壓寶計劃 : 壓力容器保障計劃

 如果在使用多片鋼板焊接製作時要注意什麼？ 在實務上我們在設計壓力容器時，會避免二條焊道接在一起。這句話聽起來很籠統，直接來看圖比較快。 以上圖 WL1 與 WL2 相接在一起，在作非破壞檢驗時，無法明確的判定是哪一條焊道發生缺陷；最糟的狀態是三方焊道需要鏟修。一般建議二片承壓件在結合時，相鄰的二條全滲透焊道間隔在五倍的母材厚度的距離。 其他焊接相關的要求 壓力容器的容許焊接效率 : 其中為中文說明，然而正式條文依正式法規為主。  

思考壓力容器/桶槽設計程式 開發一個計算書程式出乎意料的麻煩，因為要考慮最終版面輸出的內容，還要考慮程式的寫作。這一份碟形端板的計算書是以 JIS B 8265 的法規進行開發的壓力容器強度計算書。以下為相關參數： P= 1.0 MPa  端板材料為 SA-516M Gr.485，設計溫度 (DT) 為 50 ℃ S= 138.0 MPa @ DT E= 0.85 (SPOT RT) tn= 12.0 mm tc= 3.0 mm Di= 1230.0 mm R= 1230.0 mm r0= 123.0 mm 除了麻煩的查表之外，母材的容許應力與焊接效率的判定，也著實的燒腦。在這裡可以大家討論一下，因為日本厚生勞動省告示的壓力容器建造規範顯示， SPOT RT 在端板上的焊接效率是 0.95 且抽照的範圍在整個設備焊道的 20% 以上。然而在 JIS B 8265 中使用特定材料  SA-516 70 (SA-516M 485) 時，使用的是美規材質，那麼是否適用於 ASME CODE ? 而其 ASME CODE 規定的焊接效率為 0.85 ，在端板焊道上使用對接且接受 RT 抽照。在這裡的邏輯上就要考慮一下，尤其是處理台積電日本熊本廠設備設計的時候了。 回到程式設計上，由於專業設計程式 PV Elite 內含有材料數據的資料庫，所以只要輸入材料的標準號就可以查到容許應力值。這個很方便，也是我們採購它的原因。然而我們自己要開發程式系統時，目前只能自己輸入正確的數值了。在輸入計算數值還在手動輸入的階段，就會想要加入類似 PV Elite 的功能；所以現在正在努力進行中，如果有成果，再來發布告知大家。以下是目前計算書的一點成果給大家參考。 壓力容器計算書：碟形端板厚度計算  Pressure vessel calculation :  Thickness calculation of Torispherical 說明： 此計算書內容僅用於程式設計及排版測試，非正式壓力容器設計文件。如果有任何問題，歡迎提供實貴的意見。 The content of this calculation sheet is only used for programming and typesetting testing, and is an infor...

工程師的困擾 在參加 ASME " U " 認證程序時我們設計工程師常常被指教的事是設計圖畫得太難看。剛開始是圖面字形不對，後來說圖說圖形太小或者圖面配置不好留空太多等等。工程師的想法是以標準的工程圖的方式繪製，以正式的工程字形和配合比例繪製，怎麼可能會錯？   與驗證公司的對話 而在長時間與驗證公司的磨合結果，才了解到上從團隊領導（team leader）下到授權檢查員（A.I.）想要表達的是桶槽/ 壓力容器設計圖和製造廠的製造工程圖是不同的。設計圖要配合強度計算書等其他設文件，如焊接方式、指出材質型號或是後序試壓要求等等。也就是說要在設計圖上表達出客戶要求及設計法規的圖說，盡可能得表示出設計的重點。所以有些時候，圖面的比例不要求如工程圖那樣嚴格。工程圖是製造廠製造部件的圖說，基本上是製造廠的專業文件，例如端板或是殼板下料圖面就不會出現在設計圖中。製造廠要如何製造出符合設計圖的設備，方法是各有做法，這對廠商來說有各種成本的考量，如果取得其他廠商的製造資料，對其成本分析的效率就會較高；這對於現在的市場競爭有很大的影響。 設計圖的細節要求在法規上沒有呈現，在與驗證公司討論後，他們建議：  圖面上的字體與法規上的字體相似。 圖面標示尺寸的方式可以參考法規上的標法。 焊道焊接方法建議以圖型方式呈現。 說明設備使用的狀態及其他應該注意的事項。 貨比三家 大部分的公司是以貨比三家的方式來控制成本。由於現在的公司面臨了設計人員的短缺，很多公司的基礎設計量能不足。所以市場上常見 A 公司拿著 B公司的圖面向 C 公司詢價，C 公司再向 B 公司詢價的情形。以至於有圖面資訊的廠商視圖面為資產，而不輕易的展示。 設計圖是說明使用者的需求快速而簡明的方式。但是一份正式的設計圖需要和使用者討論溝通，再進一步依照設計法規計算設計，其實際會花費很多時間。如果依《使用者設計需要表》搭配簡單的圖說，就可以大幅減少溝通的時間。要與多家公司比價時才會有依據。

