机械标准培训课件

机械标准培训ASME简介ASME是AmericanSocietyofMechanicalEngineers的英文缩写，即美国机械工程师协会。美国机械工程师协会成立于1880年，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。ASME锅炉压力容器简介取证换证钢印必须每三年换一次，由ASME和AIA进行联检。UM钢印列外，它每一年换一次，中间两年由AIA审查，第三年由ASME和AIA进行联检。ASME锅炉压力容器标准简介1914年版本的第一份“固定式锅炉的建造和许用工作压力规范”问世，1915年春开始执行1940年第二版发布，以后该规范每3年修订一次，每半年发布一次增补，知道1986年的第19版起将增补改为每年一次。

思考：现行的ASME锅炉压力容器规范是2010年的第？版（26）最新版本：2010版2011增补（ED.2010Ad.2011a）另没有2012版也没有2012增补2013版将在2013.6月发行，半年后强制实施。并且2013以后将不出增补，改为2年更新一版本。（意味着圈钱那）我国压力容器标准和ASME规范的关系既有相通的地方又有不同的地方ASME锅炉压力容器规范的组成I动力锅炉II材料

PartA -铁基材料 PartB -非铁基材料

PartC -焊接材料

PartD -性能IV 采暖锅炉V 无损检测VIII 压力容器

Division1–压力容器建造规则Division2–另一规则分析设计Division3–建造高压容器的另一规则IX 焊接和钎焊评定XII移动式压力容器Ⅷ-1卷的构成：A分卷：通用要求

UG篇：各种建造方法和各种材料的通用要求B分卷：与压力容器制造方法有关的通用要求

UW篇：焊制压力容器的要求UF篇：锻制压力容器的要求UB篇：钎焊制造压力容器的要求C分卷：与各类材料有关的要求

UCS篇：碳钢和低合金钢建造压力容器的要求UNF篇：非铁金属材料建造压力容器的要求UHA篇：高合金钢建造压力容器的要求UCI篇：铸铁建造压力容器的要求Ⅷ-1卷的构成：UCL篇：整体复合耐腐蚀层、堆焊覆层或衬里材料建造的焊接压力容器的要求UCD篇：可锻铸铁建造压力容器的要求UHT篇：经热处理提高抗拉性能的铁素体钢建造压力容器的要求ULW篇：多层结构建造压力容器的要求ULT篇：在低温下具有较高许用应力的材料建造压力容器的另一规则UHX篇：管壳式换热器的规则UIG篇：对浸渍石墨制压力容器的要求附录1-40强制性附录。A-MM 非强制性附录“建议性的好方法”材料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：

SubsectionA材料的一般要求

UG-4到UG-8、UG-10、UG-12到UG-14：受压件的材料必须是ASME规范SectionII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。用于非受压件（如裙座、支座、折流板、吊耳、支架和延伸出的传热面积等）的材料，不需要符合与其相连的材料标准或本分篇所许可的材料标准，但用焊接方法连接到容器上的材料，应具有良好的焊接性。

材料SubsectionB制造方法和特殊工况影响材料的选择SubsectionC针对特殊材料的要求强制性附录SectionII材料的详细要求PartA–铁基材料（查具体材料的材料性能）P624PartB–非铁基金属PartC–焊接材料PartD–性能（查许用应力）P18材料常用材料的许用应力及组别材料非Ⅷ-1卷所许可的其他材料不得采用，除非按照相关标准提请相关部门批准。建议由用户或其代理人确认建造容器的材料在设备预定的使用年限中就良好的力学性能及抗腐蚀、抗冲击、抗氧化和抵抗其他损耗的性能而言能予保持。设计Ⅷ-1卷适用的压力范围所设计容器的压力不超过20MPa。设计计量单位美国习惯单位(如in.、psi、华氏度°F)SI单位（如mm、MPa、摄氏度℃）地方性习惯单位原则：尽量采用统一单位系统

