| Titre | Effect of crack orientation on toughness of contemporary EW pipe seam welds |
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| Auteur | Xu, S ; Yang, L;
Xue, J; Liang, J; Tyson, W R |
| Source | Proceedings of the Biennial International Pipeline Conference, IPC; 2022 p. 1-10, https://doi.org/10.1115/IPC2022-80723 |
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| Année | 2022 |
| Séries alt. | Ressources naturelles Canada, Contribution externe 20230026 |
| Éditeur | The American Society of Mechanical Engineers |
| Réunion | International Pipeline Conference; Calgary; CA; Septembre 26-30, 2022 |
| Document | publication en série |
| Lang. | anglais |
| DOI | https://doi.org/10.1115/IPC2022-80723 |
| Media | papier; numérique; en ligne |
| Formats | pdf |
| Sujets | cheminées volcaniques; géologie de l'ingénieur |
| Programme | CanmetMATÉRIAUX Assemblage et performance structurale |
| Diffusé | 2022 12 19 |
| Résumé | (disponible en anglais seulement)
Toughness values of pipe steel and welds are key mechanical properties for material specification and integrity assurance. Toughness is influenced by crack size
(deep vs. shallow), loading mode (bending vs. tension), crack orientation and sampled microstructure (notch location in weldments). To the best of the authors' knowledge, no data exist in the open literature for crack orientation effects on Electric
Welded (EW) welds. Charpy notch toughness and single-edge-notched bend (SE(B)) fracture toughness tests using surface-notched specimens of three modern (EW) pipe seam welds were performed at ?20°C and ?45°C, and the results are compared to those for
through-thickness-notched (TTN) specimens. Charpy results indicated that the tests were in lower-transition or lower-shelf regions. Charpy impact V-notch absorbed energies (CVNs) of EW welds displayed large scatter; the effect of crack orientation
was small. The initiation J-integral values of SE(B) surface-notched specimens were higher than those of TTN specimens, although when brittle fracture initiation occurred the effect of orientation on toughness was negligible. Note that the specimen
geometry likely affects the results; surfaced-notched specimens were B×B and through-thickness-notched specimens were B×2B, although they are all standard SE(B) specimens in ASTM E1820. A limited study of geometry effects on crack-tip stress was done
in the present work by Finite Element Analysis (FEA). It was found that these geometries all have similar maximum crack-tip opening stresses at the same J value although the stress gradient through the ligament and hence the constraint parameter Q
(measured at a distance 2J/?y from the crack tip) and the J-Q curves differ. Thus, differences in fracture toughness values for brittle fracture would be expected to be small because cleavage is stress controlled, although ductile fracture toughness
may reflect the differences in J-Q curves. There was considerable scatter in both notch toughness and fracture toughness, and much of this may be attributed to slight variations in notch or crack location with respect to the weld bond line because
the toughness can vary markedly across an EW weld. The variation in location is superimposed on the variation in toughness inherent in each weld microstructure. The present data shows that the conventional use of TTN specimens is appropriate for EW
weld toughness specification because toughness in this orientation is either equivalent to or lower than the toughness of surface-notched specimens (i.e. it is conservative). |
| Sommaire | (Résumé en langage clair et simple, non publié)
Ce rapport s'inscrit dans le cadre du projet CanmetMATERIALS Fracture Control of Pipelines, en accord avec le programme Matériaux pour l'énergie
de RNCan dans le cadre du Programme d'innovation en énergie. Les normes relatives aux pipelines spécifient normalement les valeurs d'énergie absorbée Charpy (CVN) des éprouvettes à entaille traversante (TTN) pour lesquelles la direction de
propagation de la fissure est axiale. Cependant, en service, ce sont le plus souvent des fissures superficielles axiales qui entraînent la rupture des soudures. Pour ces fissures, la direction de propagation est à travers la surface plutôt qu'axiale.
L'objectif de ce travail est de déterminer si les valeurs CVN des éprouvettes TTN fournissent des valeurs conservatrices pour les fissures se propageant dans le sens de l'épaisseur, c'est-à-dire d'évaluer l'influence de l'orientation sur la ténacité.
À la connaissance des auteurs, il n'existe pas de données sur les effets de l'orientation des fissures pour les soudures électriques (EW) dans la littérature ouverte. Dans la présente étude, l'effet de l'orientation des fissures sur la ténacité
Charpy s'est avéré faible. En outre, les ténacités à la rupture des éprouvettes SE(B) à encoche superficielle étaient plus élevées que celles des éprouvettes SE(B) à encoche traversante, bien que ce résultat doive être utilisé avec prudence car les
géométries des éprouvettes étaient différentes (B×B vs. B×2B où B est l'épaisseur de l'éprouvette, la première étant utilisée pour l'encoche superficielle et la seconde pour les éprouvettes TTN). Pour évaluer l'effet de la géométrie de l'échantillon,
l'analyse par éléments finis a été appliquée aux types d'échantillons SE(B). Il a été constaté que ces géométries présentent toutes des contraintes maximales d'ouverture similaires, bien que les gradients de contrainte à travers les ligaments
diffèrent ; cela implique que la géométrie devrait avoir peu d'effet sur la rupture fragile, bien que la ténacité ductile de l'initiation puisse être affectée. Les exigences de taille des normes ASTM pour la ténacité d'initiation ont été largement
respectées, ce qui confirme l'indépendance de la géométrie de l'échantillon. La conclusion concernant l'orientation est donc que la ténacité inhérente des fissures superficielles est plus élevée que celle des fissures transversales. Les nouvelles
données montrent que l'utilisation d'éprouvettes Charpy entaillées sur l'épaisseur dans les normes canadiennes sur les tuyaux est appropriée pour la spécification de la ténacité des soudures EW. En effet, les spécifications CVN ont été dérivées de la
corrélation avec des éprouvettes de ténacité à la rupture à entaille traversante de manière à fournir une ténacité adéquate pour les défauts à entaille superficielle, et le présent travail a montré que cela est conservateur par rapport aux
éprouvettes de ténacité à la rupture à entaille superficielle. |
| GEOSCAN ID | 331843 |
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