API 1104 20th修订版 附录A.docx

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API110420th修订版附录A

附录A——环焊缝的附加验收标准

A.1概述

第9章的验收标准是以焊缝质量的经验判据为基础，把缺陷长度作为验收重点。

这种验收标准多年来在管线施工中提供了良好的可靠性判据。

断裂力学分析及合于使用原则的应用可以提供另一种验收标准，这种验收标准同时把缺陷高度和缺陷长度作为评估重点。

合于使用原则要求进行工艺评定试验、应力分析及缺陷检测，一般情况下（但也不总是）该判据可以提供更宽松的许用缺陷尺寸。

实行合于使用原则的基础是进行工程临界分析（engineeringcriticalassessment）或ECA。

合于使用原则在本附录以往的版本中是进行最小值为0.005in和0.010in的CTOD韧性试验，并且独立于较高的断裂韧性值。

经改善焊接材料和更精确的焊接工艺的使用，再加上机械化焊接设备越来越普及使现在的焊接能够得到更均匀，更高韧性和延展性的焊缝。

于此同时，特别是通过比以版本更为严格的CTOD缺口试验，往往能够发现比0.005in更低的韧性值。

当可接受的标准能适当的调节到较低的韧性值的时候焊缝低于0.005in韧性值也能够很好的执行。

所以根据韧性值的测量和外加载荷相应的可接受标准也做了修改。

本标准包含了三种对平面缺陷接受标准的判别方式。

这三种方式在应用中的复杂性是递增的，但是也提供了更宽泛的应用范围。

方法1是最简单的方法。

方法2需要更多的计算但是考虑到了材料韧性全面的利用，提供了更精确地判据。

方法1和方法2已经成为独立的基本程序，但是这两种方法只限于A2.2.1所描述的轻微到中等的疲劳载荷。

方法3用于疲劳载荷超过前两种放法限制的情况。

方法3并不是规定的，他的兼容性也不如方法1和放法2好。

方法3可能只有在需要的时候才运用，运用中需要计算者具有断裂力学和管线载荷分析的基础知识。

本附录修订版的三种选择方法为缺陷检验判据和验收范围提供了一个更为全面方式。

因为破坏性试验需要考虑焊接程序的机械性能，选择第9章的缺陷标准作为个别特殊管线焊接评定的替代验收范围是不实际的。

本附录为不规则的尺寸（imperfectionsize）提供了一个范围更大的判别程序。

本标准也不影响第9章验收标准的使用。

业主有权选择是否使用本附录。

在本附录中“不规则接受范围”（imperfectionacceptancesize）或者其他包含不规则（imperfection）的属于并不是表示焊接的不完整或焊接条件不佳。

