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1、O/SY中瓯油羯集酣船同触辘Q/SY063632023管道全尺寸环焊接头极限拉伸应变测试方法Testmethodsforultimatetensilestrainoffull-scalegirthweldedjointof,pipeline20231201实施20231019发布中国石油天然气集团有限公司发布目次前言III1范围12规范性引用文件13术语和定义14原理25试样制备25.1 一般规定25.2 试样焊接与检测25.3 平行试样的焊接及性能测试35.4 原始缺陷及人工缺口36试验装置46.1 一般规定46.2 加载系统46.3 内压系统56.4 低温系统66.5 测量系统66.6 安
2、全防护77试验步骤77.1 一般规定77.2 试验准备77.3 试样尺寸测量77.4 试样安装77.5 试验温度77.6 试样加内压87.7 试样加载87.8 试验过程监测87.9 试验后测量87.10 试验后缺口测量87.11 断口分析88测试结果88.1 极限拉伸应变88.2 缺口张开位移99试验记录和报告9附录A（资料性）管道全尺寸环焊接头拉伸试验数据记录表IO附录B（资料性）管道全尺寸环焊接头弯曲试验数据记录表11附录C（资料性）平行试样试验数据记录表12Il本文件按照GB/T1.12020标准化工作导则第I部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由中国石油天然气集团有限公司
3、标准化委员会石油石化工程建设专业标准化技术委员会提出并归口。本文件起草单位：中国石油管道局工程有限公司、宝鸡石油钢管有限责任公司、中国石油集团渤海石油装备制造有限公司。本文件主要起草人：李硕、刘宇、赵红波、靳海成、苏鑫、尹长华、张振永、韩涛、肖健、张锦刚、郭晓疆、李惮铮、祝少华、谷云龙、巩熙、高霞、周嘉伟、姚登樽、吴林恩、陈小伟、徐晓林、由宗彬、刘卫朋、韦奉。本文件审查专家：帅健、张亚军、张宏、常亮，王俊强、曹宇光、王连庆、杨柳青、邸新杰、牛虎理、张琴、杨燕、冯斌、李科、史金璨、汤目光、石磊、汪风、周怡。II管道全尺寸环焊接头极限拉伸应变测试方法1范围本文件规定了管道全尺寸环焊接头极限拉伸应变
4、测试的原理、试样制备、试验装置、试验步骤、测试结果、试验记录和报告等内容。本文件适用于油气输送管道全尺寸环焊接头极限拉伸应变的测试，输送其他介质的管道可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注口期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T229金属材料夏比摆锤冲击试验方法GB/T2651焊接接头拉伸试验方法GB/T2652金属材料焊缝破环性试验焙化焊接头焊缝金属纵向拉伸试验GB/T9711石油天然气工业管线输
5、送系统用钢管GB/T12160金属材料单轴试验用引伸计系统的标定GB/T13992金属粘贴式电阻应变计GB/T16825.1金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准GB/T21143金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法GB/T28896金属材料焊接接头准静态断裂韧度测定的试验方法GB/T31032钢质管道焊接及验收NB/T47013.1承压设备无损检测第1部分：通用要求NB/T47013.3承压设备无损检测-第3部分：超声检测NB/T47013.4承压设备无损检测第4部分：磁粉检测NB/T47013.5承压设备无损检测第5部分：渗透检测SY/T41
