ارتباط ریزساختار و خواص مکانیکی با تنش‌های پسماند ناحیه جوش چند پاسه محیطی خطوط لوله 56 اینچ فولادی api x70

تنش‌های پسماند ناشی از جوش‌کاری باعث کاهش تنش طراحی خطوط لوله قطور و پرفشار انتقال گاز طبیعی می‌شود. در این مطالعه که برای اولین بار در ایران صورت گرفته است، ابتدا دو قطعه لوله 56 اینچ فولادی (از نوع درز جوش مارپیچ) با گرید ایکس 70 و ضخامت 780/0 اینچ بر اساس دستورالعمل ویژه شرکت ملی گاز ایران جوش‌کاری گردید. پس از آن آزمون کرنش سنجی سوراخ بر اساس استاندارد astm e 837 انجام شد. سپس برای اطمینان از سلامت جوش، تبدیل کرنش‌های آزاد شده به تنش و تشخیص اثر این تنش‌ها بر رفتار سازه، آزمایش‌های کوانتومتری، متالوگرافی، کشش و ضربه انجام شد. نتایج نشان می‌دهد حداکثر تنش پسماند کششی در مرکز درز جوش و در راستای محیطی سطح خارجی لوله برابر با mpa 318 بوده و بیش از 60 % استحکام تسلیم جوش می‌باشد. در منطقه جوش، عناصر میکروآلیاژی کاهش و میزان کربن افزایش یافته است. در پاس سطح 75% فاز مارتنزیت تمپر نشده مشاهده شده است. افزایش کربن سبب افزایش حجم کریستالی مارتنزیت و در نتیجه کاهش تنش پسماند و همچنین کاهش مقاومت ماده خواهد شد. کاهش استحکام کششی در جوش نیز سبب افزایش درصد تنش پسماند نسبت به استحکام استاتیکی سازه شده است. علاوه بر این کمترین مقاومت به ضربه در راستای محیطی (45j) جوش سر به سر لوله اتفاق افتاده است. بنابراین مرکز درز جوش در راستای محیطی سطح خارجی به عنوان ناحیه بحرانی لوله دارای بیشترین تنش پسماند کششی و درصد فاز مارتنزیت و کمترین عناصر میکروآلیاژی، استحکام تسلیم، کرنش نهایی و مقاومت به ضربه است.

Correlation of Microstructural and Mechanical Properties with Residual Stresses in Multipass Girth Welding of 56inche Steel Pipe of Grade API X70

The weld residual stresses decrease the design stress in highpressure largediameter gas transportation pipelines. In this paper, two API X70 steel pipes (with spiral seam weld) with an outside diameter of 56 inch and a wall thickness of 0.780 inch were first girth welded (according to NIGC code). Next, hole drilling tests were conducted for strain measurement on the surfaces of the pipes. The values of residual stresses on the internal and external surfaces of the pipe were then determined from the measured strain data. To ensure the integrity of the seam weld, different experiments, including chemical analysis, metallographic observation, tensile, and impact tests were performed. The experimental data showed that the maximum tensile residual stress (of the order of 318 MPa) was located on the centre line of the seam weld on the pipe outer surface alongside with the pipe hoop direction. This was more than 60 percent of the yield strength of the seam weld. In the welded zone, microalloys content reduced around 75% and untempered martensite was observed on the outer weld pass. The carbon content increase resulted in an increase in martensite volume fraction, and thus reduced the residual stress in this region. On the other hand, this effect reduced the material strength. The reduction in material yield strength in the weld caused the increase in residual stress with respect to static yield strength of the pipe. In addition, the minimum Charpy fracture energy (of the order of 45J) was observed in the pipe hoop orientation in the weld center line. Therefore, the external surface of the pipe (weld center line) in its hoop direction with the maximum residual stress, maximum martensite content, minimum microalloyed contents, minimum yield strength, minimum elongation and minimum Charpy energy is the critical point in the structure.