ASME规范第I2001年增补述评

上海发电设备成套设计研究所?

        ASME规范第I卷自1986年起将原来每年发布两次增补改为一次,自1998年起将每一新版与当年的增补合并出版,1998年增补用98作为标识,19992000年增补用A99A00作为标识,以示区别。20022003年增补的主要修改情况已见本刊2003年第4期和2004年第1期,本文再对2001版当年增补(下简称01版)作相应说明,使读者对三年中的变化有一个全面的了解。
??? 01版中共修改了77项,其中技术性修改63项,在本文附录中作简要说明,其余14项均为编辑性修改。现将这63项技术性修改中较为重要的部分作进一步说明,共七部分,即:电阻焊钢管、整体补强管接头、管接头或管子与容器的单面焊、P-No5A管材与较低P-No材料集箱的热处理、焊后热处理的加热方式、补焊、水夹套。

一、电阻焊钢管

? 1. 概述
??? 焊接钢管生产工艺简单,生产效率高、品种规格多,设备投资少。20世纪30年代以来,随着优质带钢连轧生产的迅速发展、焊接和无损检测技术的进步,焊接钢管在很多工业上获得广泛应用,美、德等国在上个世纪30年代,焊接钢管的产量己占钢管总量的60%以上,美国50年代己投运的锅炉中,有一半以上使用焊接钢管。根据手头资料,第11956版己允许使用SA-178中的电阻焊钢管。
??? 锅炉用的焊接钢管由于管径和厚度相对较小,使用电阻焊在成本、产量和质量上均优于电弧焊,目前国外普遍使用高频,因低频电阻焊钢管不仅焊接速度低,焊接质量也较差。

? 2. 修订内容简介
???对电阻焊钢管使用要求的修订共2项,即在PG-9.1中取消SA-226和新增PG-9.5PG-9.1中共有2个电阻焊钢管,即SA-178SA-226SA-226SA178A级,在化学成分、力学性能和工艺性能方面的要求完全相同,因此取消SA-226的原因不难理解。至于新增PG-9.5,可理解为:电阻焊是用内部热源加热的,只适用于薄壁焊件,目前各国大功率焊管机所生产钢管的厚度都未能超过10mm,因此PG-9.5中厚度不大于1/2in是留有余地的。另外,用于外压受压件时,外径不大于NPS24是从防止失稳而作出的限制。

3. 我国的规定
???我国有
2个焊接钢管标准,即:GB/T3092-1993《低压流体输送用焊接钢管》、GB/T13793-1992《直缝电焊钢管》。化学成分前者按GB/T699,后者按GB/T700。与SA-178相比,主要缺少胀管并翻边试验、反向弯曲试验。我国锅炉厂不使用焊接钢管既有标准上的原因,又有锅炉技术规范上的原因,两者互为因果。
???
前苏联《蒸汽和热水锅炉建造和安全运行规程》从1975版起允许在不大于1t/h的锅炉上使用焊接钢管,1996版《蒸规》审查前,我原想建议允许使用电阻焊钢管,但因缺少试验而未果。十年后重提此事,希望工业锅炉行业能像当年北京巴威公司进行焊缝上开胀接管孔试验那样,对国产电阻焊钢管进行胀管、翻边等工艺性能试验,作为将电阻焊钢管列入我国锅炉技术规范的依据。建议请工业锅炉行业协会牵头,组织工业锅炉厂和电阻焊钢管生产厂共同进行试验。翻边试验按GB/T245,反向弯曲试验由于操作简单,可参考SA-450中的相应规定。

二、整体补强管接头

? 1. 概述

PG-36.402A己将图号改为图PG-33.2)始于1974年,简图(d)~(i)为整体补强管接头,(d)、(e)采用T形接头,结构简单、但施焊较难,(f)~(i)采用对接接头,虽然施焊方便但结构较为复杂,因此常用的是(d)和(e),两者并无实质性差别,只是颈部的加厚部分,(d)较短而(e)较长,因此简图中的虚线,(d)只有一条,(e)有2条。
??? 简图(d)、(e)中取60°直角三角形的垂直直角边高度作为补强件高度te,与孔桥的应力衰减一样,筒体因开孔而产生的应力沿te的高度而逐渐衰减。管接头颈部高于te的部分,应力为零,换言之,这部分的金属己不起补强作用。

? 2. 修订内容简介

??? 对整体补强管接头结构要求有以下修改:将简图(e)修改为(e)、(e-1)和(e-2)并新增总注,按简图(e)和总注来选用(e-1)还是(e-2),简图(e-1)即修订前的简图(e)。

总注中的系数2.5为应力衰减系数,该系数是一种近似值。按修订前的规定,该系数仅为tan60°,即1.7。为了与开孔补强时的应力衰减系数相协调,改为2.5。另外,简图(e-2)为近三十年来发展的长管接头,为取消厚的颈部创造了条件。??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

