ASME标准小论文.doc

ASME标准简述汇报人：刘 伟 张宜峰时 间：2015.4.26ASME标准简述刘伟 张宜峰（四川理工学院 机械工程系，四川 自贡 643000）摘 要：通过对ASME标准的分析，介绍了ASME在材料和容器设计方面的应用，也介绍了中国在ASME规范中的规范案例CODE CASE，其制造方法和优缺点，再对国内外的一些标准进行了比较，在适用范围和技术内容上介绍了GB150，旨在理解和运用不同的标准时有个基本的认识。关键词：ASME规范；标准；GB150;比较；材料；压力容器前言： 美国机械工程师协会(The American Society of Mechanical Engineers)成立于1880年，在世界各地建有分部，是一个有很大权威和影响的国际性学术组织。ASME主要从事发展机械工程及其有关领域的科学技术，鼓励基础研究，促进学术交流，发展与其他工程学、协会的合作，开展标准化活动，制定机械规范和标准。 自成立以来，ASME领导了机械标准的发展，从最初的螺纹标准开始到现在已发展了超过600多个标准。1911年成立了锅炉机械指令委员会。1 ASME规范 ASME规范共有十二篇，包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容，篇幅庞大，内容丰富，且修订更新及时，全面包括了锅炉和压力容器质量保证的要求。ASME规范每三年出版一个新的版本，每年有两次增补。ASME规范分为四个层次，即规范（Code)、规范案列（Code Case）、条款解释（In-terpretation）及规范增补（Addenda）。 ASME规范内容： 第一卷:动力锅炉建筑规范 第二卷：材料 A篇 铁基材料 B篇 非铁基材料 C篇 焊条.焊丝及填充材料 D篇 性能（美国习惯单位制） D篇 性能（公制） 第三卷：分卷NCA 第1册和第2册 总要求 第1册 分卷NB 1级部件 分卷NC 2级部件 分卷ND 3级部件 分卷NE MC级部件 分卷NF 支撑件 分卷NG 堆芯支撑结构 分卷NH 高温1级部件 附录 第2册 废核燃料和高位放射性材料的废料的 储存和运输包装用安全容器系统 第3册 废核燃料和高位放射性材料的废料的 储存和运输包装用安全容器系统 第四卷：采暖锅炉建筑规范 第五卷：无损检测 第六卷：采暖锅炉维护和运行推荐规则 第七卷：动力锅炉维护推荐指南 第八卷：第1册 压力容器建造规则 第2册 压力容器建造另一规则 第3册 高压容器建造规则 第九卷：焊接和钎焊评定 第十卷：纤维增强塑料压力容器 第十一卷：核动力厂部件在役检验规则 第十二卷：运输罐建造和延续使用规范2 材料 ASME一1所涉及的材料共计有碳钢和低合金钢、有色金属、高合金钢、铸铁、可锻铸铁等，而涉及和材料、制造方法有关的容器共计有锻造容器、钎焊容器、以复合钢板或有防腐衬里层制造的容器，经热处理后提高抗拉性能的铁素体钢制容器、多层结构容器。在低温时具有较高许用应力的材料制容器等，列于表2-1。2.1碳钢和合金钢 碳钢碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金，低合金钢合金元素总量小于5%的合金钢叫做低合金钢合金总量低于5%时称为低合金钢。合金含量在5-10%之间称为中合金钢；大于10%的称为高合金钢。碳钢和合金钢是制造压力容器最常用的材料，它可以是钢板，锻钢、铸钢、钢管、杆材和棒材等型式。为了保证其焊接质量，所以ASME Vm1在UCS-5节中规定，含碳量大于035的碳钢和低合金钢不得用于焊接或氧气切割成型。2.2 有色金属 有色金属主要用于抗腐蚀，用于食品容器时便于清洁，高温时有足够强度和不起皮以及低温时有足够的缺口韧性的场合。有色金属包括铝，铜、镍、钛、锆及其合金等，它可以是板材、锻件、铸件、管材、杆材和棒材等型式。2.3 高合金钢 高合金钢主要用于防腐蚀，避免铁离子对物料的污染，在食品制造过程中便于清洁容器，在高温时保证强度和抗氧化能力以及低温时有足够缺口韧性等场合，它包括铬镍不锈钢，不锈钢和高铬钢，也可以是板材，锻件、铸件，管材，杆材和棒材等型式。 奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。不具有铁磁性。因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的188型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。另外，奥氏体因为是面心立方，八面体间隙较大，可以容纳更多的碳。 马氏体是黑色金属材料的一种组织名称。是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相，高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆性也比较高。 亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体性能几乎和纯铁相同，强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。2.4 铸铁和可锻铸铁 铸铁和可锻铸铁容器不能用于贮存致死或易燃的液体或气体介质，不能用于直接火压力容器和非直接火蒸汽锅炉，并在压力和温度方面都有相应的限制范围。3 ASME容器设计中的有关问题 3.1 失效准则 在容器设计中遇到的失效方式：过量的弹性变形（包括弹性不稳定）、过量的塑形变形、高应变、低循环疲劳、由应力引起的破坏/蠕变变形（非弹性）、脆性断裂、应力腐蚀、塑形不稳定渐增的垮塌、腐蚀疲劳。 3.2 强度理论 ASME第八卷第一册中提到20世纪初开始用强度理论是第一强度理论(最大主应力)。第八卷第二册；1968年开始用第三强度理论(最大剪应力)，2007年写入按设计规则来用第三强度理论和按分析设计用第四强度理论（最大变形能）3.3 设计温度 设计温度是指容器在操作状态下设计元件时所采用沿厚度的金属平均温度，可以由工艺条件或必要时采用设计方法或实测确定，最高值不得超过许用应力表中所列的高温极限最低只用于判定材料是否进行冲击试验。3.4 设计压力 确定容器的设计压力时，应考虑容器内外的最大压差，或者组合单元任意两受压室所受的最大压差。3.5 压力试验 目的为保证容器在正常操作时的宏观强度，焊缝的致密性以及密封件的密封性，并兼有使带缺陷材料在超应力作用后于缺陷尖端处留下压缩残余应力，从而使投入正常操作时缺陷尖端不易扩展，改善其防脆断和抗疲劳性能的因素。 方法液压试验 原则试验压力总是较设计条件时的设计压力或完工容器的最大许用工作压力高，其所高的值既要使容器达到尽可能的考验，又要使容器不致出现强度不足或变形过大的问题，一般都和确定材料许用应力时的安全系数和规范所允许的超应力考验程度有关。4 中国在ASME规范中的规范案例CODE CASE4.1 扁平钢带倾角错绕式压力容器又称扁平绕带压力容器 中国首创的一种新型绕带式压力容器，由浙江大学化工机械研究所朱国辉教授发明，1996年和1997年被列入ASME -1和ASME -2标准的规范案例CODE CASE，编号分别为2229和2269。4.2 制造方法 第一步一般采用钢板卷焊来制造内筒体，第二步组装（焊接）内筒体至规定长度，第三步焊接端部封头或端盖，第四步耐压试验与气密性实验，第五步钢带缠绕（双数层），第六步内筒耐压实验，第七步焊接外壳保护层。4.3 扁平钢带倾角错绕式压力容器优点 内筒薄，内层厚度约占总厚度的1/61/4,，可为单层或多层组合结构。薄钢板取材容易，易制作，同时原材料，焊接和无损检测的质量易于保证；原始缺陷少，且可通过预应力缠绕，使内筒处于水平，降低裂纹在使用中萌生和扩展的可能性。 钢带窄，预应力交错缠绕。扁平钢带厚度约为416mm，具有优良的金属纤维性能，其金相组织和力学性能都比较均匀，脆性转变温度比厚钢板低得多；同时，预应力交错错绕使内筒轴向和环向的强度同时得到加强。 层数多，无深厚环焊缝，具有自我抑暴抗暴特性。容器大部分厚度都由多层交错缠绕的钢带组成，且全长无深度环焊缝，层间有止裂作用。