GB150與ASMEⅧ-1低溫沖擊試驗(yàn)比較分析

1.GB150與ASMEⅧ-1規(guī)范關(guān)于沖擊試驗(yàn)判斷的區(qū)別

我國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150和ASME Ⅷ-1規(guī)范在是否做沖擊試驗(yàn)的判斷條件上存在不同之處。GB150.1-2011規(guī)定：設(shè)計(jì)溫度低于-20℃的碳素鋼、低合金鋼、雙相不銹鋼和鐵素體不銹鋼制容器為低溫容器。低溫容器用材料必須做夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)，其試驗(yàn)溫度不高于設(shè)計(jì)溫度，沖擊功應(yīng)滿足該溫度下標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)值，此時(shí)沖擊試驗(yàn)唯一豁免的條件是：容器處于“低溫低應(yīng)力工況”，具體“低溫低應(yīng)力”概念詳見(jiàn)GB150.3-2011附錄E規(guī)定，不過(guò)“低溫低應(yīng)力工況”不適用于鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm≥540MPa的材料以及螺栓材料。

對(duì)于設(shè)計(jì)溫度在-20℃～0℃范圍內(nèi)的容器，由于我國(guó)板材及鍛件在出廠前只做0℃沖擊試驗(yàn)，所以在材料采購(gòu)時(shí)需提出-20℃沖擊試驗(yàn)要求，以滿足容器在-20℃～0℃溫度下的韌性要求，其沖擊功指標(biāo)不低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定0℃沖擊功值。GB150.2-2011規(guī)定：對(duì)于Q245R、Q345R 、13MnNiMoR鋼板，20、16Mn、20MnMo鍛件,如需規(guī)定進(jìn)行-20℃沖擊試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中注明。

另外，材料厚度不同所呈現(xiàn)的韌性也不同，因此GB150.2-2011中規(guī)定：殼體厚度大于60mm的鋼板應(yīng)進(jìn)行V型缺口沖擊試驗(yàn)。

ASMEⅧ-1規(guī)范1989版至現(xiàn)行版本，取消了低溫容器的概念，是否做沖擊試驗(yàn)由材料組別、控制厚度及最低設(shè)計(jì)金屬溫度共同決定，試驗(yàn)溫度不得高于最低設(shè)計(jì)金屬溫度，沖擊功滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定即可。

2.相比GB150而言，ASMEⅧ-1規(guī)范有如下特點(diǎn)：

(1)沒(méi)有一個(gè)固定溫度值來(lái)判斷是否做沖擊試驗(yàn)；

(2)設(shè)計(jì)溫度低于-20℃不一定必須做沖擊試驗(yàn)，而設(shè)計(jì)溫度高于-20℃甚至0℃以上也不一定免除沖擊試驗(yàn)；

(3)同一組別材料，相同控制厚度，不同設(shè)計(jì)溫度，或相同設(shè)計(jì)溫度，不同控制厚度，是否需要沖擊試驗(yàn)的情況也是不同的；

(4)在某一條款中要求做沖擊試驗(yàn)，可能在其它條款中被免除，也就是說(shuō)“應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)”的判定不一定是最終結(jié)果，而“沖擊試驗(yàn)豁免”的判定才是最終的結(jié)論。

3.ASMEⅧ-1規(guī)范中沖擊豁免的步驟

在ASME Ⅷ-1規(guī)范中通常以取得豁免條件來(lái)判斷材料是否做沖擊試驗(yàn)的依據(jù)。碳鋼、低合金鋼制壓力容器殼體、封頭、接管、人孔、補(bǔ)強(qiáng)板、法蘭、管板、平蓋板以及永久保留的焊接襯墊和焊接到受壓元件上的對(duì)容器的結(jié)構(gòu)完整性必不可少的附件等零件取得“沖擊試驗(yàn)豁免”的條件總結(jié)如下：

3.1.第一步：按UG-20(f)判斷

(1)設(shè)計(jì)溫度范圍為-29℃≤T≤345℃；（注：由于低溫季節(jié)大氣溫度的影響，操作溫度偶然低于-29℃是允許的）；

(2)容器不存在熱沖擊、機(jī)械沖擊或循環(huán)載荷；

(3)容器制造完畢后按照UG-99(b)或UG-99(C)進(jìn)行液壓試驗(yàn)，一般容器是做液壓試驗(yàn)的，除非結(jié)構(gòu)等原因采用UG-100進(jìn)行氣壓試驗(yàn)；

(4)對(duì)于P-No.1.1或P-No.1.2組材料：

①按UCS-66屬曲線A的材料，其控制厚度不超過(guò)13mm，常見(jiàn)曲線A材料有：SA-283、SA-285-C、SA-36、SA-515-70等；

