孟大潤

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院常熟分院)

0 概述

在ASME規(guī)范壓力容器卷 （第八卷第一分冊）中，用焊接方法建造的規(guī)范產(chǎn)品壁厚計算公式里的焊接接頭系數(shù)與焊接接頭的無損檢測程度密切相關(guān)[1]。一般情況下，接頭系數(shù)僅僅取決于該接頭本身的型式和無損檢測程度，而與其他接頭的無損檢測程度無關(guān)。UW-11(a)5是例外情況，下文將具體說明。當規(guī)范中未明確要求時，用戶或其指定代理人應(yīng)確定接頭型式和無損檢測程度[2]。UG-116（e）規(guī)定，按ASME規(guī)范要求進行射線或超聲檢測的容器應(yīng)在規(guī)范標志下面標志無損檢測程度。根據(jù)不同的無損檢測要求和情況，可以分為 “RT1”、“RT2”、 “RT3” 或 “RT4” 四種不同的標志。 需要說明的是，這里所提及的無損檢測，是特指按UW-11規(guī)定進行的射線檢測 （或超聲檢測）。UW-12和表UW-12明確規(guī)定了焊接接頭系數(shù)選取規(guī)則，但在一些較為復雜的情況下卻很容易引起誤解而選錯系數(shù)。本文希望通過詳細分析RT標記的要求和應(yīng)用，即通過對UG-116條款的梳理，探討在實際應(yīng)用中如何根據(jù)規(guī)范要求確定不同RT標記的焊接接頭系數(shù)。

1 焊接接頭類型和型式

為了正確應(yīng)用UW-11和UW-12關(guān)于無損檢測和焊接接頭系數(shù)的規(guī)定，首先就要弄清楚焊接接頭的類型 （category）和型式 （type）的準確含義。根據(jù)UW-3，ASME規(guī)范中焊接接頭的類型是指焊接接頭在容器中的位置。一般來說，壓力容器的焊接接頭可以分為A、B、C、D四種類型，具體如圖1所示[1]。這四種類型焊接接頭均為受壓元件之間的焊接接頭，其定義和國標GB 150—2011的規(guī)定基本相同[3]。和GB 150—2011稍有不同的是，ASME規(guī)范沒有定義E類焊接接頭 （非受壓元件和受壓元件之間的焊接接頭）。

圖1 典型焊接接頭類型圖示

在當前的ASME規(guī)范表UW-12中，一共列出8種焊接接頭型式，其中只有1型到6型給出了相應(yīng)的焊接接頭系數(shù)。另外，一般來說，UW-11、UW-12和表UW-12規(guī)則并不包括角接接頭 (如圖1所示，α＞30°)的焊接型式。

2 容器的RT標記和無損檢測程度

2.1 “RT-1”容器——全部射線檢測 （full RT）

“RT-1”的情況比較簡單，根據(jù)UG-116(e)(1)，標記為 “RT-1”的容器的所有承壓對接接頭，除直徑未超出NPS10（DN250）、壁厚未超出29 mm的接管上的B類和C類焊接接頭外，均要按照UW-51的要求做全部長度的射線檢測。由于無損檢測程度最高，RT-1容器焊接接頭系數(shù)自然應(yīng)該按表UW-12最高的一欄——（a）欄選取，對于接頭型式為1型的就取1.0，接頭型式為2型的取0.9。

2.2 “RT-2”容器——全部射線檢測 （full RT）

標記為 “RT-2”級別的容器，其射線檢測程度也很高，在規(guī)范中也包括在全部射線檢測范圍（full RT）之內(nèi)，但實際上并不是說真的所有焊接接頭都需要做射線檢測。根據(jù)UG-116(e) (2)關(guān)于 “RT-2”的定義，容器整體射線檢測滿足UW-11(a) (5)，并且局部射線檢測滿足UW-11(a) (5)(b)的要求。需要說明的是，這里的無損檢測不包括其它任何根據(jù)使用條件或厚度強制要求的檢測，而且制造商根據(jù)特殊需要自行增加的檢測量也與規(guī)范規(guī)定以及焊接接頭系數(shù)無關(guān)。