6、09石油天然气钢制管道无损检测Q/SY06316.3油气储运工程焊接技术规范第3部分：管线钢环焊接头宽板拉伸试验3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1全尺寸环焊接头试样full-scaletestspecimenofgirthweld用于全尺寸拉伸或弯曲试验的带有环焊接头的整管试样。3.2环焊接头极限拉伸应变ultimatetensilestrainofgirthweldedjoint对全尺寸环焊接头试样进行拉伸加载，载荷达到最大值时，试样（以环焊缝为中心2倍外径长度范围内）的平均拉伸应变。对全尺寸环焊接头试样进行弯曲加载，在试样屈曲失稳前外弧发生断裂的情况下，载荷达到最大值时，试样外
7、弧侧顶点（以环焊缝为中心2倍管外径长度范围内）的平均拉伸应变。3.3平行试样parallelsample采用与全尺寸环焊接头武样相同的管材、焊材，焊接工艺制备的焊接接头，用于获取环焊缝的力学性能。3.4母材应变basemetalstrain距环焊缝中心0.5倍外径位置处母材标距内的伸长量与标距的长度之比的百分率。4原理采用全尺寸整管拉伸试验机或弯曲试验机，在试样带内压或不带内压的工况下，对全尺寸环焊接头试样进行拉伸或弯曲加载，并实时采集加载过程中全尺寸试样整体，以及母材、环焊缝及其缺陷等特定区域载荷、位移、应变等参数，直至全尺寸拉伸试样发生拉伸断裂或弯曲试样受拉侧断裂。根据全尺寸试样的载荷一位
8、移、载荷一应变曲线，分析确定全尺寸环焊接头极限拉伸应变。5试样制备5.1 一般规定5.1.1 全尺寸环焊接头试样应取自实验室焊接制备试样，以及新建或在役管道的环焊缝试样等。5.1.2 试验前应对全尺寸环焊接头试样进行清理，内、外表面应无残留物。5.1.3 试验前应详细记录全尺寸环焊接头试样的钢级、管径、壁厚及焊接工艺等数据，并做好试样标记。5.1.4 全尺寸环焊接头拉伸试样长度不应小于4倍外径。每个全尺寸环焊接头拉伸试样应至少带有1道环焊缝，每个钢管管段长度宜为1.5倍外径。5.1.5 全尺寸环焊接头弯曲试样长度不应小于8倍外径。每个全尺寸环焊接头弯曲试样应带有1道环焊缝，环焊缝应位于试样的正
9、中间位置。5.2 试样焊接与检测5.2.1 应制定满足试验要求的焊接工艺，并按焊接工艺对全尺寸环焊接头试样的管段端部进行坡口加工及焊接。焊接完成后，应根据试验要求，对环焊接头进行外观检查、无损检测。外观检查可按照GB/T31032的规定执行，无损检测可按照SY/T4109的规定执行。5.2.2 全尺寸环焊接头试样钢管的两端应先进行坡口加工，再与夹头或堵头进行焊接。焊缝无损检测应符合NB/T47013.1、NB/T47013.3、NB/T47013.4、NB/T47013.5的规定，焊接接头质量等级不应低于H级。5.3 平行试样的焊接及性能测试5.3.1实验室焊接制备全尺寸环焊接头试样时，宜制备
10、1道焊口作为平行试样。5.3.2对于新建管道全尺寸环焊接头试验，可采用同批次的钢管、焊接材料，以及相同焊接工艺进行焊接的焊接接头。5.3.3对于在役的管道全尺寸环焊接头试验，可采用与全尺寸试样相邻的管道环焊接头作为平行试样。5.3.4应对平行试样的力学性能进行测试，测试项目应包括母材及环焊缝的拉伸性能、冲击韧性及断裂韧度，并做记录。环焊缝试样取样位置参见图1；拉伸性能测试应符合GB/T228.1、GB/T2651和GB/T2652的规定；冲击韧性测试应符合GB/T229的规定；断裂韧度测试应符合GB/T21143和5.4.1原始例S5.4.1.1 实验室制备、新建或在役管道全尺寸环焊接头试样可