所有的焊缝个别的特征可描述为不完整性、不连续性或裂纹，这些术语被广泛的接受并可以互换。

本附录的目的是基于韧性分析的方法明确不同类型、尺寸和形状的缺陷对特殊服役情况下整个焊缝的影响。

本附录仅限于下列情况的使用：

、

a.公称壁厚相同管件间的环焊缝。

b.对焊缝进行100%的无损检验

c.焊缝强度不低于匹配的抗拉强度，见A3.2.1

d.最大的轴向设计应力不大于规定的最小屈服强度（SMYS）。

e.最大的轴向设计应变不大于0.5%

f.本附录不适用于冲、压状态下的焊缝（如主线路中的管件和阀门）及返修焊缝。

A.2应力分析

A.2.1轴向应力设计

使用本附录时必须进行应力分析以确定环焊缝在建造和操作过程中最大轴向设计应力。

应力分析中应包括管道安装时的应力和运行和周围环境条件引发的应力。

这些应力可能在不同的时间达到峰值。

最大轴向设计应力是在管线的设计寿命中任何时间的全部轴向应力。

A.2.2交变应力

A.2.2.1分析

交变应力分析鄙俗包括预疲劳谱的确定，并通过预疲劳谱的到管线的设计寿命。

疲劳谱包含但不限于因水压试验，操作和安装二产生的应力，还包括热、地震以及沉降应力等。

疲劳谱有若干循环轴向应力等级和各自的循环计数组成。

如果每次循环的应力值不同，可以采用一套计算方法（如rainflow方法）确定交变应力等级及循环次数。

谱强度S*可以按下式计算：

S*=N1（Δσ1）3+N2（Δσ2）3+…Ni（Δσi）3+…+Nk（Δσk）3（A–1）

其中：

S*——谱强度，

Ni——第i等级交变应力的循环次数，

△σi——交变应力幅度，千磅/英寸2，

下标k——交变应力等级的循环次数，

下标i——1至k。

如果疲劳谱低于5X106，并且可以适用“steelin-air”裂纹增长曲线方法（BS7910：

1999表4），可以使用方法1和方法2验收准则（A5.1.2和A5.1.3）并不需要更多的疲劳分析。

如果疲劳谱超过5X106或“steelin-air”裂纹增长曲线方法不适用，选择方法1和方法2时需要进一步的应力分析或者选择方法3。

A.2.2.2环境对疲劳的影响

影响焊接疲劳裂纹扩展的因素主要有应力集中、交变载荷、不连续尺寸和裂纹尖端的环境介质。

污染介质、油和碳氢化合物含量比较少的环境与空气类似，对疲劳裂纹的影响不大。

但是水、盐及含CO2、H2S的水质溶液会加快疲劳裂纹的扩展速率。

在抗腐蚀的管道中最在少量的上述介质是很正常的。

当环境中CO2或H2S的浓度超过抗蚀管线的实际承受能力时，本附录不再适用，除非有迹象表明这种环境不会导致疲劳开裂速率增快或者使用合适抗腐蚀的措施。

通过外涂层和阴极保护措施，可以减轻环境对管子环焊缝疲劳开裂速率的影响。

本附录适用于采用涂层技术和阴极保护措施改善环境影响的情况。

A.2.3持久载荷断裂

当焊缝承受持久载荷时，某些环境会加速裂纹的扩展，或诱使缺陷周围的材料变脆并达到临界开裂状态。

这些环境如:

