GB/T 19190-2003 石油天然气工业钻井和采油提升设备

GB/T19190-2003/ISO13535:2000

前言

本标准等同采用ISO13535:2000(在APISpec8C第三版1997的基础上制定)《石油天然气工

业—钻井和采油提升设备》(英文版)。

本标准等同翻译ISO13535:2000,

为便于使用，本标准做了下列编辑性修改:

a)“本国际标准”一词改为“本标准”;

b)用小数点“.”代替作为小数点的逗号“，，’;

c)删除了ISO13535:2000的前言，修改了ISO13535:2000的引言;

d)增加了资料性附录D`引‘用标准信息”以指导使用。

e)对于ISO13535:200。引用的其他国际标准中有被等同采用为我国标准的，本标准引用我国的

这些国家标准或行业标准代替对应的国际标准，其余未被等同采用为我国标准的国际标准，在本标准中

均被直接引用(见本标准第2章)。

本标准的附录A,附录B为规范性附录，附录C、附录D为资料性附录.

本标准由全国石油钻采设备和工具标准化委员会(SAC/TC96)提出并归口。

本标准起草单位:宝鸡石油机械厂。

本标准主要起草人:郝玉英。

本标准为首次发布。

GB/T19190-2003/ISO13535:2000

引言

本标准的制定是为使我国石油天然气工业的钻井和采油提升设备主要承载件的设计、制造和试验

与国际标准接轨，提高我国产品质量和技术水平，增强产品在国际市场的竟争力。

本标准的使用者应认识到为满足特定用途需要，可能要附加的或不同的要求。本标准无意禁止购

销双方交易不符合本标准的具有特定需要的产品，这种具有特定需要的产品可能具有技术创新和技术

改进。对于提供的另外方案，供方应提供任何与本标准不同点的详细说明。

GB/T19190-2003八翻〕13535:2000

石油天然气工业钻井和采油提升设备

1范围

本标准规定了钻井和采油提升设备的设计、制造和试验方法。

本标准适用于下列钻井和采油提升设备:

a)提升滑轮，

b)游车和游车大钩;

c)游车与大钩的连接件;

d)连接件和吊环吊耳;

e)大钩;

f)油管和抽油杆大钩;

9)吊环;

h)套管、油管、钻杆和钻挺吊卡;

)1抽抽杆吊卡;

J)旋转水龙头提环接头;

k)旋转水龙头;

)1动力水龙头;

m)动力短节;

n)卡盘(可用作吊卡时);

。)死绳固定器;

p)钻柱运动补偿器;

q)用作提升设备的方钻杆旋扣器;

r)安装在提升设备上的压力容器和管线;

s)安全卡瓦(可用在提升设备时);

t)导向小车。

本标准制定两种产品规范等级要求((PSLs)。这两种PSL代号表示不同的技术要求水平。本标准

第4章至第11章的所有要求，除特别指明为PSL2者外，均适用于PSL1,PSL2包括PSL1的所有要求

以及本标准的补充作法。

补充要求仅适用于特别指明者(见附录A),

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有

的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T9253.2-1999石油天然气工业套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验。(API

Spec5B:1996,IDT)

JB/T7927(所有部分)阀门铸钢件外观质量要求(JB/T7927-1999,MSSSP-55:1996,

EQV)

SY/T6407-1999旋转钻井钻柱构件规范(APISpec711998,IDT)

ISO11960石油天然气工业用于套管和油管的钢管(Petroleumandnaturalgas-Steelpipes

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foruseascasingortubingforwells.)

API"RP9B油田用钢丝绳选用、保护和使用推荐作法(Application,andUseofWireRopefor

OilFieldService.)

ASME"B31.3I艺管道(ChemicalPlantandPetroleumRefineryPiping.)

ASMEV无损检测.(Non-destructiveExamination,BPVCSection5,1998)

ASMEvi压力容器标准(RulesforConstructionofPressureVessels,DIV1)

ASMEM焊接和钎焊规范(WeldingandBrazingspecification.)

ASTM"A370钢制品力学性能试验方法和定义(StandardTestMethodsandDefinitionsfor

MechanicalTestingofSteelProducts.)

ASTMA388重型钢锻件超声波检验的推荐作法(StandardPracticeforUltrasonicExamination

ofHeavySteelForgings.)

