T_CSTM 00578.4-2023 油气管道环焊接头微区力学性能试验 第4部分：剪切试验方法.pdf

学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载 ICS 75.200 CCS E 98 团 体 标 准 T/CSTM 00578.42023 油气管道环焊接头微区力学性能试验 第 4 部分：剪切试验方法 Mechanical properties test for microzones of oil and gas pipeline girth butt weldsPart 4:Shear test method 2023-11-30 发布 2024-02-29 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 I 目 次 前 言.II 引 言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 符号.2 5 试验原理.2 6 试样.3 6.1 试样的制备.3 6.2 试样尺寸.3 7 仪器与设备.4 7.1 剪切试验机.4 7.2 设备校准.4 7.3 刀头及安装.4 8 试验.4 8.1 通用要求.4 8.2 试验步骤.5 8.3 单试样逐点剪切法.5 8.4 多试样变起点法.5 8.5 试验评判.5 9 试验结果.5 9.1 结果记录.5 9.2 结果分析.5 10 试验报告.6 附 录 A（资料性）管线钢环焊接头微区剪切试验报告.7 附 录 B（资料性）起草单位和主要起草人.8 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 II 前 言 本文件参照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件是 T/CSTM 00578油气管道环焊接头微区力学性能试验的第 4 部分。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国材料与试验标准化委员会石油石化工程及装备材料标准化领域委员会（CSTM/FC58）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会石油石化工程及装备材料标准化领域委员会（CSTM/FC58）归口。学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 III 引 言 T/CSTM 00578油气管道环焊接头微区力学性能试验拟由 4 部分构成：第 1 部分：拉伸试验方法。目的在于规范管线钢环焊缝拉伸试验，可以实现对环焊缝焊区不同特征组织区域的拉伸性能进行细分和精确掌握，为环焊缝的精确评价、模拟优化和防护等研究奠定基础。第 2 部分：冲击试验方法。目的在于规范管线钢环焊缝冲击试验，可以实现对环焊缝焊区不同特征组织区域的冲击韧性进行细分和精确掌握，为环焊缝的精确评价、模拟优化和防护等研究奠定基础。第 3 部分：硬度试验方法。目的在于规范管线钢环焊缝硬度云图试验，可以实现对环焊缝焊区不同特征组织区域的硬度进行细分和精确掌握，为环焊缝的精确评价、模拟优化和防护等研究奠定基础。第 4 部分：剪切试验方法。目的在于规范管线钢环焊缝剪切试验，可以实现对环焊缝焊区不同特征组织区域的剪切韧性进行细分和精确掌握，为环焊缝的精确评价、模拟优化和防护等研究奠定基础。学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 1 油气管道环焊接头微区力学性能试验 第 4 部分：剪切试验方法 1 范围 本文件规定了管道环焊接头微区剪切试验的试验原理、试样形状及制备、试验设备、试验程序、数据处理和试验报告等技术要求。本文件适用于测定管道环焊接头的微区剪切性能，其他焊接接头性能评价也可参照执行。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 8170 数字修约规则 JJG 475 电子式万能试验机检定规程 JJG 571 读数测量显微镜检定规程 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 剪切强度 shear strength shear strength b 材料承受剪切力的能力。3.2 剪切截面压入率 percentage reduction of shear area percentage reduction of shear area 剪切断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分比。3.3 剪切韧性 shear toughness shear toughness Ws 剪切过程中，总的能量消耗除以剪切原始截面积得出的数值。3.4 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 2 单试样逐点剪切法 point by point shear method point by point shear method 采用相同的剪切间距对单个试样进行剪切测试，从而获得材料剪切性能参数。3.5 多试样变起点法 more sample variable starting point method more sample variable starting point method 在同一深度上取出一组几何尺寸相同的试样，采用不同的剪切起点进行剪切试验。4 符号 下列符号适用于本文件。Ak 断裂后试件最小截面积，单位为平方毫米（mm2）；A0 试样原始截面积（mm2）；剪切截面压入率（%）；B 试样厚度（mm）；F 剪切力（N）；Fmax 最大剪切力（N）；S 剪切位移（mm）；SF 剪切断裂点的剪切位置（mm）；W 试样宽度（mm）；s 剪切韧性（N.mm/mm2）；剪切强度（MPa）。5 试验原理 通过剪切刀口向微剪切试样施加剪切载荷。