11、含环焊缝缺陷。5.4.1.2 试验前应采用无损检测方法确定原始缺陷类型、位置及尺寸。无损检测可按照SY/T4109的规定执行。5.4.2ATtt5.4.2.1当需要分析缺陷对应变极限影响时，应在环焊缝或热影响区位置加工人工缺口，人工缺口形状参见图2。图2人工缺口形状示意图标引序号说明：D钢管外径，单位为亳米（mm）;1缺口尖端。5.4.2.2缺口加工前应采用冷加工的方式去除缺口处焊缝余高，使加工后的焊缝与临近母材平滑过渡。5.4.2.3缺口加工前宜对加工缺口位置的焊接接头进行研磨和金相浸蚀，定位缺口位置。5.4.2.4可采用电火花（EDM）或机械加工的方式加工缺口，缺口尖端宽度应小于0.2mm
12、。5.4.2.5加工热影响区缺口时，缺口尖端应位于热影响区内，且与焊缝熔合线的距离不应超过0.5mmO5.4.2.6 缺口深度不应超过0.8倍壁厚。5.4.2.7 缺口长度偏差应小于0.5mm,深度偏差应小于0.15mm。6试验装置6.1 一般规定6.1.1 试验装置宜包括加载系统、内压系统、低温系统、测量系统和安全防护系统等。6.1.2试验装置应能在试验过程中对以下试验参数进行实时测量：a）加载装置的载荷，b）特定位置上的应变；c）特定区域的位移；d）试验管道内部介质压力（适用时）e）试样温度。6.1.3我荷、位移、应变、压力、温度等测量装置应检定或校准合格，并在有效期内使用。6.2加载系统
13、6.2.1拉伸加载系统6.2.1.1拉伸加载系统主要包括油缸、顶柱、横梁，拉伸加载系统示意图见图3。6.2.1.2加载系统应具备单调轴向加我的能力。6.2.1.3轴向加载系统宜采用液压加载方式，可采用单油缸或多油缸加载。6.2.2弯曲加载系统6.2.2.1弯曲加载系统应主要包括载荷施加装置、加载力臂，可采用两点弯或四点弯加载方式。弯曲加载系统两点弯示意图见图4a）,弯曲加载系统四点弯示意图见图4b）6.2.2.2加载系统宜采用液压加载方式。6.2.2.3应根据试验机、试样规格及试验方案，选择加载和约束管托的形状和尺寸，保证试样局部的稳定性。6.3内压系统6.3.1应采用电动往复式柱塞泵或其他能
14、满足试验要求的试压泵或液压源。6.3.2试压泵的额定出口压力不应小于试验压力的1.5倍。6.3.3内压系统应具有压力保持功能，确保试验压力波动范围在0IMPa之内。6. 3.4常温下可采用水作为内压系统的介质。低温时应采用低温冷却介质。6.4 低温系统6.4.1 可采用在全尺寸试样外部制冷或试样内部注入冷却介质的方式实现低温试验环境。6.4.2 低温系统应配备测温和控制系统，以确保控温精度小于或等于2。6.5 测系统6.5.1测量系统应具有力、位移、应变、内压、温度等测量功能，并在试验过程中实时测量与记录。6.5.2测力系统校准应符合GB/T16825.1的规定，准确度不低于1级。6.5. 3
15、夹式引伸计的准确度应符合GB/T12160的规定。6.5.4应变片(计)的安装及精度应符合GB/T13992的规定。6.5.5应变片、夹式引伸计和位移传感器安装位置参见图5。标引序号说明：D钢管外径，单位为塞米(mm);1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、Ih12应变片13、14、15位移传感器，其中，13、14为母材应变测量位移传感器，15为踏焊缝应变测量位移传感器；16夹式引伸计：17人工缺1.l或原始缺陷：18环焊缝。图5应变片、夹式引伸计和位移传感器安装位示意图6.5.6应至少安装5个热电偶来监测试样的温度，热电偶宜采用的安装位置见图6,其中1个热电偶安装在人工缺口附近，另外4个