ASTMA488铸钢件焊接人员资格鉴定推荐作法(StandardPracticeforSteelCastings,Weld-

ing,QualificationsofProceduresandPersonnel.)

ASTMA770特殊用途钢板的穿厚拉伸试验规范(StandardSpecificationforThrough-Thick-

nessTensionTestingofSteelPlatesforSpecialApplications)

ASTME4测试仪器的载荷校正方法(LoadVerificationofTestingMachines.)

ASTME125铸铁件缺陷磁痕的标准参考底片(StandardReferencePhotographsforMagnetic

ParticleIndicationsonFerrousCastings)

ASTME165渗透检测操作方法(StandardTestMethodforLiquidPenetrantExamination.)

ASTME186壁厚(51mm-144mm)铸钢件射线照相参考底片(StandardReferenceRadio-

graphsforHeavy-Walled(2-4}4)in.((51一114)mm).)

ASTME280壁厚(114mm-305mm)铸钢件射线照相参考底片(StandardReferenceRadio-

graphsforHeavyWalled(4万12)in.((114^-305)mm).)

ASTME428超声检测用钢质参考试块的制作与质量控制方法(StandardPracticeforFabrica-

tionandControlifSteelReferenceBlocksUsedinUltrasonicInspection.)

ASTME446壁厚51mm以下铸钢件射线照相参考底片(StandardReferenceRadiographsfor

SteelCastingsUpto2in.(51mm)inThickness.)

ASTME709磁粉检测实施方法(StandardGuideforMagneticParticleExamination.)

ASNT-TC-IA'，无损检测人员的资格鉴定推荐作法(Recommendedpracticeforpersonnelquali-

ficationandcertificationinnon-destructivetesting.)

AWS"DI.1钢结构焊接规范(Standardweldingcode.)

AWSQC1焊接检验员AWS资格鉴定标准(StandardforAWSCertificationofWeldingInspec-

tors)

EN"287(所有部分)熔焊焊工鉴定试验(Approvaltestingofwelders-Fusionwelding.)

EN288(所有部分)金属材料焊接I艺规程的鉴定和规范(Specificationandqualificationof

weldingproceduresformetallicmaterials.)

1)美国石油学会

2)美国机械工程师协会

3)美国材料与试验协会

4)美国无损检测协会

5)美国焊接学会

6)欧洲标准

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注:本标准的附录D提供了以上引用标准的信息。

术语、定义和缩略词

本标准采用以下术语、定义和缩略词。

3.1术语和定义

3.1.1

轴承额定载荷bearing-loadrating

承受主载荷轴承的计算最大额定承载能力。

3.1.2

设计载荷designload

使零件产生最大允许应力的静载荷和动载荷之和。

3.1.3

设计安全系数designsafetyfactor

在所用材料最大允许应力与规定的最小屈服强度之间考虑一定安全余量的系数。

3.1.4

设计验证试验designverificationtest

用来确认所采用的设计计算的完善性而进行的试验。

3.1.5

动载荷dynamicload

因加速效应而施加给设备的载荷。

3.1.6

等效圆equivalent-round

确定热处理低合金钢或马氏体不锈钢硬度特性时，把各种形状截面用等效的圆截面表示。

3.1.7

线性指示linearindication

在无损检测中，长度大于3倍宽度的一种指示。

3.1.8

额定载荷loadrating

施加给设备的最大操作载荷，包括动载荷和静载荷。

注:额定载荷是一个数值，它等于设计载荷。

3.1.9

最大允许应力maximumallowablestress

规定的最小屈服应力除以设计安全系数。

3.1.10

主载荷primaryload

设备在操作中所承受的轴向载荷。

3.1.11

承受主载荷的构件primary-load-carryingcomponent

主承载件。

3.1.12

产品规范等级productspecificationlevel

对有关设备中承受主载荷的构件实施材料和工艺控制的等级.

