ASME冲击韧性.doc

碳钢、低合金钢 背景 VIII-1卷在87A之前对于碳钢、低合金钢用于设计温度在-20F（-29C）以上的容器可不做冲击试验。尽管运行记录表明按规范建造的容器是非常安全的，但脆性破坏越来越引起重视。曾经发生过的少数脆性破坏大都发生在水压试验过程中。现有的缺口韧性法则是以线性弹性断裂力学（LEFM）理论为基础，并根据材料的试验结果建立的，同时，也广泛考虑了好的经验、以及压力容器工业里脆性破坏的低发生率。冲击性能 材料的缺口韧性与以下因素有关： 温度厚度应力 UG-20（b）最低金属设计壁温（MDMT） - 容器运行过程中的最低温度。 MDMT 必须与相应的MAWP一起标在容器的铭牌上。 冲击试验法则的主要特点是，使用一组冲击试验免除曲线，该曲线按MDMT对应于元件的厚度将常用的钢材分成了四个组。冲击免除曲线是依据钢材的韧性在一定的温度区域内呈现急剧变化这一特性建立的。对于给定的材料，如果MDMT在曲线上或在曲线的上方，则用冲击试验来证实材料的韧性是没有必要的。冲击试验 如果要求进行冲击试验，UG-84规定了应该使用的程序。应该假设要求进行冲击试验，除非在Subsection A或C中找到了可以免除的依据。UG-84接着提到，试验的程序和设备应符合SA-370的要求。 冲击试验要求对于碳钢低合金钢材料，应首先假定要做冲击试验，然后再来确定是否可以免除。UG-20(f) 免除冲击条款如果满足以下条件，P-1Group 1或2的材料的冲击试验可以免除。材料的控制厚度： 1/2” (12.7) 对于Fig. UCS-66曲线A的材料； 1” (25.4) 对于Fig. UCS-66曲线B、C或D的材料。 整台容器按UG-99(b)、(c)或(k)进行水压试验。设计温度不低与-20F（-29C），不高于650F（343C）。由于季节性温度变化引起的操作温度偶然低于-20F（-29C）是允许的。热、冲击或循环载荷不是设计的关键因素。（见UG-22）UCS-66材料除非另有条款给予免除，对于最低设计金属壁温和厚度的交点落于代表材料的曲线下方，必须进行冲击试验。如果温度-厚度的交点落于曲线上或上方，对母材可不必做冲击试验。壳体、管接头、人孔接管、开孔补强板、法兰、管板、平封头板、焊缝衬垫、与容器构成结构整体并与受压件相焊的装接件，都应分别判断是否要进行冲击试验。Fig. UCS-66根据材料的牌号，如果最低金属设计壁温和厚度的交点落于Fig. UCS-66相应曲线的上方，可免做冲击试验。图中使用的厚度按UCS-66(a)(13)的定义来确定。UCS-66(a)UCS-66(a)定义的厚度有以下4种类型：- 铸件；- 除铸件外，其它用对接焊缝连接的材料；- 除铸件外，其它用角接焊缝连接的材料；- 除铸件外，其它非焊接件，如，螺栓连接的平封盖。UCS-66(a)不管什么材料，对于以下情况，必须进行冲击试验：- 如果焊缝处的控制厚度大于4 in（100），并且MDMT120F（48C），必须进行冲击试验；- 控制厚度超过6 in（152），用螺栓连接的元件，如果MDMT120F（48C）必须进行冲击试验。UCS-66(b), 降低温度UCS-66(b)允许使用Fig. UCS-66.1进一步降低由Fig. UCS-66确定的最低金属设计壁温。另外，UCS-66(b)还对使用Fig. UCS-66.1提出了2条限制：- 最低金属设计壁温不能低于-55F（-48C），除非实际拉应力与许用应力的比值小于0.35，在这种情况下，可不进行冲击试验，且-55F（-48C）的限制不适用；- 所有的材料在-55F（-48C）以下均应做冲击试验，除非实际应力与许用应力的比值小于0.35，在此情况下，温度不低于-155F（-103C）可不做冲击试验。UCS-66(b)(1)(b)允许将Fig. UCS-66.1和Fig. UCS-66.2用于承受非一次薄膜应力的元件，如平封头、管板、法兰等。按UCS-66(b)(1)(c)，对于用焊接连接的法兰，其MDMT可按与其相连的管颈或壳体确定的温度降低值一样予以降低。