海洋管线管焊缝全壁厚试样与减薄试样的CTOD值分析.pdf

72检测技术
海洋管线管焊缝全壁厚试样与減薄试样的CTOD值分析
徐亮,刘世泽
(番馬珠江钢管有限公司,广东广州511450)
摘要:在海洋管线管的CTOD试验中,焊缝试样通常都是在不压平试块的前提下取最大厚度试样,因焊管
存在弧度,所取的试样均属于减薄试样。由于CTOD值存在尺寸效应,因此CTOD值与试样厚度有较大的相关
生。为此,选取4种不同规格、不同材质的试样进行CTOD试验,并对其试验结果进行分析比较。试验分析结果
表明,焊缝全壁厚试样的CTOD值总体高于减薄试样的CTOD值。
关键词:海洋管线管;焊缝;CTOD试验;全壁厚试样;减薄试样;断裂韧度;对比分析
中图分类号:TC335.75文献标志码:B文章编号:1001-2311(2012)01-0072-03
Analysis on Data Resulting from CT OD Tests with Full-thickness
and Sub-sized Weld Specimens of Offshore Pipeline
1g
Panyu Chukong Steel Pipe Co, Ltd, Guangzhou 511450, China
Abstract For the CTOD fracture toughness test to the offshore pipeline, normally the weld test specimen is
taken from a test block that is not flatted in order to ensure the maximum specimen thickness, and due to the
presence of the weld pipe curvature, it is in any case a sub-sized one. Owing to the size effect of the CTOD value
there exists relevance between such value and the specimen thickness. Therefore CTOD tests are conducted with
Specimens taken
om four pipes with different sizes and steel types, and the results are comparatively analyzed
showing that the CTOD values from the full-thickness weld specimens are overall better than those from the
ed weld
Key words: Offshore linepipe; Weld; CTOD test; Full-thickness specimen; Sub-sized specimen; Frac
ture toughness; Comparative analysis
1试样制备
法》进行标准规定,当相关的产品标准中没有对试
1.1试样截取
样厚度进行规定时,取样时壁厚应尽可能大;除此
CTOD(裂纹尖端张开位移)试验是检验海洋管之外,减薄试样的试验结果与全壁厚试样的试验结
线管母材和焊缝断裂韧度的试验,CTOD值越大,果存在差别,应谨慎使用。因此,在海洋管线管白
表明金属材料的断裂韧度越好,抵抗裂纹失稳扩展CTOD试验中,为了方便加工试样,在不压平带弧度
的能力越强;反之,则越差。海洋管线管的生产制试块的前提下取最大壁厚试样,即减薄试样(图1)。
造一般依据挪威船级社DNV-OS-F101《海底管道系另外,英国 BS EN SO15653:2010《金属材料焊
统规范》,其要求CTOD试验按国际上通行的英国接点准静态断裂韧性测定的试验方法》(替代BS
BS7448:Part1:1991《断裂力学韧性试验-第1部748:Part2:1997《断裂机械韧性试验第2部分:金
分:金属材料的Kc,临界CTOD和J值的测定方属材料焊接的 KDOWNIDOWNO值、临界CTOD值
和临界J值的测定方法》)规定,可对带弧度的焊缝
徐亮(1981-),男,硕士,工程师,副主任,从事
试样进行局部弯曲矫直(图2),得到符合标准要求
焊管理化检验和焊管工艺研究工作
的全壁厚试样(图3)。
STEEL PIPE Feb 2012. Vol 41. No. 1
钢管2012年2月第41卷第1期
检技术
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图5典型焊缝全壁厚试样
W一试样宽度L一试样长度B一试样厚度
图1减薄试样取样示意
1.3线切割缺口
参照RS7448:Part!:1991标准标记试样切割加
工线,保证切割加工线所在平面与试样切割表面
垂直(90°±5);采用p0.08mm的钼丝进行机械加
工,保证线切割裂纹尖端的宽度不大于0.15mm。
≥B
1.4预制疲劳裂纹
采用200kN高频疲劳试验机在室温下预制疲
F一矫直力
劳裂纹。分別测量试样的厚度和宽度,计算在预制
图2全璧厚带弧度试样局部弯曲矫直示意
疲劳裂纹过程中允许施加的最大载荷,在整个预制
裂纹过程中不能超过此值。预制疲劳裂纹试验夹具
应保证应力在整个厚度方向上分布均匀,并在预期
疲劳裂纹平面上保持对称。同时应保证最终的原始
裂纹长度a和试样宽度的比值为0.45~0.370。
图3全壁厚试样示意
2试验步骤
1.2试样尺
试验在100kN微机控制电子万能试验机上进
试验采用三点弯曲试样。根据标准要求,试样行,试验过程中由电子万能试验机操作软件自动记
尺寸为BX2B、缺口方向为NP,4种不同规格、不录F-(载荷一缺口张开位移)曲线,其试验步骤如
同材质的试样尺寸见表1。典型焊缝减薄试样如图下。
4所示;采用1500kN压力机和特制的三点弯曲
(1)用游标卡尺精确测量每个试样的厚度和宽
夹具对焊鏠试样进行矫直,得到的典型焊缝全壁厚度,测量精度为0.02mm。将试样安装在三点弯曲
试样如图5所示。
夹具上,并使试样中部疲劳裂纹平面与压头对中,
偏差在±1%S(S是三点弯曲夹具中下支座两个支承
表1三点弯曲试样的尺寸
辊中心间的距离,即跨距)以内。
编号钢较钢管规格减薄试样尺寸全壁厚试样尺す
试样
(2)将试验机环境箱温度设定为试验温度,待
温度达到设定温度后,保温0.5h。
X529762x26.50
26.5×53.0
ABCD
(3)对试样进行单向加载,加载速度1 mm/min
X70914×22.00
22.0X4.0
直至试样失稳破坏或者出现最大载荷平台时停止试
X65762x28.5015x30
28.5x57.0
验,试验机自动记录F-V曲线。
X65559x27.00
14x28
27.0x54.0
(4)将弯曲后的试样置于电炉上加热着色,烧
至蓝色;待冷却后在高频疲劳试验机上进行二次疲
劳弯曲,并将试样压断;取下试样断口,在测量工
具显微镜下测量试样的原始裂纹长度a。
(5)利用F-ーV曲线,找出试验过程中的最大
载荷并计算出对应的裂纹尖端张