注:两种规范等级用PSLI或PSL2表示。

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3.1.13

验证载荷试验proofloadtest

用来确定设备的额定载荷所进行的产品载荷试验。

3.1.14

修争卜repair

在新设备的制造过程中用焊接的方法对构件或部件缺陷清除和进行整修。

注:本标准中术语“修补”仅指设备制造过程中材料缺陷的修补。

3.1.15

回形指示roundedindication

在无损检测中，长度小于3倍宽度的接近圆形或椭圆形的任何指示。

3.1.16

安全工作载荷safeworkingload

设计载荷减去动载荷。

3.1.17

规格等级sizeclass

规定的相同设备的尺寸互换性和最大额定载荷。

3.1.18

特殊工艺specialprocess

可改变或影响设备所用材料的力学性能(包括韧性在内)的工序。

3.1.19

试验产品testunit

用来进行设计验证试验的一种原型产品。

3.2缩略词

ER等效圆

HAZ热影响区

PSL产品规范等级

NDE无损检测

PLC主要载荷状况

PWHT焊后热处理

设计

4.1概述

提升设备的设计、制造和试验应使其达到预期的目的。设备应能安全地传递预定的载荷，且应操作

简便、安全可靠。导向小车应按附录B设计。

4.2设计条件

应采用下列设计条件:

a)设备的操作人员应负责确定任一提升作业的安全工作载荷;

b)最低设计与工作温度应为一200C，有SR2补充要求除外(见附录A中A.3),

注:所涉及的设备除非使用了较低设计温度所要求的韧性性能的合适材料，否则不推荐在温度低于一20℃时超出

额定载荷下使用(见附录A中A.3).

4.3强度分析

4.3.1概述

设备的设计分析应考虑超过屈服、疲劳或屈曲这些可能的失效形式。

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强度分析通常应以弹性理论为基础。不过在适当场合，也可采用极限强度(塑性)分析，也可采用和

有限元法一起分析的方法。

所有可以影响设计的力均应予以考虑。对于所考虑的每个横截面，应采用力的作用位置与方向的

最不利的组合方式。

4.3.2简化假设

关于应力分布和应力集中可以采用简化的假设，只要这些假设是根据普遍承认的方法，或根据充分

广泛的经验或试验做出的。

4.3.3经验公式

经验公式可以代替理论分析，这个公式是由零件内部应力验证结果得出的。应用这个公式设计的

设备或部件不能再用应力仪去验证，而应按5.5规定的试验去验证。

4.3.4当量应力

强度分析应以弹性理论为基础。按照米塞斯一亨克(Vonmises-Hencky)理论，由设计载荷引起的名

义当量应力，不应超出最大允许应力am..,a}.二值由公式(1)计算。

a-=a,(1)

n

式中:

a,—最小屈服强度;

、—设计安全系数。

注:原ISO13535标准中最大允许应力为A“S,、最小屈服强度为Y“S11、设计安全系数为“S凡”.

4.3.5极限强度(塑性)分析

极限强度(塑性)分析可以在下列任何一种条件下进行:

a)接触区域;

b)由几何形状引起的高应力集中区域和其它高应力梯度区域在该截面的平均应力小于或等于

4.3.4规定的最大允许应力。

在该区域，对于所有低于平均应力的应力值应用弹性理论分析加以调整。

在塑性分析情况下，如4.3.4规定的当量应力不应超过最大允许应力‘。二，a-二的值用公式((2)进行

计算。

a-二一6b··.···。···。·。···。。。(2)

刀，

式中:

ab—最小极限抗拉强度;

n,—设计安全系数。

注:原ISO13535标准中最小极限抗拉强度为“TS_."

4.3.6稼定性

稳定性分析应按普遍承认的屈曲理论进行。

4.3.7疲劳分析

疲劳分析应以不少于20a的时间为基础。除非其他方面认可。

疲劳分析应按普遍承认的理论进行。参考文献3〔」中给出了可以采用的方法。

4.4规格等级

规格等级应表明设备尺寸的互换性和额定载荷。

4.5接触表面半径

图1、图2、图3和表6示出提升工具接触表面半径。这些接触半径适用于钻井中的提升工具(包括

油管大钩)，但不包括其它修井工具。

5

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/’\

n}-BI

1—游车挂环;

2—大钩提环

圈1游车和大钩提环

声/’\

Fa画

1—大钩;

2—水龙头提环。

圈2大钩和水龙头提环

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1—大钩连接耳;

2—吊环上耳;