非强制附录GG(Ⅷ-1卷P620)，提供了美国习惯单位制和SI单位制的换算系数

制造厂数据报告和规范所要求铭牌标记数据的所有项目，其单位都应和该元件制造图纸所采用的单位系统一致。允许采用括号来表示另外的单位。SI单位制在后面加一个后缀字母M，如SA-516MGr485常用单位bar是压力单位bara是绝压barg是表压bar（e）是有效压力class150PN20class300PN50class600PN100class900PN150class1500PN260class2500PN420设计用户确定及提供设计参数的责任用户应向制造厂提供以下数据，以便使所设计的容器满足预期的使用条件：

设计压力和温度

载荷

腐蚀余量

使用要求

附加的PWHT或RTVIII-1卷容器的设计可以由用户或其设计代理、ASME持证单位或其分供方进行，但是，给容器打钢印的ASME持证单位必须对设计符合ASME规范的要求负责。VIII-1卷对设计人员的资格没有要求。（和国内规范很大不同的地方）设计设计总则

承压部件的最小厚度

由列于表UCS-23的材料制成的用于压缩空气、蒸气及水装置的壳体和封头的最小厚度应为2.5mm（不包括腐蚀裕量）出厂下偏差

订货的板材厚度不应小于设计厚度。如果板材的下偏差不大于0.01in.（0.25mm）或订货规定厚度的6%两者中的较小者，则制成的容器可用到该订货厚度下的全设计压力。如果板材标准中允许有更大的下偏差时，则材料的订货厚度应足够的大于设计厚度，以使所供应的材料的厚度与设计厚度的差值不大于0.01in.（0.25mm）或设计厚度的6%两者中的较小者。即：板材钢厂负偏差为订购厚度的6%，但最大不超过0.3mm。设计设计总则管子的下偏差如果采用公称壁厚订货的公称管和管子，除了按UG-37和UG-40的管壁补强面积的要求外，还应考虑壁厚的制造下偏差。在确定了管子的最小壁厚之后，应按公称管或管子标准中所允许的制造下偏差增加足够的壁厚

大多数情况下，管子的负偏差为12.5%设计公式中的腐蚀裕量用于Ⅷ-1卷所有设计公式的尺寸符合均表示腐蚀后的尺寸

即减去腐蚀裕量的尺寸设计设计载荷

VIII-1卷列出了以下几类载荷，在设计时都必须考虑到：

内压或外压设计压力

温度梯度

容器和介质的重量附属设备的重量产生的附加静载反力

叠加载荷（如：静压头）

局部应力*

循环和动载荷（如：疲劳考虑）

风载、雪载、地震载荷等等设计最低设计金属温度MDMT

作用:是否需要做冲击试验以及确认冲击试验温度的大小

ASME中的很多条款跟最低设计金属温度MDMT有关，给出MDMT主要是防止材料的低温脆断，一般需要在MDMT以下的温度做冲击试验合格，方能代表材料韧性合格。

但是，如果需要做冲击试验，试验温度必须≤MDMT，而不是“一般需要”。当然，每个受压元件是否需要做冲击，UCS-66有一套判断方法，还可以通过增加壁厚（即降低应力）等方法来免除冲击试验。在计算书中，MDMT是判断是否需要冲击试验的一个依据；在图样上标注，是指设备在设计压力下工作时，工作温度不得低于MDMT。在铭牌上标注的MDMT（最低设计金属温度）应对应于MAWP（最大许用工作压力）。MDMT是由用户给出的用来设计的一个重要数据。设计腐蚀用户或其指定代理人应指定与Ⅷ-1卷要求不同的腐蚀裕量。如未提供，应在数据报告中说明未提供腐蚀裕量。设计内压壳体的厚度

设计壳体计算实例：注意：1.此公式为壳体最小需要厚度2.设计公式中的尺寸符号均是腐蚀之后的尺寸，即减去腐蚀裕量的尺寸，所以如果筒体直径是800mm，腐蚀裕量1mm，则公式中的R=401mm3.纵、环向焊接接头系数的取值不同，要注意，参照Ⅷ-1B分卷表UW-12（P101）进行确定E的取值设计凹面受压的成型封头厚度