3. 我国的规定

我国不使用整体补强管接头,因此标准中也没有相应的计算方法,至于长管接头,因为te=0所以按与短管接头相同的方法进行计算。

三、管接头或管子与容器的单面焊

1.概述

?? 1neck的译名 ??? PW-16.61999年增补的新条文,规定了在两种情况下可将neck或管子用单面焊与容器连接。这里的neck,直译为颈,对锅炉来说,译为管接头较宜,理由如下:

?????? a.机械零件中虽有轴颈,但锅炉专业并无管颈这个术语。
??????
b.PW-16.6引用了图PW-16.1简图(y)、(z)和(aa),这三个简图中的连接件,我国的锅炉安全监察、制造和运行部门都称为管接头和管子,而非管颈和管子。

?? 2)对条文的理解

为什么要规定可按简图(y)、(z)和(aa)进行单面焊呢?难道其他简图中的结构不可以单面焊吗?我的理解如下:图PW-16.1中,除了这三个简图外,只有简图(a)、(b)和(w-3)采用单面焊,简图(a)和(b)为全焊透焊缝,可保证严密性,简图(w-3)虽非全焊透焊缝,但螺纹管座的内管径(IPS)不大于NPS3,亦即只适用于低压锅炉(见PG-39.5.2),根据美国的经验,也可保证严密性。
???简图(y)、(z)和(aa)均用于因地位所限只能在一侧施焊的焊件,简图(y)主要用于防焦箱,简图(z)主要用于集箱,简图(aa)可用于锅筒或锅壳。顺便指出,01版给出的简图(aa)有两个问题,一个是外侧多了垫环和角焊缝,另一个是部分焊透焊缝的画法有误,第一个已在03A中改正。
??? 应当指出,图PW-16.1,简图(w-3)中的IPS,实为internal pipe size的缩写词,我在第I2001版中译本中误译为铸铁管,这个错误不小,谨在此向读者致歉。

? 2. 修订内容简介

??? 对管接头或管子与容器单面焊的使用条件有以下修改:在PW-16.6中增加了适用于第三种情况的(c)款和相应的简图(bb),此种结构主要用于表面式减温器的管板。

? 3. 我国的规定

??? 我国锅炉技术规范和标准对管接头与筒体连接焊缝的要求与第I卷有较大差别,详见本刊2003年第4期第10页。

??? 按我国锅炉技术规范的规定,使用图PW-16.1简图(y)、(z)和(aa)的结构有一些限制,主要为只适用于中低压锅炉,但第I卷并无此限制,另外,我国锅炉技术规范对管子(水管、烟管)与管板连接焊缝的型式没有规定。

JB/T1625-2002《工业锅炉焊接管孔》在适用范围、管孔尺寸、焊缝尺寸等方面与第I卷的规定大同小异,小异主要有两个,一个是JB/T1625未提供内侧施焊的焊接结构,另一个是第I卷根据是否承受外荷载分别规定了管孔间隙的大小。

四、P-No5A管材与较低P-No集箱焊缝的热处理

??? 1980年,ASME/BPV发布PW-39.2.1,即P-No5A管材与较低P-No集箱焊接时,可以按较低P-No材料的要求进行焊后热处理。为了防止较低P-No材料的性能发生变化,当时只适用于部分焊透焊缝和角焊缝。20012月,ASME/BPVC发布案例2356,增加了全焊透焊缝,同年7月,将该案例转化为01版中对PW-39.2.1的修订条文,详见本刊2004年第4期,《2001BPVC规范案例(第I卷)述评》中对案例2356的说明。
???
条文中的全焊透焊缝,原文为:full penetration welds through the tube or pipe thickness,即我国通常说的开在管壁上的全焊透焊缝,见图PW-16.1,简图(a)或(b)。至于把tube or pipe译为管材,也并非我的个人意见,冶金行业就是这样处理的,例如《中国大百科全书》矿冶,第222页,管材的英文就是tube and pipe

五、焊后热处理的加热方式

? 1. 概述

??? 消除残余应力是焊后热处理的共同性任务。焊接时,焊接区因热膨胀受阻而产生压缩热应力,在有些情况下此应力会超过屈服强度,冷却后,该区域比周围部分相对缩短,在该区域产生残余拉伸应力,其周围部分则又因此产生残余压缩应力,两者合称残余应力,见图1,有残余应力存在的部分称为残余应力区。残余应力和残余应力区的大小与材料的物理性能(膨胀系数)、焊件尺寸和熔化温度有关。
1? 残余应力区
??? 对焊件进行退火后,一方面由于蠕变的应力松弛使残余应力得以消除,另一方面由于再结晶改善了显微组织,两者都有利于防止产生焊接变形和焊接裂纹。焊件退火可采用整体加热或局部加热,局部加热时由于加热的均匀性受到限制,消除应力的效果不如整体加热。