3—吊环下耳;

a—吊卡连接耳

圈3吊环耳和大钩提环耳接触表面半径

4.6额定值

所有按本标准提供的提升设备应按本标准的规定确定额定值。

此类额定值应包括所有设备的额定载荷和内装轴承的主承载件的轴承额定载荷。

确定轴承额定载荷的目的是为了取得额定值的一致，但也是为了当载荷在设备额定值范围内时，使

用此类主轴承可有合理的使用寿命。

额定载荷应根据4.7中规定的设计安全系数，承受主载荷的构件中所用材料的最小屈服强度和设

计计算和/或5.5规定的设计验证载荷试验中得出的数据而确定的应力分布来确定。

额定载荷应在设备上标明(参见第10章)。

4.7设计安全系数

设计安全系数应由表1来确定。

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表1设计安全系数

额定载荷P.-

设计安全系数n.

kN(shorttons)

成1334(1503.00

1334--4448050-5003.00一[0.75(P}。一1330/3114]"

>4448(5002.25

原IS013535标准中额定载荷为R“,e

b式中Pm,，单位为kN.

设计安全系数只是作为设计要求，不应在任何情况下解释为允许设备上的载荷超过额定载荷。

4.8剪切强度

为了进行涉及剪力的设计计算，剪切屈服强度与抗拉屈服强度之比应为。.58.

4.9特定设备

.关于所有附加设备的具体设计要求，参见第9章。

4.10设计文件

设计文件应包括方法、假设、计算和设计要求。设计要求应包括但不限于规格、试验与操作压力、材

料、环境与规范要求等判据以及设计所依据的其它有关要求。

这些要求应适用于变更设计文件。

5设计验证试验

5.1概述

为了确保设备设计的完善性，应按如下所述进行设计验证试验。

设备的设计验证应由与该设计任务无关的部门或组织执行和/或发证。由于几何形状简单，仅通过

计算即可进行精确的应力分析的设备可不进行设计验证试验。

5.2试验产品的抽样

为了鉴定对某一类具有相同设计结构但规格和额定值不同的产品所进行的设计计算，可选用下列

抽样方法:

—该设计中至少三台产品应进行设计验证试验。试验产品应从规格/额定值范围的上下端和中

间选择。

—所需试验产品的数量根据每一产品试验的同时也鉴定其上一和下一规格或额定值的产品这一

原则来确定

注:第二种方法适用于产品规格和或额定值范围有限的场合

5.3试验程序

5.3.1功能试验

试验产品应加载到设计载荷。在此载荷被卸除后，应检查产品的设计功能。所有设备零件的设计

功能均不得因此项加载而受到损害。

5.3.2设计验证试验

若产品的结构形状许可，应将应变片贴到试验产品所有预期会产生高应力的部位上。建议采用有

限元分析法、模型法和脆化漆法等，以进一步确定应变片的适当位置。在关键区域，建议采用三元应变

片，以便能够测定其剪应力和避免要求应变片准确定向。

施加到试验产品上的设计验证试验载荷应按如下公式确定:

尸。=0.8XP.。二Xn,······················……(3)

式中:

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尸—设计验证试验载荷(但不小于2P.二);

P,额定载荷，kN;

n,—设计完全系数(见3.1.3和4.7).