 壓力容器製造目前是以鋼板焊接結合為主，在不同部位及各式端板型式的不同使用的鋼板在結合時會造成厚度不同的情況。另外可能因為材料與製造的成本考量也會造成承壓件的板厚與鄰近的部件使用的板厚不一致的情形。 造成壓力容器承壓件對接焊道鋼板厚度不一致的原因： 立式桶槽高度造成最大使用壓力 MAWP 與下方端板的設計壓力會有落差，使用的端板厚度及殼板厚度有可能由上至下的增加板厚；由於表示 MAWP 的壓力錶安裝於設備的頂端，若設計內容物為液態於底部與頂部會有液壓差的產生，所以在設計設備的板厚時應注意板厚的變化。 使用端板的型式造成的板厚斷差；在同一個設計壓力下，端板的型式所需要的最小計算板厚不同。其板厚計算厚度 10:1 碟型端板 > 2:1 半橢圓端板 > 半球型端板。在設計製造壓力容器時，或許有限高要求，或許採購材料與庫存材料的狀況會造成端板與殼板的板厚的不一致。 設備開孔補強的部件設計與端板或殼板對接時；為補強開孔的位置，其補強厚度將厚於端板或殼板。 市購品與自製品結合的時候；有時市面上有現品可以採購時，其使用的板厚與自製品不一致。 板材對接焊之要求： 不同板厚對接時，厚板減薄至薄板厚度，始可對接焊，其斜率要大於 3:1 。 焊道必需完全滲透。必要時予以開槽焊接。 依照 ASME code 要求，其焊道必需完全滲透，再判定是否符合 UW-35 的要求後再確定其焊道的焊接效率。 需確認母材與焊材使用的成份。並計算碳當量。 在不同板厚的對接焊道，為了避免應力集中於焊道上，將要求厚度較厚的鋼板側去除部份材料與較薄的鋼板對接。例如 10:1 碟形端板使用 10 mm 的鋼板，而殼板使用 8 mm 鋼板，二個部件在對焊時，除了要考慮是否為內部切齊外，還要保留端板直部要切除大於 3:1 斜度的位置；如果設計其端板為內部切齊時，直部與殼板焊道處外側要切除長度 (10 - 8) x 3 = 6 mm 寬度 10 -8 = 2 mm 的斜度，與 8 mm 的殼板對接。

其實標題的問題的問法有一些可以質疑的地方；應該是問，為什麼壓力容器設計法規上有哪些地方承壓件的焊接效率，在計算強度時其焊接效率不是 100% ？  各部位的焊接效率 以 《壓力容器焊道型式的位置及最大容許焊接效率》 中有提到 ASME Sec.VIII Div.1 Table UW-12 : Maximum Allowable Joint Efficiencies for Welded Joints 有指出除了 Type 1 之 A、B、C 和 D 的焊道做 FULL RT 其焊接效率為 100% ，其他類型的焊道其焊接效率為 90%~45%。目前就超過外徑 600 mm 的殼板來說還容易分辨；然而外徑小於 600 mm 殼板的 A、B 和 C 焊道又使用單向對接焊接就會有判斷上的問題。先下結論，如果母材不使用管材而是使用板捲的話，應該使用 UW-12 Type 3 的規範，無論是否使用 FULL RT 檢查，其焊接效率只有 60%。 什麼時候可以使用 Type 1？ 這裡常遇到的一個癥節點。以上問題如果是使用氬焊打底呢？不是可以當作 Type 1 來看嗎？這裡筆者覺得有可討論的地方。其中 Table UW-12 Type 1 有要求要符合 UW-35 ，請看 《壓力容器縱向焊道和周向焊道要求/焊冠高度限制 》 。而要符合 UW-35 的要求， 各面焊縫加強件的厚度不得超過其規定的數值。 試問在一個量規無法進入的測量的焊道，如何能證明其內側的焊道高度符合 UW-35 的要求？所以在設計壓力容器時，各個焊道的焊接效率的判斷就會是重點。 可以不做非破壞檢測嗎？ 如果非破壞檢測在 Type 3 對於焊接效率無影響時，是否就可以不用作了？這個答案是看 使用者設計需求 及計算 M.D.M.T 的要求。因為在製造廠或許會為了節省成本而不要求作非破壞檢測，然而非破壞檢測的目的不是只有控制焊接效率進而減少母材厚度這一項，另一個目的是確認焊道焊接的工藝。如果內容物洩漏會造成人命和財產的安全，非破壞檢測就會被壓力容器建造法規重點要求。 例子：在 FULL RT 下，承壓件焊道的焊接效率 若有其他焊接效率相關規定的問題？請提出來大家一起研究討論。 壓力設備工程判斷 Engineering Judgment & Code Interpretation for Press...

 壓力容器縱向焊道和周向焊道要求  對焊接頭應完全熔透和完全熔合。允許焊接表面；然而，焊縫表面應充分沒有粗糙的波紋、凹槽、重疊和陡峭的脊和谷，以允許正確解釋射線照相和其他所需的無損檢查。如果在解釋射線照相膠片時對焊縫的表面狀況有疑問，應將膠片與實際焊縫表面進行比較以確定可接受性。   在滿足以下所有條件的情況下，由於焊接過程而導致的厚度減少是可以接受的：  厚度減少不應使相鄰表面的材料在任何一點上減少到設計厚度以下。  厚度減少量不得超過 1/32 英寸（1 毫米）或相鄰表面標稱厚度的 10%，以較小者為準。 當使用留在原位的墊板 [ 表 UW-12 的類型編號 (2) ] 進行單焊對接接頭時，加固要求僅適用於墊板的對面. 為確保焊縫坡口完全填滿，使焊縫金屬任何一點的表面不低於相鄰母材的表面，可在焊縫的每個面上增加焊縫金屬作為加強。 各面焊縫加強件的厚度不得超過以下值 ：   參考： ASME Section. VIII div.1 2019 UW-35