| Titre | Toughness properties and ECA of current electric welded pipe seam welds |
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| Licence | Veuillez noter que la Licence du gouvernement
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| Auteur | Xu, S ; Tyson, W
R |
| Source | CanmetMATÉRIAUX, Rapport CMAT-2020-WF 51907294, 2021, 25p. 
Accès ouvert |
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| Année | 2021 |
| Éditeur | Ressources naturelles Canada |
| Document | livre |
| Lang. | anglais |
| Media | en ligne; numérique |
| Formats | pdf |
| Sujets | soudage; pipelines; cheminées volcaniques; fractures; Méthodologie; Technologie des matériaux; Spécification; Norme; Acier; Industrie pétrolière; Industrie de la fabrication; Étude de cas; Sciences et
technologie; Économie et industrie |
| Illustrations | tableaux; photomicrographies; graphiques; diagrammes schématiques |
| Programme | CanmetMATÉRIAUX Assemblage et performance structurale |
| Diffusé | 2021 01 01; 2021 04 01 |
| Résumé | (Sommaire disponible en anglais seulement)
Charpy and fracture toughness testing and specification based on Engineering Critical Assessment (ECA) (i.e. Fitness-for-Service) methodology of pipe
seam welds are key to integrity assurance. Electric Welded (EW) straight seam pipes with outside diameters less than or equal to 610 mm (24 in) have been widely used in the construction of oil and gas pipelines. In modern high-frequency (HF) EW seam
welds, the bond line (BL) (or fusion line) region is typically about 0.2 mm wide, which is narrower than that of vintage ERW pipes, and toughness can vary significantly across and within the weld.
This paper presents the effect of notch location
on Charpy absorbed energy (CVN) of ten current HF-EW pipes and post-test fractography and cross-section examinations of current EW pipe seam welds. The toughness is lowest within a narrow zone ±approx 0.5 mm from the weld BL (i.e. 0.5 mm on each side
of the BL). Fracture toughness tests using standard single-edge notched bend, SE(B), specimens were performed for seam welds to develop a database for ECA and steel pipe specification requirements. The fracture modes of Charpy specimens were similar
to those of SE(B) specimens except for three out of the ten welds. At CVN of 18 J, there is a strong possibility of brittle fracture of SE(B) specimens; almost all of the six lowest-toughness steels (full-size-equivalent CVN below 61 J at the test
temperature) as well as one steel of CVN 78 J failed primarily by cleavage in both SE(B) and CVN tests. ECA methods for assessment of axial flaws in pipe welds have evolved since the early classic work of Maxey and his co-workers [1]. The so-called
'NG-18' or 'ln-sec' equations are used widely in the pipeline industry, but more accurate methods are now available. The NG-18 equations are based on a simple form of elastic-plastic fracture mechanics, but current methods take advantage of finite
element simulations to calculate driving force parameters over a wide range of geometries. The work described in this paper relies on the 'FAD' (Failure Assessment Diagram) method that is now the state of the art in current standards. Fracture
mechanics methods use quantitative parameters such as the stress intensity factor K and the J-integral, although current practice in the pipeline industry continues to rely on the Charpy test to measure resistance to fracture. This test provides a
very useful measure of toughness - the 'notch toughness' - but the Charpy absorbed energy CVN cannot be used directly in fracture mechanics calculations. Estimation of the fracture toughness K or J from CVN is a key issue. CMAT work has shown that
the K-CVN equation in BS 7910-2019 Annex J with average K and CVN values gives good estimates of experimental data for modern EW welds.
The objective of the current CMAT work is to provide a scientific basis for setting toughness requirements for
EW welds in the CSA steel pipe standard, notably for Category II pipe that is widely used especially in demanding applications. Criteria are proposed for ensuring adequate fracture resistance for pipe as manufactured and in service, i.e. resistance
of plausible as-manufactured flaw size to the maximum stress during installation and hydrotesting, and resistance of plausible in-service flaw to operating pressure. The associated notch toughness requirements are estimated using the latest FAD
methodology. |
| Sommaire | (Résumé en langage clair et simple, non publié)
Les exigences actuelles en matière de résistance à l'effet d'entaille des conduits d'acier et des soudures dans la norme Z245.1 sont surtout
d'ordre empirique. Le présent rapport traite en particulier des soudures produites à l'électricité, mais les exigences peuvent (et doivent sans doute) être les mêmes pour toutes les soudures continues. Les exigences énoncées dans l'édition 2018 de la
norme Z245.1 pour les soudures continues produites à l'électricité de catégorie II sont les mêmes que pour les conduits de catégorie II, l'entaille des éprouvettes charpy pouvant toutefois être placée n'importe où à une distance de 3 mm ou moins de
la ligne de fusion (LF); des exigences sont établies pour les essais de la LF, mais elles sont facultatives. Il n'y a toutefois aucune exigence pour les conduits ou les soudures de catégorie I; il reste à savoir si un certain niveau de résistance
peut être supposé sans effectuer d'essai. Pour établir la base technique de la détermination des exigences de résistance, en particulier pour les conduits soudés à l'électricité, des expériences ont été menées sur dix soudures continues de conduits
soudés à l'électricité dynamique à CanmetMATÉRIAUX avec des échantillons Charpy et SE(B); les résultats ont été comparés aux équations utilisées actuellement pour estimer la résistance à la rupture K de l'énergie absorbée charpy (ce qu'on appelle les
corrélations K-CVN). La relation K-CVN validée (dans la norme britannique BS 7910) a été utilisée conjointement avec la méthode de pointe actuelle de l'évaluation technique critique (ETC) (l'approche du diagramme d'évaluation de l'échec) pour
proposer de nouvelles exigences relatives à la résistance des soudures produites à l'électricité pour la norme des conduits en acier de la CSA. |
| GEOSCAN ID | 328213 |
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