产品应加载到设计验证试验载荷。试验载荷宜小心施加，以便读出应变仪数值和观察其屈服情况。

试验产品根据需要可加载多次以便获得足够数据。

根据应变仪读数得到的应力值不得超过根据设计计算(以设计验证试验载荷为基础)求得的数值。

如不能满足此项要求或任一试验产品过早地失效都应对该设计进行全面的重新评定，随后再以与原来

所要求的相同试验产品台数(其中包括与失效的一台规格和额定值相同的试验产品)进行附加试验。

设计验证试验完成后，应将该产品拆开，检查每个零件的外形尺寸有无屈服现象。

产品中的个别零件，当其工装模拟的载荷条件符合组装后该零件的情况时，也可单独进行试验。

5.4额定载荷的确定

额定载荷应根据第4章所要求的设计验证试验结果和/或设计与应力分布计算值来进行确定。在

该额定值下的应力不得超过4.3允许的数值。在接触区允许有局部屈服。对已进行过设计验证试验的

产品，用应变片或其它适用手段测定的临界永久变形，除接触区外，不得超过0.2%。若该应力超过允

许值，则受影响的一个或几个零件应重新设计以获得所需的额定值。只有分析结果证明应力分布计算

值是在第5章规定的设计验证试验所验证的可接受的工程允许值内，它才可用来确定设备的额定载荷。

5.5设计验证试验程序和额定值确定的另一种方法

若已经确定了设备所用材料的精确的屈服强度值与抗拉强度值，则对试验产品可以采用破坏性试

验。这可通过对被试验零件的实际材料取拉伸试验试样，确定其屈服强度与极限强度之比来完成。然

后，用此比值按下列公式确定设备的额定载荷:

P、二=LhXa,。··.·······。。·······一(4)

QMXn,

式中:

n,—设计安全系数(见4.7);

a,—最小屈服强度;

ab.—实际极限抗拉强度;

L6—破坏载荷;

P...-额定载荷。

因为这一设计验证方法不是来自应力计算值，所以验证结果只限于具体模型、尺寸和额定值。

56设计验证试验装置

用来模拟试验产品上工作载荷的加载装置应按照ASTME4进行校准以保证获得规定的试验载

荷。对于载荷超过3358kN(400shortton)者，其载荷试验装置可以用相当于A级、不确定度小于

2.5%的校准仪进行校验。

试验工装应以与实际操作基本相同的方式和在载荷支承面上具有基本相同的接触面积，对产品(或

零部件)进行加载。所有用来对产品(或零部件)进行加载的设备均应对其完成该试验的能力进行验证。

5.7设计修改

当设计或制造有所修改，改变了额定载荷时，应按照第5章进行辅助性的设计验证试验。制造厂应

对所有的设计修改进行评定，以确定额定载荷是否受到影响。此项评定应形成文件。

5.8记录

所有设计验证记录和证明数据，均应按11.2中对设计文件所作的规定进行管理。

材料要求

6.1概述

所有材料均应适合于预定的用途

除另有规定者外，第6章对主承载件和承压件的材料合格试验、性能和加工等的各项要求作出

GB/T19190-2003/1S013535:2000

规定。

6.2书面规范

材料应按书面的材料规范进行生产。包括但不限于下列各项参数和限制:

—力学性能要求;

—材料合格试验;

—加工要求(包括许可的熔炼、加工和热处理方法);

—化学成分和允差;

—补焊要求。

加工方法的说明应包括锻造比。

6.3力学性能

材料应符合制造厂的材料规范中规定的性能要求。

冲击韧性值应由三次试验的平均值确定，使用构件允许的足尺试样。如需要采用非足尺冲击试样

时，其验收标准应乘以表3中列出的适当的校正系数。不应采用宽度小于5mm的非足尺试样。

规定的最小屈服强度大于或等于310MPa(45ksi)的材料，其在-20℃时的平均冲击韧性值应至少

是42J(31f-tlb)，且其中任一值不低于32J(24ft-16),

规定的最小屈服强度低于310MPa(45ksi)的材料，其在一20℃的平均韧性值应为27J(20ft-16),

且其中任一值不低于20J(15ft-16),

对于设计温度低于一20℃者(例如在北极地区使用)，应提出补充的冲击韧性要求，见附录A,SR2,

凡设计要求穿厚性能者，材料应按照ASTMA770沿厚度方向进行断面收缩率试验。其最小收缩

率应为2500,

PSI.2构件应用符合表2中规定的适当延展性要求的材料制作

表2延伸率要求(PSL2)

屈服强度入最小延作扫率S/

MPa(ksi)肠=4d'Iq=5d'