②按UCS-66屬曲線B、C或D材料，其控制厚度不超過(guò)25mm，常見(jiàn)曲線B、C、D材料有：SA-516-70、SA-105、SA-106-B等。

如同時(shí)滿足上述要求時(shí)，材料可免除沖擊試驗(yàn)，否則，只要有一條不滿足，轉(zhuǎn)入第二步進(jìn)行判斷。

3.2.第二步：直接取得沖擊試驗(yàn)豁免的條件

(1)最低設(shè)計(jì)金屬溫度高于50℃，任何組別材料的任何厚度均不需要沖擊試驗(yàn)；

(2)設(shè)計(jì)金屬溫度不低于-48℃，且厚度不大于2.5mm的不需要沖擊試驗(yàn)；

(3)采用UCS-66曲線A的材料制造金屬保留墊板，且厚度不大于6mm，若最低設(shè)計(jì)金屬溫度不低于-29℃時(shí)不需要沖擊試驗(yàn)；

(4)選擇以下標(biāo)準(zhǔn)法蘭，如最低設(shè)計(jì)金屬溫度不低于-29℃時(shí)，可免做沖擊試驗(yàn)；

①    ASME B16.5鐵素體鋼法蘭;

②    ASME B16.47鐵素體鋼法蘭;

③    SA-216 Gr WCB剖分式松式法蘭，級(jí)別不大于150磅或300磅。

(5)當(dāng)最低設(shè)計(jì)金屬溫度低于-48℃且不低于-105℃時(shí)，比值S=trE/(tn-c)≤0.35時(shí)，免做沖擊試驗(yàn);

(6)對(duì)于DN≤100mm，且為P-No.1組材料的管子，其最低設(shè)計(jì)金屬溫度不低于-105℃，只要材料厚度不大于下表所列最低屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的厚度值，可免做沖擊試驗(yàn)。

 (7) 當(dāng)ASME Ⅷ-1規(guī)范中未要求強(qiáng)制熱處理而進(jìn)行熱處理的P-No.1組材料，允許最低設(shè)計(jì)溫度可降低17℃，即便此時(shí)溫度已低于-48℃。

(8)對(duì)于螺栓、螺母免做沖擊試驗(yàn)的最低設(shè)計(jì)金屬溫度詳見(jiàn)ASME Ⅷ-1篇UCS-66總注(c)的規(guī)定。

3.3.第三步：按UCS-66(a)進(jìn)行判斷

按此條進(jìn)行判斷時(shí)一定要準(zhǔn)確計(jì)算出元件的“控制厚度”。當(dāng)最低設(shè)計(jì)金屬溫度和材料控制厚度的相交點(diǎn)落在對(duì)應(yīng)材料曲線上或者上方，可免做沖擊試驗(yàn)，如果相交點(diǎn)落在對(duì)應(yīng)曲線的下方，則需要進(jìn)行第四步判斷。

3.4.第四步：按UCS-66(b)進(jìn)行判斷

按照UCS-66(a)未得到免除沖擊的元件，如果比值S=trE/(tn-c)＜1，且元件的最低設(shè)計(jì)金屬溫度不低于-48℃時(shí)，可繼續(xù)按本條進(jìn)行判斷，并計(jì)算MDMT降低值，當(dāng)降低后得到的溫度低于所要求的MDMT，則此元件材料免做沖擊試驗(yàn)。

MDMT降低值可根據(jù)比值S按照UCS-66(b)中圖表查出，當(dāng)降低值不超過(guò)22℃時(shí)，可按下面公式計(jì)算：MDMT降低值=(1- S)×56℃，對(duì)于不承受總體一次薄膜拉伸應(yīng)力的元件，如平封頭、平蓋、管板和法蘭(包括螺栓和螺母)，比值S為最大設(shè)計(jì)壓力與最大許用壓力之比。

通過(guò)上述四步篩選，如果沖擊試驗(yàn)還不能豁免，別無(wú)選擇，容器所用材料只能進(jìn)行MDMT下的沖擊試驗(yàn)，沖擊功滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

4.結(jié)語(yǔ)

因?yàn)闆_擊試驗(yàn)對(duì)壓力容器制造廠來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)較大的花費(fèi)，所以，設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡一切努力來(lái)避免它?？梢酝ㄟ^(guò)增加元件的控制厚度或選用韌性較好、級(jí)別較高材料的方法來(lái)避免沖擊試驗(yàn)，但此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，為避免沖擊試驗(yàn)，增加這些費(fèi)用是否值得。

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2.壓力容器GB150,151計(jì)算手冊(cè).pdf

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