设计封头计算实例：注意：1.此公式为成型后封头最薄处的厚度。通常使用较厚的板材，以补偿成形操作过程中可能引起的减薄。2.设计公式中的尺寸符号均是腐蚀之后的尺寸，即减去腐蚀裕量的尺寸，所以如果筒体直径是800mm，腐蚀裕量1mm，则公式中的D=802mm3.无缝封头当符合UW-11（a）（5）（b）规定的抽样射线检测要求时，E取值1.0，当不符合UW-11（a）（5）（b）规定的抽样射线检测要求时，E取值0.85。一般都不符合，所以取0.85。设计法兰和公称管配件及接管颈部厚度计算

目前我公司常用的法兰标准是ASMEB16.5公称管法兰和带法兰的管配件，接管标准是ASMEB36.10M焊接和无缝锻造钢管，接管颈部计算按照UG-45进行计算。对于管接头厚度有以下考虑：

UG-22载荷所要求的厚度(如：内压、外压、外载荷等)。即ta

管接头的厚度相对于壳体或封头的厚度。tb1/tb2

管子标准壁厚。tb3表UG-45接管最小厚度要求，并加腐蚀裕量当有腐蚀余量，而且管接头的厚度由表UG-45决定，则必须使用比标准壁厚大的管子。

接管壁厚计算实例：设计压力容器上的开孔

开孔的目的：处理容器内的介质检验安装内件容器的清理和排放开孔形状：最好是圆形、椭圆形或长圆形当椭圆形或长圆形开孔的长径超过两倍短径时（对于无缝的薄壁圆形筒体，环向应力基本上是纵向应力的2倍），应增强短径方向的补强，以避免由于扭转力矩产生的过度变形设计开孔尺寸：圆筒和锥形壳体：内径≤1500的容器，开孔可为容器直径的1/2，但不超过500mm；内径超过1500mm时，开孔可为容器直径的1/3，但不超过1000mm；开孔直径超过以上限制时，还应符合附录1-7的补充规定（P325）此外，对于内压壳体上开孔，还可以采用1-10的规则设计方法（P332一次薄膜应力）成型封头及球形壳体：其上的开孔经正确补强之后，开孔尺寸不加限制设计不需补强的开孔尺寸对于压力无急剧波动的容器上的开孔，在满足以下要求的情况下，开孔除自身结构的补强外，不须另外补强。a）用焊接、钎接和翻边的连接件，最终开孔的直径不大于：3-1/2in.(89mm)直径–壳体或封头的厚度3/8in.(10mm)；2-3/8in.(60mm)直径–壳体或封头的厚度3/8in.(10mm)。b）对于螺纹、螺栓或胀接的连接件，壳体和封头上的开孔直径不超过2-3/8in.(60mm).c）任何两个未加补强的开孔，其中心距不得小于两孔直径之和。d）三个或三个以上开孔群中任意两个未加补强的开孔孔心距不得小于：设计不需补强的开孔尺寸（双曲率封头就是封头截面有2个曲率半径的封头，如：椭圆封头（近似）、蝶形封头……

）设计开孔补强所需的补强面积

UG-37在内压或外压下要求的补强面积（筒体和封头）A：所考虑的平面上所需补强的总截面积可供补强有五个方面：

A1：壳体上富余厚度提供的补强面积

A2：延伸到壳体外侧的管接头富余厚度提供的补强面积

A3：延伸到壳体内侧的管接头富余厚度提供的补强面积

A4：焊缝提供的补强面积

A5：补强圈提供的补强面积设计补强范围（UG-40）与容器壁相平行的方向，取以下较大值：d–开孔腐蚀后的直径Rn+t+tn与管接头壁相平行的方向，取以下较小值：

2.5t2.5tn+te式中：Rn=开孔腐蚀后的半径tn=管接头扣除负偏差后的壁厚t=容器的壁厚te=加强圈的厚度设计检查孔

设计原则：所有使用压缩空气和内部受到腐蚀或零部件受到冲蚀或机械磨损的压力容器，除了有特殊允许外，应设有合适的人孔、手孔或其他检查孔以便检查和清理。检查孔可以省去的情况（1）固定管板式换热器的壳程（2）对仅受腐蚀的、内径不超900mm的容器，当设有UG-25规定相符的信号孔，只要在预期受腐蚀的容器内表面每0.9m2布置一个孔，且每台容器至少均匀布置四个孔，则可不设检查孔。但此规定不适用于贮存压缩空气的容器。即：用信号孔代替检查孔设计