<310(45)2320

310-517(45^-75)2018

517758(75^-110)1715

>758(>110)1412

这里Lu二标距;d!直径。

表3非足尺冲击试样的校正系数

试样尺寸/mm校正系数

1o.0沐7.50.833

10.0X5.000.667

64材料鉴定

力学性能试验应在能代表制造该构件所采用的炉次和热处理批次的鉴定试验试样上进行。试验应

按照ASTMA370的要求或等效的标准，用处于最终热处理状态的材料进行为了达到材料验证的目

的，焊后热处理(PWHT)不作为热处理，焊后热处理温度应低于改变母材热处理条件的温度。

用于某一零件的鉴定试验试样尺寸应用等效圆法确定。图4和图5所示是确定简单的实心和空心

零件等效圆的基本模型。所示形状均可用于试验试样。图7是更为复杂形状截面的等效圆确定方法。

零件等效圆的确定应由其热处理条件下的实际尺寸来确定。除不要求等效圆超出125mm(5in)外，验

证试验用试棒的等效圆应等于或大于被验收零件的等效圆尺寸。图6和图8为ASTMA370基尔试

块要求尺寸的确定程序。

10

GB/T19190-2003/ISO13535:2000

鉴定试验试样可以是与其代表的构件一体的或同该构件分离的，也可以是一个解剖的产品零件。

在所有情况下，试样应与鉴定的构件出自同一炉，经过相同的工序，并且应和该构件一起进行热处理。

试棒应从整体式或单独式鉴定试验试样上切取。切取时，对于实心试样，试棒的纵轴线一概位于半

径为四分之一厚度框的中心圆内;对于空心试样，则位于最厚截面中心厚3mm(1/8in)范围内。拉伸

试棒上标距或冲击试棒上缺口，距试样两端的距离应至少为四分之一厚度框。

从解剖的产品零件上切取的试棒，就从该零件最厚截面处半径为四分之一厚度的中心圆内取样。

芝仁厕困霆簿刻HI"}}娅r/4F

ER=TER=1.ITER二1.25TER=1.5T

。圆形b)正六边形。)正方形d)长方形或平板

当L<T时，按厚度为L的平板考虑。

图4等效回模型—实体长度L

II

l县

「一一一一一一一1111

c

ER一2T当D镇63.5-m(2.5in),ER=2.5T;

注，当L<D时，按厚度为T的平板考虑;当D>63.5mm(2.5in),ER=15T.

当L<T时，按厚度为L的平板考虑T.注:T用最大厚度计算

a)两端开口b)一端或两端封口

表5等效圆模型—直管(任何截面)

ER=2.3R

注:阴影A为半径1/4T的取样区。

图6等效圆模型—基尔试块

喻:X38ER手

a)简单截面b)等效值c)在交叉点处确定等效圆

确定复杂截面的等效圆采用下列步骤

—对于简单截面，减小组成构件，如a).

—将所有简单截面转化为如b)所示等效圆。

—图c)交叉点处等效圆的值应为虚线圆的对角线。

—最大等效圆的值，不管是一个简单部件或交叉构件，都按复杂截面处理。

图7等效回模型—复杂形状

改进后的基尔试块ER=115mm

由图3,ER=2.3R，则R=ER/2.3=50mm

基尔试块的构成如图6所示。

直径D。

图8改进后的基尔试块尺寸

6.5制造

制造工艺应保证生产符合本标准的所有要求构件的重复性。

所有锻造材料应采用可在整个构件上生产锻造结构的工艺进行加工。

所有热处理工序均应利用符合制造厂或加工厂规定要求的合格的设备进行。往热处理炉内装料时

应使同一炉内任何一个零件的存在不致对任一其它零件的热处理效果有不利的影响。热处理周期的温

度和时间要求应按照制造厂或加工厂的书面规范确定。对实际的热处理温度和时间应进行记录;有关

构件的热处理记录应可追溯得到。

注:附录C对热处理设备的鉴定试验提出了建议

对于PSL2，制造厂应对所有构件的熔炼、精炼、铸造和加工工艺加以规定。规定的工艺应记录在

所要求的书面材料规范内。

t2

GB/T19190-2003八SO13535:2000

66化学成分

对每一炉的材料成分均应分析制造厂书面规范中规定的所有各元素。

对于PSL2，最大含硫和含磷量均为0.025%.

7焊接要求

7.1概述

本章规定了主承载件和承压件在制造和修补过程中的焊接要求以及连接焊缝的要求。

7.2焊接鉴定

构件的所有焊接均应按照下列规范规定的焊接工艺进行:

—PSLI:ASMEB31.3,ASMEIX,AWSDI.1，EN288和(或)ASTMA488或等效标准。

-PSL2:ASMEIX或等效标准。

这种焊接只能由按上述标准或EN287鉴定合格的焊工或焊接操作人员进行。