UCS-66(c)，免除UCS-66(c)规定，ASME/ANSI B16.5和B16.47铁素体钢法兰、以及SA-216 GR WCB制成的对开式活套法兰用于设计金属温度等于或高于-20F（-29C）时，可不必进行冲击试验。UCS-66(d)，免除UCS-66(d)允许对厚度小于0.10 in（2.5）的材料免除冲击试验。对于材料为P-No. 1的小直径管子（NPS 4或以下），当厚度不超过对应于规定最小屈服强度值的以下厚度值时，可免做冲击试验：规定最小屈服强度 ksi最大厚度 in. (mm)20350.237 (6)36450.125 (3.2)46和更高0.100 (2.54)UCS-66(e)UCS-66(e)规定，对于厚度小于1/4”（6 mm）的板材，材料技术条件要求的制造厂标记不能使用钢印，除非符合规定的条件可以例外。 UCS-66(f)除非按Fig. UCS-66可以免除，规定最小屈服强度值大于65 ksi的材料必须进行冲击试验UCS-66(g)按材料技术条件由材料制造厂做过冲击试验的材料，只要MDMT不低于材料技术条件规定的温度、或低于材料技术条件规定的温度不超过5F（3C），容器或部件制造厂不必再进行冲击试验。UCS-66(h)保留在焊缝上的衬垫和其它规范材料一样，必须判断是否要求进行冲击试验。对于衬垫属于曲线A的材料，如厚度不超过1/4”（6 mm）、且MDMT-20F，可免做冲击试验。 UCS-66(i)对于做过冲击试验的材料，如果Fig. UCS-66.1定义的比值小于1.0，最低金属设计壁温低于冲击试验温度的数值不得超过Fig. UCS-66.1规定的允许降低温度值，而且，决不允许低于-155F（-104C）。Fig. UCS-66.1和Fig. UCS-66.2还可以用于承受非一次薄膜应力的元件，如平封头、管板、法兰等。对于用焊接连接的法兰，其MDMT不可低于与其相连的管颈或壳体的冲击温度减去确定的允许温度降低值。 UCS-160UCS-160为操作温度低于铭牌MDMT的容器提供指导。由于UG-116的修改，在MDMT下的压力必须等于MAWP，这样可能造成许多容器的MDMT比原来的更高，本条有助于为那些随着温度降低（如在开启/关闭的自冷阶段）而压力和总体一次薄膜应力也随之降低的容器，确定安全的操作压力和温度。 冲击试验的控制厚度Fig. UCS-66使用的厚度是按UCS-66(a)(13)的定义确定的。 UCS-66(a)(1) 焊接件(a) 对接接头 最厚接头处的公称厚度；(b) 角接接头 两被连接件中较薄件的厚度；(c) 平封头、管板 两被连接件中较薄件的厚度、或t/4，取较小值。如果焊接件的控制厚度超过4”（101 mm）、且其MDMT6”（152 mm）、且MDMT120F（49C），必须进行冲击试验。 UCS-66(a)(4)非焊接的成形封头见Fig. 1-6 sketch (c)的控制厚度为法兰的厚度除4（t/4）、或封头成形处的厚度，取较大值。 UCS-67 焊接工艺的冲击试验焊接工艺规程试验。 UCS-67(a) 有填充金属的焊缝，凡属下列情况之一，焊缝金属必须按UG-84做冲击试验：任何一边母材要做冲击试验；- 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料（Table UG-84.3）、或曲线C或D的母材，且当-55FMDMT-20F（-48CMDMT-29C）时；（除非焊材已按相应的SFA技术条件在不高于MDMT的温度下进行过冲击试验并按此分类。） 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料UCS-66(g)，当MDMT1/2”（13 mm），无论MDMT为多少；或(2) 焊缝处的厚度5/16”（8 mm），且当MDMT1/2”（13mm），且MDMT70F（20C）；(3) 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料UCS-66(g)，当MDMT-55F（-48C）时。