1、ASME培训教程ASME规范第 VIII-1卷 - 压力容器课程分类l VIII-1卷的构成 l 材料l 设计l 制造l 无损检测l 压力试验、打钢印和出数据报告 VIII-1卷的构成l 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 VIII1卷的构成及其运用，基本掌握如何查阅第 VIII1卷的有关条文。l 课程概况 ASME锅炉压力容器规范的组成 第 VIII1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Part A 钢铁材料Part B 有色金属材料Part C
2、焊丝、焊条及填充金属Part D 材料性能III Subsection NCA Division 1和 Division 2的总要求 Division 1Subsection NB 1级部件Subsection NC 2级部件Subsection ND 3级部件Subsection NE MC级部件Subsection NF 设备支撑Subsection NG 堆芯支撑结构件Subsection NH 在高温工况下运行的 1级部件AppendicesDivision 2 混凝土反应堆容器和安全壳规范Division 3 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
3、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Division 1 Division 2 另一规则Division 3 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
4、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 Subsection A: 一般要求Part UG 所有建造方法和所有材料的一般要求 Subsection B: 有关压力容器制造方法的要求 Part UW 焊制容器 Part UF锻制容器 Part UB 钎焊容器 Subsection C: 有关材料类别的要求Part UCS 碳钢和低合金钢容器 Part UNF 有色金属容器Part UHA 高合金钢容器Part UCI 铸铁容器Part UCL 复合层材料容器Part UCD 球
5、墨铸铁容器Part UHT 热处理材料容器Part ULW 多层容器Part ULT 低温材料容器材料表 附录 1-31 强制性附录 。AEE 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， UW11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l 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。l 课程概况 允许使用的材料和选用 Section II材料技术条件 焊材 冲击试验要求 材
6、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： Subsection A 材料的一般要求I Subsection B 制造方法和特殊工况影响材料的选择 Subsection C 针对特殊材料的要求 材料表 给出 VIII1卷允许使用的材料（ UCS23、 UHS23、 UNF23等） 强制性附录 Section II材料的详细要求 Part A 钢铁材料 Part B 有色金属Part C 焊材Part D 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
7、（ 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 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
8、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 100F，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 50F，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 SA517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： Structural Analysis
9、 and Design of Process Equipment, Jawad Farr） 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
10、生一稳定的性能。（参见： Structural Analysis and Design of Process Equipment, Jawad Farr）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 Section II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（ Wrought steels）即可。 UG-15
11、： 同牌号的可锻材料 (Wrought materials)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 Section II Part D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 Section II Part D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
12、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， Section II Part D中的表 1用于 VIII1卷、表 2用于 VIII2。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 VIII1卷中，而不是 Section II Part D。使用此表时应注意以下两点： 确认你所查阅的那一行在 VIII1卷一栏里没有 “NP”（ Not Permitted）
13、字样。 确认已查阅过与 VIII1卷有关的注释。另外：UG45(c) ：接管剪切许用应力 = 接管抗拉许用应力的 70%UW15(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 UG41的补强强度计算。 Subsection A 一般要求 Subsection A中有关材料的基本条款为： UG4 一般要求 UG5 板材 UG6 锻件 UG7 铸件 UG8 管道和管子 UG9 焊接材料 UG11 预制和预成形受压件 UG12 螺栓和螺柱 UG13 螺母和垫圈 UG14 棒材 一般来说
14、，在 VIII1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) UG4(a)将用于承受压力应力的材料限于那些由 Subsection C允许使用的材料，同时还提到了 UG9、 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 Subsection C允许的技术条件可用于非受压件，但必须符合 UW5(b)的要求。 UW5(b)指出，必须证实材料具有可焊性。一般来说，如果材料可按 UG10、 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
15、述要求，每一块未识别的材料必须按第 IX卷 QW451的规定进行导向弯曲试验。UG4(b)还提到，未能按 UG93识别的材料，其许用应力不能超过 Subsection C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 VIII1卷，又不符合 UG10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) UG4(f)建议，设备的用户或其指定代理应确认建造
16、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 UG4(a)中提到，UG10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 UG10(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 UG10(a)允许使用 VIII1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
