求及 C 分卷内有关所用材料类别的专门要求联合使用。 1. 焊接接头的分类 UW-3

主壳、连通受压室、变径段或接管上的纵向焊接接头;球壳、成型 封头或平封头及平板容器的边板上任何焊接接头;连接球形封头 与主壳体、变径段、接管或连通受压室的环向焊接接头。 主壳、连通受压室、接管或变径段上的环向焊接接头(包括变径段 (2)B 类 与圆柱形壳体大、小端之间的环向焊接接头);连接成型封头(不 变径段、 接管或连通受压室的环向焊接接 包括球形封头)与主壳; 头。 (3)C 类 连接法兰、翻边搭环、管板或平封头与主壳体、成型封头、变径 段、接管或连通受压室的焊接接头;连接平板容器的边板的任何 焊接接头。 连接连通受压室或接管与主壳体、球壳、变径段,封头或平板容 (4)D 类 器的焊接接头; 以及连接接管与连通受压室的焊接接头(接管在变 径段小端,见 B 类)

(1)A 类

2. 完工的纵、环向焊接接头 UW-35 对接焊接头应完全焊透和熔合。允许存在焊态表面,但焊缝表面不应存 在粗糙的焊波、沟槽、焊瘤、陡脊或凹坑,以便于射线照相及其他要求 的无损检测能够做出正确的评定。若在射线照相底片评片时,认为焊缝 表面状况存在问题,则应用该底片与实际焊缝表面进行对照,以确认合 格与否。 3. 角焊缝 UW-36 焊制角焊缝时,焊缝金属的熔敷焊缝应保证在焊根处与母材充分焊透, 由于焊接方法在角焊缝焊趾处母材金属的厚度减薄应满足与对接焊缝相 同的要求。
7

七、UCS 篇 碳钢和低合金钢制压力容器的要求 UCS 篇的要求适用于所用受压容器及容器部件,且应于关于制造方法和 所用材料的 B 分卷、C 分卷以及强制附录的具体要求一并联合使用。 UCS-23 1. 最大许用应力值 Ⅱ卷 D 篇表 3(螺栓)和表 1A(其他材料)给出表列标准的材料在指定温度下 的最大许用应力值。中间温度下的应力值可用内插法计算。对于设计温度 低于-20°F (-29℃)的容器,设计所用许用应力值不得超过Ⅱ卷 D 篇表 3 或 1A 中 100°F (38℃)时该材料的许用应力值。 2. 材料 UCS 篇所列钢材须根据图 UCS-66 确定是否豁免冲击试验。 UCS-66 八、图纸 半成品图纸见下

半成品按照上图制作。 由工艺所开出“下料计划”→根据“下料计划”填写“材料发放卡” ,领回材 料后就可以下料了。 下料后进行:筒身校圆、割圆→筒身克弯→卷板→搭焊(连引弧板) 搭焊要由 ASME 资质的人员操作,有四张表格: 1. 焊接材料发放表(包括保温桶号、焊工号、焊工姓名、节点号、实发量、实 领量、耗用量、交回量) 2. 焊工资格验证表 3. 材料发放卡(用该可可以领封头、钢板、法兰、接管等) 4. 焊缝识别卡(根据焊工 ASME 资质定烧什么类型的焊缝) →上自动焊(先烧内缝)→碳弧气刨→打磨→用自动焊烧外直缝→表面检查→ X 光拍片→如果 X 光拍片合格后→在封头未对接前先钻排污孔,并且倒角→ 排污孔打磨光→焊排污管时要注意焊缝分底层、填充层、盖棉层每烧一层对 温度、电流、焊条、焊条排号都有要求,在焊缝识别卡上有规定。 封头对接→自动焊烧内缝→封头碳弧气刨→封头打磨→烧外环缝→这样封头
8

和筒体就对接成功了。 开 N1 孔→N1 孔倒角和打磨光→将 N1 接管安在指定位置,可以用吸铁 石吸在接管上,定好 144 的尺寸,然后在孔的四周点焊四处。等美国 ASME 检查人员允许焊时,就可以焊了。每次焊接时,要记录焊机的电流、温度等。 N4 孔开好→N4 孔倒角和打磨光。 N4 接管焊接好,放在旁边。 其他的人孔以及支腿要划线划好,打上钢印记号。 九、缩写词 AIA: ASME 审查认可的授权检验机构 AI: 授权检验师 AIS: 授权主任检验师 ASME: 美国机械工程师协会 Code: ASME 锅炉压力容器规范第Ⅰ卷、 第Ⅷ卷第 1 分册和其他 参考卷。 Code Items: 规范产品,在该手册中指出按照 ASME 规范设计、制造、 测、试验和检验,以及打钢印的锅炉和压力容器。 Customer: 购买产品的单位(客户) 焊缝识别卡 JIC: MAWP: 最大允许工作压力 最小设计金属温度 MDMT: MDR: 制造商数据报告 MT: 磁粉探伤 材质试验报告(材质证明书) MTR: NBBI/NB: 全国锅炉压力容器检验师协会(美国) 不一致报告 NCR: NDE: 无损检测 PFC: 工艺流程图 焊接工艺评定记录 PQR: PT: 液体渗透检测 PWHT: 焊后热处理 QC: 质量管理 RT: 射线检测 超声波检测 UT: VT: 目视检测 WBP/Plant: 芜湖锅炉厂 WPQ: 焊工技能评定记录 WPS: 焊接工艺规范 十、图纸、设计计算与技术规范管理 略 质量管理手册(ASME)第 3 章 十一、材料管理 略 质量管理手册(ASME) 第 4 章 十二、记录保存 略 质量管理手册(ASME) 第 11 章 十三、样表 略 质量管理手册(ASME) 第 14 章 ※ Ksi=0.1443÷ksi=Mpa

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