随着载荷的逐渐增加，试样经历弹性变形阶段（I）、塑性变形阶段（I）、裂纹形成及扩展阶段（II），直至完全断裂（III、IV），见图 1，通过剪切过程的曲线测定剪切韧性、剪切强度。图1 剪切曲线 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 3 6 试样 6.1 试样的制备 6.1.1 宜选择焊接接头不同壁厚方向的试样，至少包括三个位置（内外表面和壁厚中心，根据壁厚不同克增加取样位置），并对其进行宏观金相侵蚀，确定试件毛坯的位置。6.1.2 对试件毛坯采用冷切割的方法下料，对试件进行机械加工；加工过程中应避免造成试件灼伤、裂纹等加工缺陷。试件长度方向应横跨焊缝金属、热影响区、母材，取样位置见图 2。6.1.3 将试件垂直于焊缝横截面方向线切割成多个 1.8 mm 的平板，再将减薄后的平板试件切割成截面为 1.8 mm1.8 mm 的长方体试样，切削量不大于 0.005 mm，然后将试样精磨至 1.5 mm1.5 mm，试样表面粗糙度达到 R6。6.1.4 采用 800 目以上的砂纸对试样进行研磨。6.1.5 将制备好的试样利用 4%硝酸酒精进行侵蚀，可清楚的观察到焊缝、熔合线、热影响区。6.1.6 对于每个试样应详细记录取样位置、剪切起点至参考点的距离、焊接工艺参数、试样原始尺寸等信息。图2 剪切取样位置 6.2 试样尺寸 微剪切试样的横截面为 1.5 mm5 mm 的正方形试样，见图 3，尺寸公差为 尺寸公差 mm，试样长度为 50 mm100 mm，尺寸公差为 寸公差 mm。图3 剪切试样示意图 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 4 7 仪器与设备 7.1 剪切试验机 7.1.1 剪切试验机由剪切加载系统（自动或手动均可）、试样夹持装置、试样送进装置、剪切刀头、载荷和位移传感器以及数据记录系统等组成，有条件的情况下可以安装视频采集系统。7.1.2 刀头与试件夹持端面的间隙应小于 0.05 mm，加载过程中刀头不允许有横向位移，加载速度控制小于 100 mm/min。7.1.3 采用逐点剪切法进行剪切试验时，试样送进精度误差不大于 0.2 mm；采用多试样变起点法进行剪切试验时，试样送进精度误差不大于 0.02 mm。7.2 设备校准 7.2.1 剪切试验机应由具有相应资质的检定/校准机构进行校准，试验机检定/校准的应符合 JJG 475 的规定。7.2.2 剪切试验机校准参数包括：力、位移，刀头尺寸、送样精度，如果设备配有视觉系统，需要对显微镜进行校准，校准参数为显微镜放大倍数，校准规定应符合 JJG 571 的规定。7.3 刀头及安装 7.3.1 试验刀头硬度不低于 68HRC，其形状见图 4。刀头尺寸应为=82.583.5。7.3.2 刀头的安装应保证 为 24，为 3.54.5。图4 剪切刀头形状 8 试验 8.1 通用要求 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 5 8.1.1 将制作好的试样进行侵蚀显现焊缝、熔合线、热影响区等形貌特征，应做好标记，确定剪切起始位置。8.1.2 将试样固定在试样送进装置中，移动至剪切起始位置，对试样进行剪切，加载过程中刀头不允许有横向位移。8.1.3 通过力、位置传感器检测剪切试样的剪切力与剪切位移，计算确定各试验点的强度、塑性和韧性指标，获得试样的性能分布曲线。8.2 试验步骤 启动试验控制软件，设定剪切速度、加载速度、剪切试样个数等试验参数。8.3 单试样逐点剪切法 选取一段焊缝外形比较规矩的接头进行逐点剪切，每一剪切进程可以得到一条剪切曲线，根据这些剪切曲线可以计算剪切位置所在区域的剪切强度、剪切屈服强度、剪切变形率、静剪切功，将各剪切进程的性能数据连起来，可以得到焊接结构不同区域材料的力学性能分布曲线。8.4 多试样变起点法 8.4.1 取一段焊缝外形比较规矩的接头，在同一深度上取出几根儿何尺寸完全一样的试件。在剪切第一刀时，对每根试件采用不同的剪切长度，以确定不同的剪切起点。从第二刀以后每根试件的每个试验点仍采用相同的剪切间距，最后将每根试件的试验结果同时描绘在一个坐标面中，便得到预期间距下的性能梯度曲线。8.4.2 宜针对焊接接头的根焊、填充焊、盖面焊分别进行取样，试样数量根据采用的试验方法进行确认。例：采用多试样变起点法，剪切间距 0.1 mm，则需在同一深度取 10 个试样。8.5 试验评判 剪切结束后对试样进行评判，如果剪断后，试样断口平整光滑，则剪切数据有效；如试样发生弯曲，或断口出现楔形、椭圆形等剪切截面，则试验结果无效，应重新取样进行试验。9 试验结果 9.1 结果记录 9.1.1 试验结束后，应将试验得到的剪切参数进行计算，得出剪切强度、剪切塑性、剪切韧性并绘制成焊接接头剪切性能曲线，见图 5。9.1.2 强度性能指标应修约至 1 MPa，剪切截面压入率修约至 0.1%，数值修约应符合 GB/T 8170 的要求。9.2 结果分析 学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 6 试验后，应将试验得到的剪切参数进行统计，绘制成曲线，包括剪切强度、剪切韧性s、剪切截面压入率，计算按公式（1）、公式（2）和公式（3）：=0 .（1）s=WgA0 .（2）=(A0Ak)A0 100%.（3）图5 焊接接头剪切性能曲线 10 试验报告 试验报告应包括下列内容，格式参见附录 A：a)委托单位、钢级、样品数量、规格、焊接工艺、环焊接头编号；b)试验机型号；c)试验加载速度；d)取样位置及编号；e)剪切强度、剪切截面压入率、剪切韧性；f)剪切强度曲线、剪切韧性曲线；g)试验日期；h)试验人员。学兔兔 w w w.b z f x w.c o m 标准下载T/CSTM 00578.42023 7 附 录 A（资料性）管线钢环焊接头微区剪切试验报告 管线钢环焊接头微区剪切试验报告见表.1。表A.1 管线钢环焊接头微区剪切试验报告 委托单位 钢级 样品数量 规格 焊接工