UCS-67(d)按UG-84(i)进行的容器产品冲击试验属下列情况之一可以免除：(1) 焊缝金属连接的母材按UCS-66免除了冲击试验，且MDMT-20F（-29C）；(2) 属于UCS-67(a)(2) 曲线C/D、或按技术条件进行过冲击试验的材料且-55FMDMT-20F（-48CMDMT-29C） 或(a)(3) 按技术条件进行过冲击试验的材料，当MDMT-55F（-48C） 定义的焊缝金属；(3)HAZ所在母材按UCS-66免除了冲击试验，但当UCS-67(c)(3) 按技术条件进行过冲击试验的材料，当MDMT-55F（-48C） 适用时除外。 UCS-68 设计对于P-No.1材料，当进行了焊后热处理，而此焊后热处理又不是规范要求的，此时UCS-68允许将MDMT降低30F（17C）。UNF-65注意，关于冲击试验是否免除的判断，对有色金属也有规定。如当有色金属符合下列条件时，可免除冲击试验：- 轧制铝合金用于-452F或以上；- 铜和铜合金、镍和镍合金、铝合金铸件用于-325F或以上；- 钛和锆用于-75F或以上。UHA-51 高合金材料的冲击试验UHA-51于1994增补作了全面修改。此条的构成如下：试验要求：- UHA-51(a)母材、焊缝和HAZ的试样、验收标准、复验要求；- UHA-51(b)焊缝和HAZ的要求；- UHA-51(c)有热处理时的特殊要求。免除试验：- UHA-51(d)母材和HAZ- UHA-51(e)焊缝- UHA-51(f)容器（产品）焊缝- UHA-51(g)低应力情况下的免除UHA-51(c) 母材UHA-51(c)当进行了热处理，则要求做冲击试验。注意：此要求超越UHA-51中其它任何免除条文。只要进行了下列热处理，就要求在MDMT下（但最高不超过70F）做冲击试验：(c)(1)奥氏体不锈钢：900F到1659FType 304、304L、316、316L经900F到1300F的热处理，如果MDMT不低于-20F，且容器（产品）经过热处理的A、B类接头的焊缝金属做冲击试验，可免除冲击试验。(c)(2)奥氏体-铁素体双相不锈钢：600F到1759F(c)(3)铁素体铬不锈钢：800F到1350F(c)(4)马氏体铬不锈钢：800F到1350FUHA-51(b) 焊接工艺评定（焊缝和HAZ）UHA-51(b)是关于焊接工艺评定要求做冲击试验的条款。当焊接接头（母材或焊缝金属）任何部分要求做冲击试验，那么，焊接工艺规程（WPS）的评定必须做冲击试验。 UHA-51(e) 焊接工艺评定（焊缝和HAZ）UHA-51(e)是关于焊缝是否免除冲击试验的条款。对于焊缝符合以下焊缝金属与MDMT的组合，除非UHA-51(c)另有要求外，可免除冲击试验。 UHA-51（g） 母材、HAZ和焊缝UHA-51(g)是关于在低应力下免除冲击试验的条款。当设计拉应力与许用应力的比值小于0.4时，且没有进行UHA-51(c)所述的热处理，那么，对于任何UHA-23的材料（母材、HAZ、和焊缝金属）均可以免除冲击试验。UHT-6UHT-6对材料冲击试验提出了以下一些附加要求：- 板材试样必须横向切取（与轧制方向垂直）；- 当使用温度低于-20F时，对于SA-517、SA-508等材料应进行落锤试验。UHT-6还给出了侧向膨胀的验收标准。UG-84(i)，产品冲击试板UG-84(i)规定，当规范的其它条款、如UG-67、UHT-82或UHA-51要求做冲击试验时，必须为所有的焊接接头制备产品冲击试板。试板材料必须与容器材料同P-No.和Group No.，A类接头的试板一般必须是产品焊缝的延伸部分，B类焊缝可以使用单独的产品试板。注意：只有当WPS要求做冲击试验时，才要求带产品冲击试板。 UG-84(j)UG-84(j)规定，如果产品冲击试板没有满足冲击要求，试板所代表的焊缝不合格。允许再次进行热处理，然后复检。UHA-51(f) 容器（产品）冲击试板的免除当按UG-84(i)要求带产品冲击试板时，按UHA-51(f)，如果满足以下条件，产品冲击试板可以免除；对于焊接奥氏体