检查孔可以省去的情况（3）内径超过300mm承受空气压力且盛装空气的容器，其内部含有操作本身含有的防腐物质，若容器已具备适当数量的开孔可方便地检查，且开孔数量和尺寸相当于检查孔的要求时，可不设置专为检查用的孔。（4）内径小于等于300mm的容器，如果至少有两个可拆卸的直径不小于DN20的管子连接件，可省去专为检查用的开孔。（5）内径大于300小于400要安装的容器如果不从组件中拆卸就无法检查，如果至少有2个可拆卸的不小于DN40的管道连接件，专为检查用的开孔就可以省去。（6）注明“用于非腐蚀情况”的（压力容器里基本不存在）设计设置人孔或检查孔时的数量及规格要求（1）300mm<ID<450mm：至少设置两个手孔或两个不小于DN40的螺纹管塞（堵头）检查孔（2）450mm≤ID≤900mm：应有一个人孔或至少两个手孔或两个不小于DN50的螺纹管塞的检查孔（3）ID>900mm：应有一个人孔，如其形状或使用上不能实现时，应至少设置100mm*150mm的手孔或两个面积相当的相同的开孔设计检查孔的尺寸

设计其他螺纹应采用锥管螺纹，除非有其他防止泄漏的密封方法，才可用至少具有相同强度的直螺纹。人孔的结构由于内压作用使得盖板紧压在平垫片上时，垫片的受压宽度至少应为17mm。焊接焊接接头的分类分类原则：按照接头在容器上的位置而不是接头的型式焊接焊接接头许用形式及系数E

除UW-11（a）（5）要求外，接头系数仅取决于该接头的形式和无损检测程度，而与任何其他接头的无损检测程度无关。焊接容器的无缝筒节或封头应视其为相当于所有A类焊缝是（1）型、几何尺寸相同的焊接件。当符合UW-11（a）（5）（b）规定的抽样射线检测要求时，E取1.0；当不符合UW-11（a）（5）（b）规定的抽样射线检测时，或当连接容器无缝筒节或封头的A或B类焊缝为表UW-12中（3）型、（4）型、（5）型或（6）型时，E取0.85.

在实际生产中，对于无缝筒节和封头，都是取0.85，这是和GB150不同的地方。焊接在焊缝或其附近的开孔

焊缝上的开孔：（1）凡符合开孔补强设计计算（UG-37或UG-39）规定的补强要求的任何型式的开孔，均可位于焊接接头上。（2）由于开孔直径小，可不另行补强（UG-36(c)(3)）规定要求的单孔，可位于封头与壳体或B或C类对接焊接接头上，但开孔部位的焊缝应满足UW-51规定的射线照相检验要求，检验长度应为开孔直径的三倍，开孔中心位于此长度中点。凡因开孔后可全部去除的各种缺陷，在评判该焊缝的合格与否时不应考虑。焊接焊缝附近的开孔：由于开孔直径小，可不另行补强（UG-36(c)(3)）位于单层钢板母材上的开孔，当板厚等于或小于38mm时，开孔边缘距A、B或C类焊缝边缘不得小于13mm，当邻近的对接焊缝满足UW-51射线照相要求者除外。焊接连接焊缝的位置和最小尺寸的要求UW-16

