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满了吗?教你如何理解ASME的MDMT

时间:2020-10-26 来源:压力容器唯心不易 浏览:

满了吗?

 

有一位学僧对禅师说道:“禅师!在您座下参学,我已感到够了,现在想跟您告别,我想去行脚云游了。”

 

“是什么够了呢?”

 

“够了就是满了,装不下去了。”

 

“那么在你走之前,去装一盆石子来谈话吧!”

 

学僧依照禅师的吩咐,把一大盆石子拿来。

 

禅师:“这一盆石子满了吗?”

 

学僧:“满了。”

 

禅师随手抓了好几把沙,掺入盆里,沙,没有溢出来。

 

禅师问学僧道:“满了吗?”

 

“满了!”

 

禅师又抓起一把石灰,掺入盆里,还没有溢。

 

禅师再问:“满了吗?”

 

“满了!”

 

禅师顺手又再倒了一盅水下去,仍然没有溢出来。

 

“满了吗?”禅师又问。

 

“……”

 


脆性断裂的基本原理

 

根据断裂力学原理,对于具有尺寸a的穿透性裂纹材料,在拉伸应力σ作用下,当裂纹尖端的应力场强度因子KI达到材料的临界应力场强度因子KIC时,裂纹就失稳扩展,使材料脆性断裂。

 

 

a为材料上和拉伸应力相垂直方向的裂纹尺寸,通过大量的经验积累和工程检验,认为a与材料的厚度成比值关系,即厚度t越大,缺陷尺寸a就越大。

 

当KI<KIC时,说明该元件的即使有裂纹但不至于开裂。即使这台设备在-40°,它也不必对材料、结构、制造等采取防脆断措施。

 

由于需要测定不同温度,不同材料下的KIC 值,在工程中应用有诸多不便,所以实际应用中将KIC换算成不同温度,不同材料下V型夏比冲击试样的冲击能量。

 

所以判断一台设备是否为低温操作,需要从如下几个方面来判断:

 

缺陷尺寸a-即厚度

 

应力水平- σ

 

材料种类

 

最低设计金属温度

 

有了这些信息,可以用来计算出该带缺陷组件的应力场强度因子KI值,与同温度下的材料力学性能KIC 相比较。

 

ASME规范根据这个原理绘制了是否需要防脆断的判别图。

 


低温了吗?

 

话说,某学僧在某禅师门下学习ASME压力容器设计。

 

学僧:报告禅师,材料SA-51670,筒体厚度30mm,查图UCS-66曲线B,得到MDMT=4°C。我们MDMT是-48°C。低温了,要进行冲击试验或换材料了!

 

 

禅师微微一笑:低温了吗?先正火一下。

 

学僧查了一下规范,按照UCS-66,正火一下温度曲线为D曲线。

 

查了一下冲击豁免图,得冲击豁免温度为-31°C。:

 

学僧:报告禅师,冲击豁免温度为-31°C,MDMT是-48°C,还是低温啊。

 

禅师微微一笑:低温了吗?查一下应力比。

 

学僧再按照UCS-66.2计算了一下应力比:

 

 

用筒体所需要厚度为24.6mm,筒体的应力情况为24.6/30=0.82

 

因为不是满应力情况,MDMT还可以继续降低。查图UCS-66.1M,能够降低的温度为10°C。

 

 

学僧:报告禅师,冲击豁免温度为-31°C,能够降低10°C,即豁免温度为-41°C,MDMT是-48°C,还是低温啊。

 

禅师微微一笑:低温了吗,这台设备按照ASME不需要做热处理,但是业主规定了要做热处理,这点刚好用上。你查一下UCS-68(c)。

 

学僧翻开了UCS-68(c),其内容如下:

 


这台设备应业主要求做了额外的热处理,改善了材料的金相组织,降低、甚至消除因冷热加工引起的残余应力,从而提高了设备的防脆断性能。所以规范允许再降低17°C,这样算下来,冲击豁免温度为-58°C。

 

学僧拍案:我悟到了,MDMT=-58°C!

 

禅师再次出手:那再查一下UCS-66(b)(2),UCS-68(b)。

 

学僧翻开这一章,原来除非低温低应力(应力比小于0.35)或额外热处理条件外,其余工况最低的MDMT只能到-48°C。

 

 

按照UCS-68(b),如果应力比>0.35,且MDMT低于-48°C,那么PWHT是强制的。如果MDMT取-58°C,PWHT就不是额外的了。(此处比较饶舌)

 

综上所述,设备的MDMT为-48°C,可以冲击豁免,还不是低温!

 

学僧顿感ASME左右嵌套引用,前后互相缠绕,深不可测,如履薄冰,热泪盈眶,执手相看泪眼,竟无语凝噎:

 

学僧:师傅教我~~~

 

禅师:你莫走

 

学僧:我不走

 

禅师:赌过咒

 

学僧:拉过勾

 

 


小结

 

ASME的最低允许操作温度MDMT和GB的低温工况是不太一样,很多朋友刚接触的时候不习惯。

 

总体上,GB是划了一根线,低于多少温度算是低温,以及配套的材料。而ASME的MDMT是随着材料,厚度,应力状态,正火,热处理等变化的。如果能够豁免冲击,那么就不算低温操作。

 

ASME的低温操作用两个字总结就是:
 

挖潜

 

用四个字就是:

 

物尽其用

 

在材料本身的基本MDMT基础上,可以通过材料正火,应力状态,焊后热处理等等,获得叠加的MDMT修正值。这样保证安全的前提下,不增加成本,实现了民不加赋而国用饶。

 

一般可以修正到最低-48°C。低温低应力状态(应力比低于0.35)甚至可以修正到-105°C。

 

真正做到深掘材料潜力,物尽其用,人尽其才!

 

如果您理解了禅师往碗中不断增加沙,石灰,水等等,那么相信您已经理解ASME的低温操作了。

 

ASME低温-未完待续

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