? 2. 修订内容简介

1)均热带。?
???
PW-39.3中新增均热带(soak band)的定义和长度要求,译名参考均热炉(soaker)。均热带是需要加热的体积,加热带是加热用工具。

? 2)终结焊缝热处理
??? PW-39.4.3中对终结焊缝热处理除原来的用环形加热带进行炉外分段热处理外,新增炉内分段热处理。第Ⅷ卷第一册早在1965版就允许采用炉内分段热处理,当时对重叠部分的长度即规定为不小于3ft1.5m)。另外,01版取消了终结焊缝炉外分段热处理时环形加热带宽度的规定,由制造厂自定。
??? EN12952《水管锅炉及附属设备》规定,重叠部分的长度和环形加热带的宽度均不得小于1.5m5rt两者中的较大值,r为简体内径,t为厚度。

? 3)管接头连接焊缝的局部热处理
??? PW-39.5中管接头连接焊缝局部热处理的方法作了细化和深化,细化是分别给出筒体和凸形封头上布置加热带的方法,深化是如果所用加热带的宽度大于均热带的宽度,可有两种处理方法,一种是改变加热带的宽度,另一种是对多余部分的温度不作控制。

? 3. 我国的规定

??? JB/T1613《锅炉受压元件焊接技术条件》中的分段热处理即PW-39.4.3中的炉内分段热处理,JB/T1613中的局部热处理即PW-39.4.3中的炉外分段热处理。顺便说来,JB/T16131983版起对重叠部分的长度规定为不小于1.5m,对环形加热带的宽度规定为应使焊缝每侧的宽度不小于焊件厚度的4倍(第I卷在2001年以前为3倍)。今后到底取多少呢?

六、补焊

??? GB/T3375《焊接术语》中,补焊(repair welding)有一个同义词返修焊,结合我国锅炉行业的习惯用语,建议把用熔焊修补焊件缺陷称为返修焊,修补母材和其他制件(例如PG-25.2.2.4中的铸钢件)称为补焊。

? 1. 修订内容简介

?? 1)表面缺陷是否一定要返修
??? PW-40.1规定了用哪些方法查出的缺陷应返修,1998版以前共三种检查方法,外观检查、泄漏试验和PW-11所规定的无损捡验,1998版删去了外规检查,01版又恢复了。
??? 外观检查所查出的缺陷属于表面缺陷,如果查出有不符合PW-36要求的缺陷例如表面不规则,通过1998版和01版的两次否定,ASME/BPVC终于明确,此类缺陷应返修。不过在执行中我想可以有一定的灵活性,仍以表面不规则为例,只有在无法打磨到形状规则的情况下才需返修。
?? ?总之,否定的否定是为了使处理外观检查所查出的缺陷有章可循。

?? 2)返修焊不进行焊后热处理的条件
??? 新增PW40.3规定了P-No1P-No3材料返修焊后如果满足相应的条件可以不进行热处理,其中最重要的是为降低残余应力所应采取的一系列措施。
??? 在确保安全的基础上允许返修焊有条件的不进行焊后热处理,不仅有利于保证生产计划,而且可以节约能源,意义重大。

? 2. 我国的规定

??? 我国锅炉技术规范对要求焊后热处理的受压件,如果需返修,均应在返修焊后进行焊后热处理。在未修订前,我国锅炉厂即使未能按锅炉技术规范中关于采用三新的规定获准在返修焊后不进行焊后热处理,至少可参考PW40.3使返修焊工艺和质量管理措施进一步完善。

七、水夹套

??? 水夹套(waterleg)是锅壳锅炉的一个重要受压件,主要作为燃烧室(炉胆或火箱)与锅壳之间的水空间,下部用下脚圈(mud ring)封底。

? 1. 修订内容简介
??? PFT-21火箱和水夹套的条文进行重组,由修订后的条文,可看出修订的指导思想是删去重复条文(例如与PFT23)并对水夹套的设计要求完善化。这是因为火箱的设计要求已见PFT-13(管板)和PFT-23(火箱顶板和外火箱板),而水夹套的设计要求则不够全面。主要修订内容如下:

1)底部封板的结构
???
在修订后的PFT-21.2和新增图PFT-21中给出水夹套底部封板的结构要求,图PFT-21来自图A-8,简图(m)等。

?? 2)底部支撑
??? 修订前不管底部封板厚度多少,内壁宽度均不得大于4in,修订后新增PFT-21.1,将底部封板视为受到锅壳和炉胆支撑的平板,按封板厚度确定内壁宽度,较为合理。