含H2S、强氢氧化物、硝酸盐及碳酸盐介质等。

当管子中存在这些介质时，应确定最小极限应力，如果计算应力超过了管子承受的极限应力，本附录不再适用。

关于H2S腐蚀说明参见NACEMR0175。

。

虽然土壤中的碳酸盐和硝酸盐会导致应力腐蚀开裂SCC（由应力腐蚀造成管子环焊缝开裂的可能性极小），但这种裂纹通常是承受周向应力而不是轴向应力。

尽管如此，周向的应力腐蚀开裂常常出现在轴向应力的增加超过设计寿命的那些位置，比如不稳定坡（unstableslopes）的过度弯曲。

采用适当的涂层和阴极保护措施可以缓解应力腐蚀开裂的危害和频率。

本附录适用于采用涂层技术改善环境危害的情况。

A.2.4动载荷

应力分析应考虑环焊缝所承受的动载荷，如回压阀（checkvalves）关闭时产生的载荷。

当焊缝承受的应变率大于10-3/秒（应力比为30千磅/平方英寸·秒）时，本附录不适用。

A.2.5残余应力

规定的最小CTOD韧性值，夏比冲击功和应用方法1和方法2（A.5.1.2和A.5.1.3）确定安全系数能够得到焊缝残余应力的影响。

一般不用在这些情况下确定材料的残余应力。

残余应力的影响必须由全时间依赖疲劳裂纹失效试验（alltime-dependentfailuremechanisms）估算，如疲劳。

A.3焊接工艺

A.3.1概述

有断裂韧性要求的焊接工艺相对于那些没有最小断裂韧性要求的焊接工艺，在变量控制上更为严格。

在工艺评定中需要制定一个有效地质量控制程序确保焊接过程中的参数。

本附录的焊接工艺评定应按第5章或第12章的规定进行，并附加A.3.2中的机械性能试验：

当焊接工艺规程有以下基本要素变更时，应对焊接工艺重新评定。

a.焊接方法、电弧过渡模式和操作方法的改变。

b.管线材料的钢材等级、制造工艺发生变化，或者是材料基本化学成分、加工工艺的改变。

c.接头设计变更（如：

由U型坡口变为V型坡口）。

坡口角度或钝边的变化不属于基本要素变更。

d.焊接位置由旋转焊变为固定焊，或反之。

e.钢管公称壁厚变化超过±0.125in（±3.175mm）。

f.填充金属尺寸、类型和炉号的改变，也同一种AWS型号生产厂家的改变。

焊材炉号改变可以用拉伸试验（A.3.2.1）、夏比冲击（A.3.2.2）和CTOD试验（A.3.2.3）来对单一的焊缝进行工艺评定。

g.完成根焊道之后至开始第二焊道之间的最长时间间隔增加。

h.焊接方向变化（如：

从下向焊改为上向焊，或者反之）。

i.一种保护气体换成另一种气体，或由一种混合气体换成另一种混合气体。

j.一评定的保护气体流量增加或减少超过10%。

k.保护焊剂的变化，包括同一AWS型号材料的生产厂家变化。

l.改变电流种类（交流或直流）或极性。

m.要求预热温度的改变。

n.层间温度的改变，比如层间温度小于工艺评定要求的最小层间温度或者层间温度超过工艺要求的最大层间温度45℉（25℃）。

注：

层间温度应该在开始进行连续的单道焊或多道焊之前靠近起弧的位置立即测量。

o.热处理要求的变、增加或取消热处理工艺。

p.管线公称外径的变化超过-0.25D或+0.5D，D是工艺评定中管线的外径尺寸。

q.每道焊接热输入的变化超过工艺评定要求的10%。

注：

如输入可以有以下的公式计算：

J=60VA/S（A-2）

其中：

J：

如输入量（焦耳/英寸）

V：

焊接电压

Ａ：

焊接电流

　　　Ｓ：

焊接速度（英寸／分钟）

A.3.2机械性能试验

A.3.2.1焊接的拉伸性能

A.3.2.1.1试样的制备和试验

试样应按照图A-1进行制作，在当中做一个缩减的矩形横截面。

试样的加强高不需要去除。

试样的两端要有足够的固定距离。

图A-1——拉伸试验试样的俯视图（圆周的宽度方向）

图A-2——夏比冲击试样和热影响区V形刻槽位置

A.3.2.1.2要求

a.拉伸强度必须大于规定的最小抗拉强度。

b.试样不能再焊道位置断裂。

低于匹配抗拉强度位置的焊道强度位置可能造成优先的变形，这种情况应该避免。

A.3.2.2夏比冲击功

A3.2.2.1试样制备

夏比冲击试样制作时其长度要平行于管的轴线，利用管线材料允许的厚度制作最大尺寸的试样。

小尺寸试样的厚度至少是壁厚的80%。

在管的12点、6点、3点或9点的位置取6个试样。

在以上的取样位置中，用三个在焊道的中心刻V形缺口；另外三个在热影响区刻V形槽，刻槽的位置是管外径（O.D）算起1/3壁厚和熔合线的相交处。

夏比试样在管壁的位置如如A-2所示。

A3.2.2.2试验

按照ASTME23的要求试样需要在规定的最小设计温度进行试验。

A.3.2.2.3要求

每个刻槽位置的最下和平均夏比冲击功分别是22ft-lbs（30J）和30ft-lbs（40J）。

式样的剪切区域要大于或等于50%。

A.3.2.3断裂韧性试验

A.3.2.3.1概述

作为本附录的补充，按照BS7448:

Part2作为替代验收要求来确定焊接的断裂韧性。

A.3.2.3.2试样的制备

试样尺寸首选规格为（BX2B）.试样应标注方向，以保证取样时试样的长度方向平行于管轴线，宽度方向沿环形（如图A-3），使得裂纹尖端线贯穿于厚度方向。

试样的厚度应为管扇形壁厚减去最小磨削量（如图A-4）。

这种磨削加工能够保证试样具有规则矩形截面。

焊缝加强高需要去除。

试样毛坯粗加工后进行腐蚀以显示焊缝和热影响区的几何形态。

焊缝金属的试验，缺口和预制疲劳裂纹尖端应在焊缝的中心并完全在焊缝金属上（见图A-5）。

图A-3CTOD试样取样位置A-4在管壁上目标试样的加工方法

对于热影响区试验（HAZ）的试验，预制疲劳裂纹需要贯穿试样中心70%位置的热影响区粗晶区域（见A-6）。

制作三个热影响区试样目的是在70%位置显示不同的热影响区粗晶区。

如果在70%位置的热影响区粗晶区的试样少于3个，则需要在相同的位置取更多的试样。

新取的这些试样应该避免盖面喊道的热影响区。

用于盖面焊道热影响区的试样不能超过1个。

可以测量显微硬度确定粗晶热影响区，这些热影响区被后来的焊道进行了少量的回火处理。

A.3.2.3.3CTOD韧性试验

焊接工艺评定应包括焊缝和热影响区的CTOD试验。

各区域（焊缝和热影响区）CTOD试验需要至少3个有效的试样在