计算实例：

tmin=19mm或角焊缝连接的较薄件的厚度：角焊缝较薄件厚度5.54mmtmin=5.54mm0.7tmin=0.7×5.54=3.88mm焊接

连接焊缝的位置和最小尺寸的要求UW-16最小需要喉部尺寸不得小于6mm或0.7tmin的最小值tc=3.88mm4.5.4Actualthroat实际喉部尺寸tc’=4mm4.5.5Evaluation评定tc’>tcOK接管角焊缝尺寸合格焊接ASMEB16.5带颈平焊法兰焊缝（SO法兰）ASMEB16.5带颈平焊法兰应采用内外两条焊缝焊接，角焊缝的最小厚度应是0.7倍的接管壁厚。

tn或6mm的较小者Xmin=1.4tn或法兰颈部厚度的较小者焊接ASMEB16.5带颈平焊法兰焊缝（SO法兰）计算实例：

4.6.2WeldsizeofflangeperUW-21(b)，illustration(1)Internalweld内焊缝:tn=5.54mmWeldsize焊缝尺寸:t=5.54mm≥Min（tn,6mm）

焊接Outweld外焊缝:1.4tmin=1.4×5.54=7.76mmthub=8.05mmXmin=Min（7.76,thub）=7.76mmWeldsize焊缝尺寸=7.8mm＞XminWeldsizeOK无损检测射线探伤RT全部射线透照检测（1）储存“致死物质”的容器壳体和封头上的所有对接焊缝（2）容器的壳体和封头上所有对接焊缝，其焊接接头处最小的公称厚度超过38mm或超过UCS-57所列材料相应的较小厚度者（3）设计压力超过350kPa的非直接火蒸汽锅炉的壳体和封头上所有对接焊缝（4）位于接管、连通室等上的所有对接焊缝，焊接接头处公称厚度超过上述（2）中规定的厚度，或与上述（1）（2）（3）下的容器壳体或封头连接无损检测射线探伤RT（5）采用UW-12(a)所允许的接头系数设计接头或零件的容器壳体和封头上的所有A及D类对接焊缝，在此情况中：（a）连接容器筒节或封头的A和B类焊缝应为表UW-12中的（1）或（2）型。（b）与容器壳体或封头A类对接焊缝相交的或与无缝的容器壳体或封头连接的B或C类焊缝[但不包括接管或连通室的B或C类焊缝，上述(a)(2)要求者除外]应符合（作为最低要求）UW-52抽样透照检测的要求。本节要求的抽样透照检测不能用来满足任何其他焊缝递增量的抽样透照检测规则。无损检测射线探伤RT抽样射线透照检测除上述7.1.2.1(5)(b)中的要求外，凡采用表UW-12（1）和（2）型的对接焊缝，按上述（a）款的规定不要求进行全部射线透照检测者，可进行抽样射线透照检测。抽样射线透照检测应按UW-52的规定执行。若整台容器均规定按抽样射线透照检测者，则对位于其上的既不超过DN250，壁厚又不超过29mm的接管和连通室的B、C类对接焊缝可不要求射线透照检测。当UCS-57要求对接焊接接头做射线检测时，A和B类接头应采用表UW-12中的NO.(1)或NO.(2)型。无损检测射线探伤RT不做射线检测除上述要求外，容器或容器的零件仅按受外压设计者或容器的接头按照UW-12（c）设计者，其焊接接头不需做射线检测。无损检测超声探伤UT

在制造规范容器要求进行UT时，可以从以下规范条文找到相关要求：

UW-11 封口焊

UW-53 UT探伤技术无损检测磁粉MT和渗透PT探伤附录6 MT附录8 PT制造成形要求

SubsectionC对成形给出了一些限制，包括：

沿筒体纵缝不得有直边；

必须满足UG-80或81的圆度要求；

尺寸公差应符合设计的要求；

成形后必须满足最小厚度要求；

对接焊缝的对中要求必须满足。规范允许几种成形方法，最常用的有冷成形和热成形两种。无论采用哪种成形方法，都要避免产生沿纵缝的直边。(预弯)制造碳钢的成形冷成形件，UCS-79如果冷成形引起的最大纤维伸长率大于5%、并有以下情况存在，UCS-79要求成形后必须进行热处理：

容器将用于有毒介质；

要求进行冲击试验；

成形前厚度超过5/8”(16mm)；

厚度减薄量超过10%；

成形温度在250F(120C)到900F(480)。对P-No.1Gr.Nos.1和2的材料，当不存在以上情况时，纤维伸长率可以达到40%。制造最大纤维伸长率可用以下公式计算：制造压力试验

