3.4 GB 150在焊接接头类别和类型、焊接接头的使用、无损检测以及焊接接头系数方面的主要区别
3.4.1 GB 150的焊接接头分类
GB 150在形式上仿照ASME Ⅷ-1,把容器受压组件之间(实际上包括了受压组件本身的和相邻受压组件之间的)焊接接头划分为A、B、C、D四类,并参照ASME Ⅷ-2,将非受压组件与受压组件的连接接头划为E类,见图3-12,依次说明如下。
①A类接头包括:圆筒部分(包括接管)和锥壳部分的纵向接头(多层包扎容器层板层纵向接头除外)、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头和平封头中的所有拼焊接头以及嵌入式的接管或凸缘与壳体对接连接的接头。
②B类接头包括:壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与壳体或接管连接的接头、平盖或管板与圆筒对接连接的接头以及接管间的对接环向接头,但已规定为A类的焊接接头除外。
③C类接头包括:球冠形封头、平盖、管板与圆筒非对接连接的接头,法兰与壳体或接管连接的接头,内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头,但已规定为A、B类的焊接接头除外。
④D类接头包括:接管(包括人孔圆筒)、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头,但已规定为A、B、C类的焊接接头除外。
显然,GB 150的分类参考了ASME Ⅷ-1和Ⅷ-2,但由于并未理解ASME规范对接头分类的原理,虽然采用了ASME Ⅷ-1规范的类别名称,但其分类的出发点和ASME Ⅷ-1有所不同,在各版的“标准释义”中也从未提起分类的原则或基本出发点,只是就事论事地列出了标准中各类接头的具体内容,经笔者多次提出问题后,在2011年版的标准释义中对ASME规范的分类出发点不加选择、不加区分、兼收并蓄地表示为:根据接头在容器上的不同位置及受力特点,同时考虑焊接接头的型式与结构特点分类。它并非仅以接头在容器组件上的位置,即该接头所受应力的大小划分,根据笔者对标准所列各类接头的具体内容的解读可知,实际上是按照接头的结构是对接或者角接来分的,也就是按照接头的无损检测是采用RT、UT还是MT、PT方法来分的,凡对接者,即可以采用RT、UT者划为A类或B类;凡角接者,即仅可采用MT、PT者划为C类或D类。这样,对某些接头就无法解释,于是就只能进行调整。例如,对多层包扎容器层板层纵向接头,它承受最大主应力,按ASME Ⅷ-1的分类原则,当然应划为A类,但这种接头与内筒之间因已有多层层板无法进行RT、UT,只能进行MT、PT,所以GB 150将它调整为C类;再如,对接管与壳体的连接接头,不论对接或角接,按照这一位置,ASME Ⅷ-1都划为D类,并根据接头结构类型而区分为D类对接或D类角接。但GB 150认定凡D类接头只能用MT、PT检测,而这种如图3-12左下分图的嵌入式接管对壳体对接连接的接管如只用MT、PT检测显然不甚合理,应该也可以采用RT、UT检测,所以将它调整为A类。GB 150参考了ASME Ⅷ-1,也列入了非圆形截面容器,但是却并未参考ASME Ⅷ-1对非圆形截面容器各侧板之间以及接管对侧板的连接接头进行分类;至于属于GB 150所独有的容器或其受压组件,例如球冠形封头对圆筒的连接接头、扁平钢带倾角错绕容器上的各有关接头,都未予明确分类。在分类中对锥壳大小端与圆筒的连接接头,也未参考ASME Ⅷ-1,在半顶角α超过30°以后,由于接头结构型式趋于角接,不能采用射线或超声检测,只能用磁粉或液体渗透检测而予以区分;在分类说明中对平盖或管板与圆筒的连接接头区分对接或角接而划为B类或C类,但在图形中则不加区分,一律划为C类等。
图3-12 GB 150的焊接接头分类图(引自GB 150.1,图1)
3.4.2 GB 150的焊接接头无损检测和焊接接头系数
GB 150中规定,除个别最后一道封密焊缝因无法进行射线或超声检测而允许不做检测外,都要求进行100%射线、超声检测或局部射线、超声检测,局部检测对一般容器检测长度不得少于各焊接接头长度的20%,低温容器检测长度不得少于各焊接接头长度的50%,且都不得小于250mm。
要求对其A类和B类焊接接头进行全部射线或超声检测的容器举例如下:设计压力大于或等于1.6MPa的第Ⅲ类容器;采用气压或气液组合耐压试验的容器;焊接接头系数取1.0的容器;盛装毒性为极度或高度危害介质的容器;设计温度低于-40℃的或者焊接接头厚度大于25mm的低温容器等。
要求对其A类和B类焊接接头进行局部射线或超声检测的容器举例如下。除标准规定要求进行全部射线或超声检测以外的容器,但以下举例部位、焊缝交叉部位应100%检测:先拼板后成形凸形封头上的所有拼接接头;凡被补强圈、支座、垫板、内件等所覆盖的焊接接头;标准规定不另行补强的接管,自开孔中心、沿容器表面的最短长度等于开孔直径的范围内的焊接接头;嵌入式接管与圆筒或封头对接连接的焊接接头等。
厚度达一定值或某些材料的角接接头,堆焊表面以及复合钢板覆层的焊接接头等,都要求做MT或PT表面无损检测。
除做射线或超声检测等体积性检测外,标准还对某些操作条件比较严峻或容易引起表面缺陷的材料进行表面检测,例如设计温度低于-40℃低温容器上的A、B、C、D、E类接头,但对气压试验容器的角接接头,都未提到要做表面检测,这和ASME Ⅷ-1在UW-50中所述,对所有对接和角接焊缝,以及非受压件与受压件其厚度大于6mm的角接焊缝,都应对其全长予以检测,当为对接焊时用射线或超声检测,当为角接焊时则用磁粉或液体渗透检测的规定是完全不同的。容器的气压试验其危险性是不言而喻的,对容器的所有角接接头不做无损检测就投入气压试验的规定看来是不妥的。
钢制容器的焊接接头系数如下。
双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头:
全部无损检测者,Φ=1.0;
局部无损检测者,Φ=0.85。
单面焊对接接头(沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板):
全部无损检测者,Φ=0.9;
局部无损检测者,Φ=0.8。
但在制造篇中仅对取焊接接头系数为1.0容器的A类和B类焊接接头要求100%做射线或超声检测,未提及取焊接接头系数为0.9容器沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板的A类接头也要全部检测,构成不协调。且对焊接接头系数为1.0容器的A类和B类焊接接头要求100%做射线或超声检测的规定也可商榷,如B类接头未承受最大主应力,只要A类接头全部检测,B类接头可不必全部检测。
此外,并未像ASME Ⅷ-1那样,明确规定受压缩的对接接头,应取Φ=1.0。
3.4.3 GB 150的焊接接头在容器上的布置
为避免相邻焊接接头可能存在缺陷而引起局部高应力的相互重叠、干扰,为此而在容器上布置焊接接头时做了规定,例如对封头的拼接接头,各种不相交拼接焊缝心线的间距至少应为封头钢材厚度的3倍,且不小于100mm,为避免在成形过程中封头过渡转角区所受拉力垂直于焊缝而使焊缝受损,规定各瓣片间的焊缝方向宜按径向和环向布置,见图3-13。
图3-13 分瓣成形凸形封头的焊缝布置(引自GB 150.4,图1)
对于圆筒或锥壳,其相邻筒节A类接头间外圆弧长应大于钢材厚度的3倍,且不小于100mm,应对焊缝的交叉部位作100%无损检测。不宜采用十字焊缝。