GB150與ASMEⅧ-1低溫沖擊試驗比較(jiao)分(fen)析

1.GB150與ASMEⅧ-1規范關于沖擊試驗判斷的區別

我國壓力容(rong)(rong)(rong)器標準(zhun)GB150和ASME Ⅷ-1規(gui)范在(zai)(zai)是(shi)否做沖擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)判斷條(tiao)件上存在(zai)(zai)不(bu)同之處。GB150.1-2011規(gui)定：設計溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)低于(yu)-20℃的(de)(de)碳素鋼(gang)、低鋼(gang)、雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)制容(rong)(rong)(rong)器為(wei)低溫(wen)(wen)(wen)(wen)容(rong)(rong)(rong)器。低溫(wen)(wen)(wen)(wen)容(rong)(rong)(rong)器用材料必須做夏(xia)比V型(xing)缺口沖擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)，其試(shi)(shi)驗(yan)(yan)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)不(bu)高于(yu)設計溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，沖擊功(gong)應(ying)(ying)滿(man)足該溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)標準(zhun)要求(qiu)的(de)(de)數(shu)值，此時沖擊試(shi)(shi)驗(yan)(yan)唯一豁免(mian)的(de)(de)條(tiao)件是(shi)：容(rong)(rong)(rong)器處于(yu)“低溫(wen)(wen)(wen)(wen)低應(ying)(ying)力工(gong)況(kuang)(kuang)”，具(ju)體(ti)“低溫(wen)(wen)(wen)(wen)低應(ying)(ying)力”概念詳(xiang)見GB150.3-2011附(fu)錄E規(gui)定，不(bu)過“低溫(wen)(wen)(wen)(wen)低應(ying)(ying)力工(gong)況(kuang)(kuang)”不(bu)適(shi)用于(yu)鋼(gang)材標準(zhun)抗拉強(qiang)度(du)下(xia)限值Rm≥540MPa的(de)(de)材料以及螺栓材料。

對(dui)于設計溫度(du)在(zai)(zai)-20℃～0℃范圍內的容(rong)器，由于我國板(ban)材及鍛(duan)件(jian)在(zai)(zai)出(chu)前(qian)只(zhi)做(zuo)0℃沖擊(ji)試驗，所以(yi)(yi)在(zai)(zai)材料(liao)采購(gou)時(shi)需(xu)提出(chu)-20℃沖擊(ji)試驗要求(qiu)(qiu)，以(yi)(yi)滿足容(rong)器在(zai)(zai)-20℃～0℃溫度(du)下的韌性(xing)要求(qiu)(qiu)，其沖擊(ji)功指(zhi)標不低于標準(zhun)規(gui)定0℃沖擊(ji)功值(zhi)。GB150.2-2011規(gui)定：對(dui)于Q245R、Q345R 、13MnNiMoR鋼板(ban)，20、16Mn、20MnMo鍛(duan)件(jian),如需(xu)規(gui)定進(jin)行-20℃沖擊(ji)試驗時(shi)，應在(zai)(zai)設計文件(jian)中注明。

另外(wai)，材料厚度不同所呈現的韌性也不同，因此GB150.2-2011中規(gui)定：殼體厚度大(da)于60mm的鋼板(ban)應(ying)進(jin)行V型缺口沖擊試驗。

ASMEⅧ-1規范1989版(ban)至現行版(ban)本，取消了低(di)溫(wen)(wen)容(rong)器的(de)概念，是(shi)否做(zuo)沖擊試驗(yan)由材料組別(bie)、控制(zhi)厚度(du)及最(zui)低(di)設計金屬溫(wen)(wen)度(du)共同決(jue)定(ding)，試驗(yan)溫(wen)(wen)度(du)不得高于最(zui)低(di)設計金屬溫(wen)(wen)度(du)，沖擊功滿足標準規定(ding)即可。

2.相比GB150而言，ASMEⅧ-1規范有如下特點：

(1)沒有(you)一個固定溫度(du)值來(lai)判(pan)斷(duan)是否做(zuo)沖擊(ji)試(shi)驗；

(2)設計(ji)溫度低于-20℃不(bu)一(yi)定必須做沖擊試(shi)驗，而設計(ji)溫度高于-20℃甚至0℃以上也(ye)不(bu)一(yi)定免除沖擊試(shi)驗；