绕带层即是承压强度层，也是保障容器安全使用的非常可靠的抑爆保护层 两端为斜面分散焊缝，可防止法兰或端盖断裂飞出引起严重事故。绕带结构将深厚环焊缝转化为斜面分散焊缝，不仅使焊缝受力面积增大，工艺得到简化而且还改变的焊缝结构。 最简化的制造技术，整个容器的制造过程基本是内筒制作加钢带缠绕过程，钢带绕完，容器也就基本制造完成，工序少，周期短。 可实施功能全面可靠的在线安全监控保障技术，由于绕带层有天然“透气孔”，即使因意外因素内筒发生了裂纹扩展而泄漏，所泄漏出的气体可被外保护薄壳自然收集，实现泄漏介质自动排放和通过密闭循环系统对气体化学成份的检测，实现安全状态及腐蚀状态计算机在线自动监控。5 ASME国内外其他压力容器标准5.1 日本标准 1993年以前： JIS B 8243压力容器构造ASME -1 IS B 8250压力容器构造另一标准ASME -2 1993年以后： JIS B 8270压力容器（基础标准） JIS B 82718285压力容器（单项标准）5.2 欧盟标准 87/404/EEC简单压力容器指令：仅适用于介质为空气或氮气、压力（表压）超过0.05MPa的简单压力容器。 76/767/EEC压力容器一般指令：压力容器及其检验的一般规定。 97/23/EC承压设备指令：适用于最高工作压力大于0.05MPa的承压设备的设计、制造和合。5.3 中国标准 “全国压力容器标准化技术委员会”1984年7月成立；GB150-89钢制压力容器第一版的国家标准，于1989颁布；GB150-1998钢制压力容器第一次全面修订后的新版的国家标准，1998颁布。 容标委在GB150的基础上，又先后制订了：a.GB151管壳式换热器，b.GB12337钢制球形储罐，c.JB4732钢制压力容器分析设计标准，d.JB4710钢制塔式容器等一系列国家标准和行业标准。5.3.1 GB150 这是中国的第一部压力容器国家标准，其基本思路与ASME1相同，属常规设计标准。该标准适用于设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计、制造、检验及验收。适用的设计温度范围根据钢材允许的使用温度确定，从-196到钢材的蠕变限用温度。5.3.1.1 GB150的适用范围 GB150只适用于固定的承受恒定载荷的压力容器。 GB150不适用的范围: 1、直接用火焰加热的容器，设计压力低于0.1MPa的容器。 2、核能装置中的容器，真空度低于0.02MPa的容器。 3、选准或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压器室，内直径小于150mm的容器。 4、经常搬运的容器，要求作疲劳分析的容器。5.3.1.2 GB150的技术内容 GB150的技术内容：圆柱形筒体的和球壳的设计计算，零部件结构和尺寸的具体规定，密封设计，超压泄放装置的设置，容器的制造和检验与验收要求等。在中国具有法律效用，是强制性的压力容器标准。5.3.1.3 关于采用GB150-2011压力容器的公告 按照GB 150.1150.4-2011压力容器标准实施的规定，相关压力容器设备的设计、制造、检验和验收等，可按合同签订日期选用相应的标准，即2012年3月1日GB 150.1150.4-2011压力容器标准正式实施之前签订的合同，可按GB 150-1998钢制压力容器标准进行设计、制造、检验和验收。在2012年3月1日及以后签订的合同，应执行GB 150.1150.4-2011压力容器标准。 全国锅炉压力容器标准化技术委员会 二零一二年八月十三日5.3.1.4 GB150总结 总体上来说,我国压力容器标准是开放型的,即每项标准(如GB 150、GB 151和JB 4732)只是针对特定的技术问题,为处理整个压力容器建造,还需要相应的一系列配套标准,例如有关材料、制造和检验等的标准相配合。ASME规范总的来说是封闭型的,迄今为止,它已包括了压力容器建造规则、材料、焊接评定、无损检测等在内的12卷内容,基本上涉及了压力容器建造的各有关方面。我国的压力容器标准GB 150、JB 4732以及GB 151等主要参照了ASME规范。