17、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 Section II的相应材料技术条件。此认
18、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 Subsection C, UG15允许使用 Section II中的同种材料的另一种材料形式。 例一SA182317L符合 SA240317L级别材料的要求，并且在 Subsection C中列有 SA182的材料形式，因此， SA1823
19、17L可以用于受压材料，尽管 Subsection C中没有列入此材料。（注：此材料现已列入 Subsection C）。例二（摘自 HSB Pressure Points, September 1999）问：我们正在为一个要求使用 SA240 UNS32950双相不锈钢的项目报价，我们发现此合金并没有列入 Table UHA23中 SA240板材里，但在 Pipe和 Tube材料形式（ SA789和SA790）里却列有相同的合金，此材料是否可以用于 VIII1容器的建造？ 答：可以。通过运用 UG15，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
20、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 VIII1卷的 Subsection C，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 UG7规定，铸铁材料的许用应力应乘于 UG24给出的质量系数。 UG24对除 Part UCI外的铸铁材料规定了质量系数 UG-9 焊材 UG9要求用于生产的焊材应符合 Section VIII1、 Section IX、和相应的 WPS。 符合 Section II
21、 Part C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 UG11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 UG44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
22、准件 UG11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 UG44以及制造厂标准。此只制造厂标准必须： 符合 UW26到 UW40，或 ASTM A234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-44 ASME/ANSI标准 UG44列出了可用于 VIII1卷的 ASME/ANSI标准，这些标准的版本号见 Table U3。材料类型 在 Subsection C中有关材料的条款通常是 UXX5至 UXX15。在 Subsection C中有以下材料类型： UCS碳钢 UCI铸铁 UHT热处
23、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 Subsection C中 Part UCS是关于碳钢和低合金钢材料。有关一般要求的条款有： UCS6 板材 UCS7 锻件UCS8 铸件UCS9 管材UCS10 螺栓UCS11 螺母 /垫圈UCS12 棒料和型材 UCS-5 一般要求 UCS5是关于碳钢和低合金钢的一般要求，重复 UG4(a)的要求，提到 Table UCS23。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 UCS6讨论碳钢和低合金钢，对使用 SA36和 SA283材料制造受压
24、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）。Section II中的技术条件类型 Section II中技术条件基本上可分为以下三种类型： 材料技术条件，如 SA285； 通用技术条件，如 SA20； 试验技术条件，如 SA370； 材料技术条件的构成 Section II中的技术条件的构成基本一致，以 SA285为例： 范围 叙述一般性要求有关文件 引述 ASTM A-20（ SA-20） 一般要求和采购依据 叙述采购协议和引述 ASTM A-20 化学成分 Table 1给出各级别的
25、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。 SA285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 A20/A20M中详细规定 ” 通用技术条件 Section II中的通用技术条件有： Pipe SA530 Tube SA450 不锈钢板 SA480 碳钢、低合金钢板
26、SA20 结构钢板、型钢 SA6 SA-450中的标记要求 SA450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 SA370、化学成分试验查阅 E30，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。Section II要求的试验类型 Section II
27、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 Section II要求的机械性能试验 Section II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 SA20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 SA20的材料技术条件相关文件 给出用于试验的引用文件，如 SA370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
28、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 SA370，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 SA370，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， SA20也包含有附加要求，是否采用这些附加要求通常由规范
29、或用户提出，冲击试验就是一个例子。 标记要求 SA20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SA178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 SA209要求标记除要符合 SA450外，还应在 Tube上标出 “Hotfinished”或
30、“Colddrawn”。 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 SA370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， E23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
31、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 ASTM E4进行鉴定，试验速度。定义 拉伸试验定义见 ASTM E6，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 Section II, Part C Section II, Part C是焊接材料的技术条件卷册， SFA5.1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 11/2”范围内应标有 AWS分类代码 UG-9 焊接材料 UG9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 Section II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。 Section II, Part C推荐的焊材保存要求