(3)同(tong)一(yi)組別材料，相同(tong)控(kong)制厚度(du)(du)(du)，不(bu)(bu)(bu)同(tong)設計溫(wen)度(du)(du)(du)，或(huo)相同(tong)設計溫(wen)度(du)(du)(du)，不(bu)(bu)(bu)同(tong)控(kong)制厚度(du)(du)(du)，是(shi)否需要沖擊試驗的情況也是(shi)不(bu)(bu)(bu)同(tong)的；

(4)在某一條(tiao)款中要(yao)求做沖(chong)擊試驗，可能在其它條(tiao)款中被免除，也就是說(shuo)“應進行沖(chong)擊試驗”的判定(ding)不一定(ding)是最終(zhong)(zhong)結(jie)果，而“沖(chong)擊試驗豁(huo)免”的判定(ding)才是最終(zhong)(zhong)的結(jie)論。

3.ASMEⅧ-1規范中沖擊豁免的步驟

在ASME Ⅷ-1規范中通常以(yi)取得(de)豁免條(tiao)件(jian)來判斷材料(liao)是否(fou)做(zuo)沖(chong)擊試驗的(de)依據。碳(tan)鋼、低(di)合(he)金鋼制壓(ya)力容(rong)(rong)器殼體、封頭、接管(guan)、人孔、補強(qiang)板、法蘭、管(guan)板、平蓋板以(yi)及永(yong)久保留(liu)的(de)焊接襯墊和(he)焊接到受壓(ya)元件(jian)上的(de)對容(rong)(rong)器的(de)結(jie)構完整性必不可少的(de)附件(jian)等零(ling)件(jian)取得(de)“沖(chong)擊試驗豁免”的(de)條(tiao)件(jian)總結(jie)如下：

3.1.第一步：按UG-20(f)判斷

(1)設計溫度(du)范(fan)圍為-29℃≤T≤345℃；（注(zhu)：由于低溫季(ji)節大(da)氣溫度(du)的影(ying)響，操作溫度(du)偶然低于-29℃是允許的）；

(2)容器不存(cun)在熱(re)沖擊(ji)、機械沖擊(ji)或循環載荷；

(3)容器制造完畢后按照UG-99(b)或UG-99(C)進行(xing)液(ye)壓(ya)(ya)試驗(yan)，一(yi)般容器是做液(ye)壓(ya)(ya)試驗(yan)的，除非(fei)結構(gou)等原因(yin)采用UG-100進行(xing)氣(qi)壓(ya)(ya)試驗(yan)；

(4)對于P-No.1.1或P-No.1.2組材料：

①按UCS-66屬(shu)曲(qu)線(xian)A的材料，其控制厚度不(bu)超過13mm，常見曲(qu)線(xian)A材料有(you)：SA-283、SA-285-C、SA-36、SA-515-70等；

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

如(ru)同時滿足上述要(yao)求時，材料可免(mian)除(chu)沖(chong)擊試驗，否則，只要(yao)有一條不滿足，轉入第二步進行判斷。

3.2.第二步：直接取得沖擊試驗豁免的條件

(1)最低設(she)計金屬溫度高(gao)于50℃，任何組別材(cai)料的(de)任何厚度均不需要沖擊試驗；

(2)設計金屬溫度不低(di)于(yu)-48℃，且厚度不大于(yu)2.5mm的不需要沖擊試驗；

(3)采用UCS-66曲(qu)線A的材料制造金屬保留墊板，且(qie)厚度(du)不大于(yu)6mm，若(ruo)最低(di)設計金屬溫度(du)不低(di)于(yu)-29℃時不需要沖擊試驗(yan)；

(4)選擇(ze)以下標準(zhun)法蘭(lan)，如最低設計金屬(shu)溫(wen)度不低于(yu)-29℃時，可免(mian)做(zuo)沖擊試驗；

①    ASME B16.5鐵(tie)素體鋼法(fa)蘭;

②    ASME B16.47鐵素體鋼法蘭;

③    SA-216 Gr WCB剖分式(shi)(shi)松式(shi)(shi)法蘭，級別(bie)不(bu)大(da)于150磅(bang)或300磅(bang)。