16、热电偶均布在环焊缝两侧。标引序号说明：1、2、3、4、5热电偶:6一一人工缺口或原始缺陷:7环焊缝，图6热电偶安装位示意图6.6安全防护6. 6.1试验过程中，应设置缓冲装置或具有防护措施的试验工艺，防止全尺寸试样在发生失稳、断裂、失效时的瞬间冲击对人员和装备造成损害。7. 6.2试验过程中，应设置防护装置，防止全尺寸试样断裂时内部加压介质的泄漏对人员和装置造成损害。7试验步骤7.1 -HKJS7.1.1 管道全尺寸环焊接头试验加载包括位移控制和力控制，宜采用位移控制加载。7.1.2 管道全尺寸环焊接头试验可采用连续加载方式或分阶段加载一保持一卸载的试验模式。7.2 试验准备7.2.1 全尺寸
17、试样轴线应与堵头或夹头端面垂直。7.2.2 全尺寸试样两端采用焊接方式连接时，焊接接头屈服强度和抗拉强度应高于钢管管体的屈服强度和抗拉强度。7.2.3 2.3在进行带内压试验时，应分别在试样两端距管端连接焊缝约20Omm处，垂直于钢管轴线各钻一个直径不小于加压注水管管径的进水口和排气孔，并焊接带阀门的进水口和排气口。8. 2.4压力传感器接口宜置于距管端堵头焊缝约20Omm处排气口一侧。7.3 试样尺寸测试验前应对全尺寸试样管体的管径、壁厚、长度和椭圆度进行测量，必要时可采用激光扫描仪进行管体和环焊缝的三维形状扫描。尺寸测量应符合GBT9711的规定。7.4 试样安装7.4.1 全尺寸拉伸试样
18、的安装7.4.1.1 全尺寸拉伸试样的安装应牢固，可采用焊接方式将试样两端连接在试验装置的夹头上。7.4.1.2 全尺寸拉伸试样的安装应保证良好的同轴度，防止试验过程中产生较大的附加应力。试样的釉线应在夹头的中心线上，偏移量不应超过3mm。7.4.2 全尺寸弯曲试样的安装7.4.2.1 试验系统固定端和作动器均为较支结构，两作动器与固定端间距宜保持一致，两端固定端外侧应保留至少0.3m,防止钢管由于轴向位移而脱落。7.4.2.2 全尺寸弯曲试样安装后，环焊缝原始缺陷或人工缺口中心应位于外弧侧顶点。7.5 iS7 .5.1低温试验时，试验前试样应保持试验温度至少30min,且期间测量到的试样钢管
19、或焊接接头2倍外径长度内温度波动范围应在2以内。8 .5.2在试验过程中，全尺寸试样试验温度与设定温度的偏差不应超过2。7.6 试样加内压7.6.1 全尺寸试样加内压时，可采用连续加压方式或分步长加压至试验要求压力。分步长加压时，可按照IMPa间隔进行升压操作。7.6.2 应实时采集加压过程中试样的应变和内压数据。7.7 试样加栽7.7.1拉伸载荷可连续施加或分阶段施加，加载/卸载速率应满足母材应变速率不大于2X10-3s-lo分阶段加载时，弹性范围内，试样的加载人卸载次数不应小于3次，每次进行卸载和加载前，试样应在位移一定的情况下保持不少于5s。7.7.2弯曲载荷宜采用分步长加教方式，加载速
20、率不应大于2X103s.107.7.3当试验载荷下降至最大值90%,或试样发生泄漏、断裂、屈曲，试验结束。7.8试验过程监测7.8.1加内压之前，应将位移、应变等测量装置的读数归零。7.8.2拉伸加载过程中，应同步实时采集载荷、位移（油缸位移、引伸计、位移传感器）、应变等数据。7.8.3弯曲加载过程中，应记录作动器位移、我荷、应变等数据。7.9 试验后测，7.9.1 试验结束后应对全尺寸试样外形、厚壁和管径等尺可进行测量，必要时可采用激光扫描仪对试样外形进行三维扫描。尺寸测量应符合GB/T9711的规定。7.9.2 应检查并记录断口宏观形貌、尺寸等信息。7.10 试验后缺口测7. 10.1试验
21、结束后，应对全尺寸试样的人工缺口位置进行加工取样。7.10. 2应观察分析缺口宏观形貌、缺口扩展尺寸。7.10.3对缺口截面进行金相分析，测量人工缺口尖端与焊缝中心线或热影响区的位置。对于热影响区的缺口，当缺口尖端距熔合线的距离大于0.5mm时，则试验失败，应重新进行试验。7.11断口分析7.11.1 试验结束后，应对全尺寸试样的断IJ进行加工取样。7.11.2 宜采用宏观体视镜、扫描电镜对试验断口形貌进行观察和记录，分析断裂失效模式。8测试结果8.1 极限拉伸应变8.1.1 在进行管道全尺寸环焊接头拉伸试验时，应记录试验过程中载荷与测试点位移，以及载荷与试验装置夹头或作动器的位移，绘制载荷一
