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酸性环境下的断裂力学:SENT和SENB试样的表征试验
由参与专家
Rodolfo Amoriello
目前,在酸性服役环境下,如何建立管道断裂韧性还没有明确的指导方针。我们的专家,Rodolfo Amoriello为了更好地理解SENT测试技术如何影响酸性作业中的断裂韧性,该公司进行了研究。
对测试的要求越来越高断裂韧性在管道,特别是在酸环境中.酸性液体和气体的存在会恶化管道,其影响范围从微小的针孔泄漏到灾难性的故障。
简介
已知单边切口张力(SENT)试件通常比紧致张力(CT)或单边切口弯曲(SENB)给出更保守的参数工程关键评估(ECA)而且适用性(FFS)用于包含缺陷的管道弯曲分析时的计算。
总的来说,对于碳钢来说,H2S浓度的增加主要是由于氢脆效应导致断裂韧性下降。
因此,当考虑到H2S效应时,最大可容忍缺陷尺寸(由ECA计算预测)更小。对于FFS,这意味着对于相同尺寸的缺陷,在失效评估图上的初始定位更接近(甚至在)临界区域。在酸性环境下进行SENT测试,预计将为ECA/FFS分析提供更接近真实材料行为的数据,在更严格的腐蚀环境条件下,平衡典型的不保守的样品几何参数。
设计和测试了一些表征试验,将SENT和SENB样品在空气中的J-R曲线与酸性环境中的J-R曲线进行了比较。本文讨论了SENT测试的结果。
测试设置
乐动娱乐官网在进行测试之前,材料的选择、安装程序和样品的准备必须保证在所有测试阶段中没有任何污染和H2S冒泡的持续存在;从预加载到断裂力学测试结束。非对称容器的设计保证了正确的溶液浓度根据标准或客户的规范。由于测试是在H2S冒泡的情况下进行的,因此要特别注意确保正确的健康和安全条件以及对操作人员和测量仪器的保护。
在进行断裂力学测试之前,使用特殊的加载框架在预先选定的负载下将样品预充入H2S中,该加载框架能够施加高达250kN的恒定载荷。在整个预装药时间内监测载荷稳定性以保证裂缝稳定性。当有裂纹扩展和样品分析时,测试将停止。保存数据日志,以便将来进行调查和检查。裂缝监测使用直流电位降(DCPD)系统,在所有预装帧之间进行电子顺序和循环切换。DCPD电子放大器、滤波器、占空比和采样频率的设计在所有的测量周期内都具有较高的精度。开发该软件是为了控制DCPD系统,允许在测试过程中实时估计裂纹扩展。预充电期一般为1周。
样品从预充注架中取出,使用手推车移动到压裂力学测试架,手推车的设计是为了保证H2S的持续存在和测试装置的安全处理。
然后,使用DCPD系统在非常低的速度下进行断裂力学测试,SENT样品的速度最小为3.16 10 -3 M√M / s。对于SENB样品,最小速度为5 10-3M√m /s。溶液温度范围为240C±20C。
总体测试持续时间通常在8到12小时之间。
试验装置特性
为了保证数据的准确性,在试验装置上进行了多次试验比较。下面的图表中报告了一些使用以下测试条件的例子:
-测试溶液:NACE测试溶胶B, H2S 0.2 bar分压(30%)与N平衡,最大O2 < 10 ppb
-预加载:1wk @ 150MPa
- f.m速度:0.1√(仅WM);0.4√,4.0√[热影响区)和WM(焊接金属)]
测试结果
SENT样品,X65, BxB 36 mm,表面缺口NQ,从帽侧,HAZ和WM的测试结果如下J-R曲线所示。每个样品使用相同的焊接团队,使用相同的设备和相同的材料批次进行焊接。每组实验点代表10个样本数据的均值和标准差。另外10个样品在空气中的WM中进行了测试以作比较。
酸性环境和不同测试速度的综合效应是明显的:速度越高,数据越接近“空气中”曲线。
在酸性条件下预加载和试验的相关影响如下:
-与“空气中”曲线相比,增加了至少两倍的数据分散
-对于所有“在酸性条件下”的样品,J在传播曲线的第一部分几乎为0 (Δa从0到≈0.1 mm)。
在大样品的SENT情况下,如那些被测试的,残余应力的影响变得相关的样品在相对高的负载下预充电一周。在预确认早期阶段,仅在预加载几天后就观察到自发裂纹扩展,@150MPa。随后的残余应力测量突出了样品制备的加工和0.4%的预应变只减轻了它们的值。
结论
在H2S溶液中预充注一段时间后,在酸性条件(H2S)下进行断裂力学测试,得到的结果更接近应用中的真实材料行为。
设计了专门的测试程序和设备,并对其进行了表征,以保证可用于FFS / ECA的可靠结果。
实验数据表明,酸性条件对预加载和断裂力学都有显著影响。在H2S存在的情况下,不同的测试速度对j曲线的测定有显著影响。
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