(5)當最(zui)低(di)(di)設計金屬溫度低(di)(di)于(yu)-48℃且不低(di)(di)于(yu)-105℃時，比值S=trE/(tn-c)≤0.35時，免做沖擊試驗;

(6)對于(yu)(yu)DN≤100mm，且為P-No.1組材料(liao)的管子，其最(zui)低設計金(jin)屬溫度(du)不(bu)低于(yu)(yu)-105℃，只要材料(liao)厚度(du)不(bu)大于(yu)(yu)下表所列(lie)最(zui)低屈(qu)服強度(du)對應的厚度(du)值(zhi)，可免做(zuo)沖擊試驗。

 (7) 當ASME Ⅷ-1規(gui)范中未要求強(qiang)制熱(re)處(chu)理而進行(xing)熱(re)處(chu)理的P-No.1組材料，允許最低設計(ji)溫度(du)可(ke)降(jiang)低17℃，即便(bian)此時溫度(du)已低于-48℃。

(8)對于螺栓、螺母免(mian)做沖擊試驗(yan)的(de)最低設計金屬溫度詳見ASME Ⅷ-1篇UCS-66總注(c)的(de)規定。

3.3.第三步：按UCS-66(a)進行判斷

按此條進(jin)行判斷時一定要(yao)準確計算出元件(jian)的(de)“控(kong)制厚(hou)度(du)”。當最低設計金屬溫度(du)和材料(liao)控(kong)制厚(hou)度(du)的(de)相(xiang)交點落在對(dui)應材料(liao)曲線(xian)上(shang)(shang)或者上(shang)(shang)方，可(ke)免做沖(chong)擊試驗，如果相(xiang)交點落在對(dui)應曲線(xian)的(de)下方，則需要(yao)進(jin)行第四步判斷。

3.4.第四步：按UCS-66(b)進行判斷

按照UCS-66(a)未得到(dao)免除(chu)沖擊(ji)的元件，如果比值S=trE/(tn-c)＜1，且元件的最低(di)設(she)計(ji)金屬溫度不(bu)低(di)于-48℃時，可(ke)繼續(xu)按本條進行判斷，并計(ji)算MDMT降低(di)值，當降低(di)后得到(dao)的溫度低(di)于所要求的MDMT，則(ze)此元件材料免做(zuo)沖擊(ji)試驗。

MDMT降(jiang)低值(zhi)(zhi)可根據(ju)比(bi)值(zhi)(zhi)S按照UCS-66(b)中圖表查出，當(dang)降(jiang)低值(zhi)(zhi)不(bu)超過22℃時，可按下(xia)面公式計算：MDMT降(jiang)低值(zhi)(zhi)=(1- S)×56℃，對于不(bu)承受總體一(yi)次薄膜拉(la)伸(shen)應力(li)的元件，如平封頭、平蓋、管板和(he)法蘭(包括螺栓和(he)螺母)，比(bi)值(zhi)(zhi)S為(wei)最大設計壓力(li)與最大許用壓力(li)之比(bi)。

通(tong)過(guo)上(shang)述四步篩選(xuan)，如果沖擊試驗(yan)還不能豁免，別無(wu)選(xuan)擇(ze)，容器(qi)所用材料(liao)只(zhi)能進行MDMT下的(de)沖擊試驗(yan)，沖擊功(gong)滿足標準規(gui)定要求。

4.結語

因為(wei)沖(chong)擊試(shi)驗對(dui)壓力容器(qi)制(zhi)(zhi)造廠來(lai)說是一項(xiang)較大(da)的花費(fei)，所以，設(she)計者(zhe)應該盡一切努力來(lai)避(bi)免(mian)它(ta)。可以通過增(zeng)加(jia)元件的控制(zhi)(zhi)厚度或選用(yong)韌(ren)性較好(hao)、級別較高(gao)材料的方法來(lai)避(bi)免(mian)沖(chong)擊試(shi)驗，但此時應考慮設(she)備的經(jing)濟(ji)性，為(wei)避(bi)免(mian)沖(chong)擊試(shi)驗，增(zeng)加(jia)這些費(fei)用(yong)是否值得。

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