22、位移曲线。8.1.2 应对载荷一位移曲线进行分析，确定最大载荷点、极限拉伸应变等特征值。8.1.3 拉伸加我时，应采用载荷一位移曲线的载荷最大点，对应的以环焊缝为中心、标距为2倍外径位移传感器伸长量与标距长度的百分比，作为极限拉伸应变。8.1.4 弯曲加载时，宜采用载荷一位移曲线的载荷最大点，对应的以外弧受拉伸侧环焊缝为中心、2倍外径长度范围内应变片测量的平均应变，作为极限拉伸应变。8.2 缺口张开位移8.2.1 应采用夹式引伸计等传感器记录预制缺口的张开位移。8.2.2 裂纹尖端张开位移（CToD）计算应符合Q/SY06316.3的规定。9试验记录和报告9.1 试验记录包含试验前和试验过程中
23、的所有测试数据，其中，管道奎尺寸环焊接头拉伸试验数据记录表见附录A,管道全尺寸环焊接头弯曲试验数据记录表见附录B,平行试样试验数据记录表见附录C。9.2 试验报告至少应包含以下内容：a）试验钢管基本信息（包括钢级、规格等）；b）环焊接头焊接工艺、外观尺寸、无损检测信息、缺口预制尺寸、环焊接头的力学性能等；c）加载工况；d）试验温度；e）载荷一位移曲线；D应力一应变曲线；g）最大载荷；h）极限拉伸应变；D试验前、后试样管径壁厚变化。附录A（资料性）管道全尺寸环焊接头拉伸试验数据记录表管道全尺寸环焊接头拉伸试验数据记录格式见表A.1.表A.1管道全尺寸环焊接头拉伸试验数据记录表试样编号焊接工艺试验
24、月期试验温度内压加载工况钢级钢管类型钢管厂家钢管检验结果无损检测钢管尺寸（试验前）X射线超声波磁粉管径11n壁厚11n长度Sn椭圆度钢管性能屈服强度MPa抗拉强度MPa均匀伸长率%屈强比冲击韧性J断裂韧度CTOD1111焊缝检验结果无损检测外观检查X射线超声波磁粉错边量11n焊缝余高nn焊缝宽度m其他人工缺口参数钢管尺寸（试验后）缺口位置缺口长度an缺口深度Cn管径IUl壁厚nn长度nn加载阶段油缸1油S2油虹3油近4时间载荷kN位移11T）我荷kN位移nn载荷kN位移11f）载荷kN位移11nhhmm:SS123456附录B（资料性）管道全尺寸环焊接头弯曲试验数据记录表管道全尺寸环焊接头弯曲
25、试验数据记录格式见表B.1。表B.1管道全尺寸环焊接头弯曲试验数据记录表试样编号焊接工艺试验日期试验温度内压加载工况钢级钢管类型钢管厂家钢管检验结果无损检测钢管尺寸（试验前）X射线超声波磁粉管径Im壁厚11n长度rm椭圆度钢管性能屈服强度MPa抗拉强度MPa均匀伸长率%屈强比冲击韧性J断裂韧度CTODnn焊缝检验结果无损检测外观检查X射线超声波磁粉错边量1焊缝余高11n焊缝宽度11n其他人工缺口参数钢管尺寸（试验后）缺口位置缺口长度tin缺口深度11管径m壁厚sn长度m力臂1.力臂1.WfI作动器1距环焊缝距离m作动器2距环焊缝距离an加载阶段作动器1作动器2时间位移11n载荷kN位移m载荷k
26、Nhhmm:ss1234U附录C（资料性）平行试样试验数据记录表C.1平行蟠拉伸性能潮佥数据1格式见愁.1。表c.1平行试样拉伸性能试验数据记录表项目试样规格屈服强度MPa抗拉强度MPa断后伸长率A%焊接接头（4个试样平均值）全焊缝（2个试样平均值）C.2平行试样冲击韧性试验数据记录格式见表C.2。表C.2平行试样冲击韧性试验数据记录表项目试样规格试验温度最小值J最大值J平均值J焊缝中心（3个试样）热影响区（3个试样）C.3平行试样断裂韧度试验数据记录格式见表C.3。表C.3平行试样断裂韧度试!佥数据记录表项目试样规格试验温度最小值fU1最大值m平均值an焊缝中心CToD（3个试样）热影响区CToD（3个试样）