UW-11(a)(5)規(guī)定，所有設(shè)計為按表UW-12（a）欄選取焊接接頭系數(shù)的容器筒節(jié)或封頭的A類和D類焊接接頭必須做全部射線檢測， (a)欄是全部射線檢測的系數(shù)。同時規(guī)范要求： （1）與容器筒節(jié)或封頭連接的A類或B類焊接接頭必須是表UW-12中的1型或2型。 （2）所有與容器筒節(jié)或封頭上的A類焊接接頭相交的B類或C類焊接接頭最少應(yīng)該滿足按照UW-52規(guī)定的局部射線檢測要求。

在圖2中，兩個容器都是用環(huán)向薄膜應(yīng)力來計算筒體和封頭厚度的，因為兩種情況下焊接接頭系數(shù)都是取1.0，所以計算的結(jié)果是一樣的。盡管“RT-2”中軸向焊接接頭系數(shù)E僅為0.7，但筒體的軸向應(yīng)力在這里并不是控制因素，所以對計算結(jié)果沒有影響 （以型式1的對接焊縫為例）。在這個例子中，如果將容器改成由一個無縫筒體和兩個無縫封頭構(gòu)成，同樣標記為 “RT-2”，則只需要在兩個B類焊縫上做局部射線檢測。進一步來說，假如這兩條焊縫是由同一個焊工焊接，并且焊縫總長度小于或者等于15 m，那么根據(jù)UW-52(b)（1）的規(guī)定，實際上只需要拍一張片子 （局部射線檢測）就可以了。隨著焊接工作量的增加，需要的局部射線檢測量 （比例）會減少到一定比例（約為符合條件焊縫總量的1%）。在更為復雜的容器中，標記為 “RT-2”和 ‘RT-1’相比而言，因為射線檢測要求的減少而節(jié)約的成本顯得更為可觀。與“RT-1”所有對接接頭需要100%RT不同， “RT-2”的射線檢測更為關(guān)注容器設(shè)計中最為關(guān)鍵的焊接接頭。所以可以說無損探傷級別為 “RT-2”的容器是控制設(shè)計的經(jīng)濟性和風險因素最佳平衡點。

圖2 同一容器RT-2和RT-1的對比

概括來說就是：標記為 “RT-2”的容器只有筒體和封頭上的A類焊接接頭需要100%RT，與之相交的B類或C類焊接接頭做局部射線檢測。但在設(shè)計上筒節(jié)和封頭可以按照全部射線檢測的條件選取焊接接頭系數(shù)。

2.3 “RT-3”容器——局部射線檢測 （spot RT）

“RT-3”容器是指整個容器都符合UW-52局部射線檢測 （spot RT）的要求。當然根據(jù)規(guī)范規(guī)定，管徑不超過NPS10且壁厚不超過29 mm的接管和連通室上的B類和C類對接焊縫，不需要做射線檢測。其實在本質(zhì)上，局部射線檢測可以理解為對焊工焊接合格焊縫能力的抽檢。根據(jù)UW-52 (b)(1)，一個焊工焊接工作量中只有1%被抽檢 （每15 m抽檢152 mm）。射線抽檢的位置應(yīng)該由授權(quán)檢驗師選擇，如果事先征得同意，也可以由制造商來確定射線檢測的位置。每個焊工焊接的每15 m焊縫作為一個單位焊接長度，至少做一處射線檢測。每一個單位焊接長度可以包括不同的接頭型式 （1型或 2型）、不同的焊接工藝 （SAW,GTAW,SMAW,…），甚至可以擴展到多臺容器。另外，按UW-11(a) (5) (b)條款要求實施的局部射線檢測量不能應(yīng)用于這里的局部無損檢測量統(tǒng)計和比例計算。

實施局部射線檢測的焊接接頭系數(shù)按照表UW-12的 （b）欄選取，由于減少了檢測比例，1型的焊接接頭系數(shù)由1.0減小到0.85，2型的焊接接頭系數(shù)由0.9減小到0.8。從成本角度，選擇RT-3無疑降低了無損檢測費用。不過焊接接頭系數(shù)的降低增加了材料的厚度要求，也就是增加了制造費用。究竟如何才劃算，這就需要設(shè)計部門和用戶、制造廠各方綜合各種情況加以權(quán)衡。