所有完工的压力容器都必须进行水压试验或气压试验。UG-99是关于标准液压试验的要求；UG-100是关于气压试验的要求。液压试验

试验时机：除了按气压试验或确定最大许用工作压力的验证试验（UG-101）的要求进行试验的容器，完工容器都应在以下工作完成之后进行液压试验：1）所有的制造工作已经完成，除了那些不能在制造前进行的工序，例如：焊口的准备，对母材进行不影响要求厚度的修整性打磨等2）除了要求试验后进行的检测外，所有的检测工作已进行

试验压力：P=1.3×(MAWP)×LSR

制造式中：MAWP=最大许用工作压力，当计算不是用来确定最大许用工作压力时，最大许用工作压力可假设等于设计压力； P=试验压力；LSR=每种材料在试验温度下的应力值S与设计温度下的应力值S之比

试验介质：任何非危险性液体在低于其沸腾温度下都能用于液压试验

试验温度：建议为尽量减小脆断的危险，液压试验期间金属温度至少保持在最低设计金属温度以上17℃，但无需超过48℃。（考虑环境温度）试验时应在容器温度与液体温度大致相等后再升压。如果试验温度超过48℃，建议待温度降低到48℃，或低于48℃时再进行规定的液压试验。制造气压试验试验时机：

只有当容器的支撑设计不能承受液体的重量、或在容器内残余的水压试验介质会对容器的使用带来危害时，可以使用气压试验。试验压力：

P=1.1×(MAWP)×LSR制造式中： MAWP=最大许用工作压力，当计算不是用来确定最大许用工作压力时，最大许用工作压力可假设等于设计压力； P=试验压力；LSR=每种材料在试验温度下的应力值S与设计温度下的应力值S之比制造

试验温度：金属温度在气压试验期间保持在最低设计金属温度以上17℃，以便把脆性破坏的危险减小到最低限度。试验程序：容器应缓慢地加压到试验压力的1/2，然后，按试验压力的1/10左右为一级逐级升压直到试验压力，然后降压到试验压力除以1.1的值，并维持足够的时间以便检查容器。制造压力试验的见证

对于所有要打“U”钢印的容器，除按UG-90(c)(2)建造的多台结构一致的容器外，压力试验均必须由AI见证。UG-90(c)(2)当批量生产压力容器时，检验师不可能亲自履行其每项职责，此时制造商应与检验师共同合作，制定一套符合Ⅷ-1卷要求的详细而全面的检验及质量控制程序。制造冲击试验

冲击试验的免除条件

压力容器材料若满足下列所有的要求，按UG-84的冲击试验不是强制性的。（1）仅限于P-No.1的1或2组材料（第IX卷P62，SA-105，P-No.1的2组,SA-106Gr.B，P-No.1的1组，SA-516MGr.485，P-No.1的2组；SA-240Type304，S30400；SA-240Type304L，S30403,；SA-240Type316，S31600；SA-240Type316L，S31603，P-No.8的1组）其按UCS-66（a）所定义的厚度，不应超过下面（a）和（b）的规定：（a）对列于图UCS-66曲线A的材料：13mm（b）对列于图UCS-66曲线B（SA-516MGr.485）、C或D的材料：25mm（2）按UG-99（b）或（c）或27-4，对完工容器进行液压试验制造（3）设计温度不高于345℃，不低于-29℃。但由于季节大气温度的影响，操作温度偶然低于-29℃是允许的。（4）热冲击和机械冲击载荷不作为控制性的设计要求（5）循环载荷不作为控制性的设计要求法兰冲击试验的豁免条件：（1）ASMEB16.5铁素体钢法兰（1/2~24）（2）ASMEB16.47铁素体钢法兰（大直径管钢制法兰26~60） （3）SA-216GRWCB剖分式松式法兰，如其外径和螺栓尺寸为ASMEB16.5中的150级或300级，且法兰厚度分别不大于150磅级或30