?? 3)顶部支撑
??? 修订后新增PFT-21.3,按图A-8中简图(p)确定顶部支撑所需要的两个尺寸,一个是管板上烟管外壁或火箱顶板上拉杆外壁到水夹套外壁的距离,另一个是水夹套上短拉杆中心线到管板或火箱顶板内壁的距离。
??? 顺便指出,如将PFT-21.3与图A-8中简图(p)结合起来,将有助于正确理解PFT-21.3的含义。

?? 4)焊缝质量
??? 对焊缝质量的要求既保留了原来的规定,又能适应修订后的设计要求,即:是否要进行射线照相检验以内壁宽度不小于4in.为界。

? 2. 我国的规定

我国把底部封板称为下脚圈,按承受弯曲应力的要求,由锅壳内径与炉胆外径之差(即内壁宽度)确定下脚圈的厚度,计算方法基本相同。

?

??? 1.每次学习第I卷的增补都得到不少收获,孔子说:“学而时习之不亦悦乎”,这里的习并非复习学到的东西,更非做习题,而是付诸实践。学习第I卷最好的实践就是结合我国锅炉行业的实际情况来提高我国锅炉技术规范和标准的技术水平。
??? 2.我国锅炉技术规范和标准中,不合理、不先进的规定是不少的,除了历史条件的限制和体制未能转轨外,修订周期太长也是一个重要原因,以锅炉技术规范来说,目前在使用的还是1996版。
??? 3.ISO/TCl1锅炉压力容器技术委员会将于20059月在北京召开年会,如果各国代表知道我国的锅炉技术规范还是1996版,他们会怎么想呢?
???
4.走笔至此,学习了中共中央《开展保持共产党员先进性教育活动》的决定,深受启迪。技术规范和标准的先进性不能简单的理解为指标的高与低或要求的严与宽,而是体现在以下三个方面:第一个是创造力,即通过改革,将前苏联模式转换为适应市场经济体制的模式,与国际和国外先进标准接轨,但这种转换要适合国情,不能搞简单化接轨或市场化接轨。第二个是凝聚力,即安全监察部门、用户和制造厂协商一致,而非依靠行政权力。第三个是战斗力,即有利于锅炉厂提高生产效率和技术创新,以提高产品的竞争力。
附录
? 01中的技术性修改
??? 现将01中的63项技术性修改列表作简要说明,序号上有*者共33项,在正文中已有说明。

序号

条款号

简要说明

?1

PG-6

增加SA/EN10028-2,见本刊2004年第1期第6页。

?2*

PG-9.1

见正文一

?3

PG-9.2

增加SB-166等合金标准,共5个。

?4*

PG-9.5

新增条文,见正文一。

?5

PG-27.4,2

通过发布案例2335后所进行的修改,见本刊2004年第4期。

?6

PG-27.46

新增230N06045两个合金的y值,表中一些合金的牌号为简,例如800UNSN08800的简称。

7*9*

PG-36.4

见正文二

?10

PG-61.2

燃气轮机排气余热锅炉也可以只采用一种给水方式

1112

PG-67.4.1

备用动力驱动泄压阀的隔绝阀,修订前只使用明杆闸阀,修订后还可使用球阀。

?13

PG-73.3.5

删去,此处规定应由装配厂打钢印,而PG-110则规定制造厂或装配厂均可,将本条删去为宜。

1416

PG-106.8

PG-106.8改为PG-106.8.1,条文不改,新增PG-106.8.2,对较小的部件可改用规定的其他方法代替打钢印。

1719

PW-9.3

通过发布案例2210后所进行的修改,见本刊2004年第4期。

?20??

PW-11.3

规定对接接头的尺寸和厚度,取接头两边较大或较厚的一个。

?21

PW-11

未见修订前条文,从略。

22*23*?????

PW-16.6

见正文三

?24*

PW39.2.1

见正文四

?25*

PW39.3

见正文五

?26

PW39

P-Nol材料,注(3),修订前只适用于第1组(例如SA-106A级),修订后增加了第2组(例如SA-106C级)。

27*30*

PW-39.4

见正文五

31*36*

PW-39.5

见正文五

?37*

PW---39.6

见正文五

38*50*

PW-40.1

见正文六

5152

PW-51.5PW-52.4

无损检验人员资格鉴定增加可采用ASNT《认证统一大纲》

?53

PWT15

修订前检查门和炉门的最小尺寸不相同,修订后予以统一并均按炉膛尺寸是否小于24in规定了最小尺寸。

?54

PFT-21.3

见正文七

?55

PFT-42

同序号53

5657

A-226.3

第Ⅱ卷D篇中抗拉强度和屈服强度的安全系数已于1999年由4改为3.5,因此,A-22.6.3.2.1A-22.6.3.2.4中安全系数也由5改为4

5863

A-260

未见修订前条文,从略。

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