值得注意的是，在UW-12(d)條款中特別提及連接無縫封頭筒體或無縫筒節(jié)之間焊縫的無損檢測是否滿足UW-11(a) (5) (b)局部RT要求。如果滿足局部RT要求，無縫封頭筒體或無縫筒節(jié)系數(shù)可以取1.0；如果不滿足，只能取0.85。圖3是兩個標記為RT-3的容器局部射線檢測的典型例子，由于沒有滿足UW-12(d)和UW-11(a)(5)(b)的要求，無縫封頭的焊接接頭系數(shù)應(yīng)該取0.85。

圖3 “RT-3”容器——局部射線檢測

假設(shè)上面兩個例子焊接型式均為1型，則焊接接頭系數(shù)E為：

筒體的縱焊縫E=0.85，環(huán)焊縫E=0.85。

封頭為無縫，但UW-11(a) (5) (b)不滿足，所以E=0.85。

概括來說，局部射線檢測在全部射線檢測和不做檢測之間提供了一種合適的選擇。盡管比起全部射線檢測的情況設(shè)計系數(shù)是降低了，但是相應(yīng)的檢測費用也大幅降低了。值得一提的是，在國標GB 150—2011中也有局部無損檢測的內(nèi)容，與ASME規(guī)范規(guī)定的最小1% （每15 m抽檢152 mm的要求）不同，GB 150要求局部無損檢測的比例是20%[3]，這樣無損檢測費用就會遠遠大于ASME規(guī)范產(chǎn)品。

2.4 “RT-4” 容器

容器打上 “RT”標記表示焊縫已經(jīng)做了射線檢測。如果容器焊縫做了一處或多處射線檢測，但檢測的程度又不符合 “RT-1,2,或3”的規(guī)定，最簡單的方法就是標 “RT-4”。 換句話說， “RT-4”的意思就是容器做了一定量的射線檢測，但是又無法用一個簡單的無損檢測標記體系來描述檢測的數(shù)量和比例。比如上述 “RT-3”容器，如果為了滿足UW-12(d)或UW-11(a)(5)(b)而做了額外的局部射線檢測，從而使封頭按系數(shù)E=1.0設(shè)計，那么這就是 “RT-2”和“RT-3”規(guī)則的混合應(yīng)用，就變成了 “RT-4”容器。 “RT-4”容器的焊接接頭系數(shù)，就要根據(jù)具體每條焊縫的無損檢測程度和焊接接頭型式，查表UW-12選取。

3 討論

在ASME規(guī)范壓力容器卷 （第八卷第一分冊）中，焊接接頭系數(shù)一直是一個容易引起困惑的問題。概括來說，可以認為焊接接頭系數(shù)主要取決于焊接接頭類型 (UW-3)、接頭型式 (表UW-12)以及焊接接頭的無損檢測程度 [UG-116（e）][1，4]。ASME規(guī)范為壓力容器制造廠在權(quán)衡焊縫射線檢測比例和設(shè)計制造要求上提供了很靈活的選擇性。當容器建造完成，根據(jù)UG-116（e）無損檢測標記體系規(guī)定，可以用簡要的標記 “RT-1,2,3，或4”說明容器已經(jīng)做了射線檢測，以及檢測的程度。然后就可以查表UW-12，根據(jù)不同焊接接頭型式在對應(yīng)欄目中查到焊接接頭系數(shù)E。

那么反過來看，我們能不能根據(jù)容器制造數(shù)據(jù)報告 （MDR）中列出的參數(shù)確定合適的RT標記（無損檢測程度）呢？通過以上分析可以看出，除了標記為 “RT-4”或無RT檢測的容器，其它情況下無法直接根據(jù)數(shù)據(jù)報告書確定容器的RT標記。因為在數(shù)據(jù)報告書中，只記錄了部分的焊接接頭系數(shù)和無損檢測情況，而不是全部。實際的RT標記只會記錄在容器銘牌上 [見UG-116（e）] 。

[1] Rules for Construction of Pressure Vessels， ASME Boiler&Pressure Vessel Code， Ⅷ，div 1[S].2010 Edition.2010.

[2] 張桂紅.如何確定ASME規(guī)范產(chǎn)品的焊縫系數(shù) [J].石油工程建設(shè)，1997（6）：12-14.

[3] 中國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 150.1～150.4—2011.壓力容器[S].2011.

[4] Robert D，Schueler Jr.Taking on ASME SectionⅧ,Div 1,Pressure Vessel Efficiency[S].The National Board Bulletin， 2006， 61 （2） .