Evaluating Mechanical Properties of Hybrid Laser Arc Girth Welds

2010 ◽  
Author(s):  
L. N. Pussegoda ◽  
D. Begg ◽  
R. Holdstock ◽  
A. Jodoin ◽  
K. Light ◽  
...  
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Pipeline Steel ◽  
Standard Test ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Fracture Transition ◽  
X100 Pipeline Steel ◽  
Girth Welds ◽  
Inspection Data ◽  
Crack Tip Opening

This paper presents the challenges and results associated with mechanical testing of overmatched X80 and X100 pipeline steel girth welds that were produced by Hybrid Laser Arc Welding (HLAW). The weld profile produced by this process is characterized as having a broad weld cap and a narrow leg, which traverses the through thickness direction. The development and testing of the HLAW process was conducted on NPS36 pipes of 10.4 mm and 14.3 mm thickness, respectively. The welds were deposited in the 5G welding position with all parameters and laser visual inspection data being collected for each weld pass. Subsequent sample extraction and testing of the hybrid laser arc welds were achieved by standard test practices for girth welds and modifications of these practices, where the latter was required to facilitate testing of the narrow HLAW geometry. Charpy results indicate that the fracture transition temperature, with the notch in either the weld metal or the heat-affected zone (HAZ), is higher at the 3 and 9 o’clock positions when compared to 9 and 12 o’clock positions. The likelihood of crack deviation influencing the results due to the non-conventional weld geometry needs to be examined in a further study. For crack tip opening displacement (CTOD) testing, shorter fatigue crack lengths were employed to reduce the possibility of fatigue crack deviation. The results show that this method does not influence the validity of the test outcomes.

Investigation of metal cored arc welded FCA (fatigue crack arrester) steel in terms of microstructure, toughness and tensile properties

2018 ◽  
Author(s):  
Εμμανουήλ-Μάριος Καζασίδης
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Tensile Properties ◽  
Arc Welding ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Arrester ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Welding Technique

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στη μελέτη συγκολλήσεων ελασμάτων χάλυβα τύπου ΑΗ-40 FCA (Fatigue Crack Arrester), πάχους 13 mm, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο τόξου κοίλου ηλεκτροδίου με πυρήνα μεταλλικής σκόνης (Μetal Cored Arc Welding technique-MCAW). Η συγκεκριμένη μέθοδος συγκόλλησης επιλέχθηκε επειδή συνίσταται σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες συγκόλλησης και ιδιαίτερα με πολλαπλά περάσματα καθώς δεν απαιτεί ενδιάμεσο καθαρισμό σκωρίας (σε αντίθεση με την FCAW). Κατά συνέπεια, οι συγκολλήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση ρομποτικού μηχανισμού προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαναληψιμότητα και η ακρίβεια των πειραματικών δοκιμών.Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη μελέτη των συγκολλήσεων του χάλυβα AH-40 FCA περιλαμβάνει την εκτέλεση προπαρασκευαστικών-διερευνητικών πειραμάτων, τη διαδικασία βελτιστοποίησης ως προς τη μικροδομή και των ιδιοτήτων ένταντι εφελκυστικής φόρτισης, τη μελέτη της δυσθραυστότητας καθώς και την κατασκευή αναλυτικού μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα: Aρχικά καθορίστηκε το εύρος των συνθηκών συγκόλλησης. Η σχετική μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της διεξαγωγής μεμονωμένων στρώσεων μετάλλου στην επιφάνεια των χαλύβδινων ελασμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα σε συνδυασμό με τη βιβλιογραφική ανασκόπηση, καθόρισαν το εύρος των εντέλει χρησιμοποιηθησών ρυθμών εισαγωγής θερμότητας (0.5-2.5 kJ/mm με βήμα 0.5 kJ/mm). Στη συνέχεια, η βελτιστοποίηση της συγκόλλησης πραγματοποιήθηκε βάσει των αποτελεσμάτων του μικροδομικού χαρακτηρισμού και των δοκιμών εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο τα παρακάτω κριτήρια καθορίστηκαν ως κρίσιμα για την επίτευξη της βέλτιστης συγκολλητής δομής:- Έκταση θερμικά επηρεασμένης ζώνης (η ελαχιστοποίηση του πλάτους της είναι επιθυμητή). Χρήση στερεοσκοπίου.- Ομοιογένεια των μικροδομικών συστατικών μεταξύ της θερμικά επηρεασμένης ζώνης, της ζώνης τήξης και του μετάλλου βάσης (η μέγιστη ομοιογένεια είναι επιθυμητή). Χρήση οπτικής μικροσκοπίας, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης.- Κατανομή μικροσκληρομετρήσεων (ομαλή κατανομή είναι επιθυμητή, πλησιέστερη στη τιμή αναφοράς, δηλαδή στη μικροσκληρότητα του μετάλλου βάσης). Χρήση της μεθόδου Vickers.- Όριο διαρροής της συγκόλλησης (επιθυμητή η μεγιστοποίηση του ορίου διαρροής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης- Αντοχή σε εφελκυσμό (επιθυμητή η μεγιστοποίηση της αντοχής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης.-Επιμήκυνση θραύσης ως δείκτης της ολκιμότητας (επιθυμητή η μεγιστοποίησης της επιμήκυνσης). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Έπειτα, η μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της βέλτιστης συγκόλλησης και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή που παρουσιάζει τη μέγιστη υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Σε αυτήν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με χρήση προρωγματωμένων δοκιμίων για τη μέτρηση της δυσθραυστότητας με τις μεθόδους Charpy V-notch και CTOD (Crack tip opening displacement).Παράλληλα με την πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός αιτιοκρατικού αναλυτικού μοντέλου το οποίο χρησιμοποιεί ρητές-μαθηματικές εξισώσεις με διττό στόχο: την πρόβλεψη του εμβαδού της περιοχής ενίσχυσης ενός κορδονιού ευθείας ραφής, καθώς και του απαιτούμενου αριθμού κορδονιών σε μία συγκόλληση με πολλαπλά περάσματα. Η αξιοπιστία των προβλεπόμενων αποτελεσμάτων και η επαναληψιμότητα του μοντέλου επιβεβαιώθηκαν πειραματικά.

An Innovative ECA Approach For Reeled CRA Welds And Its Validation Programme

2021 ◽  
Author(s):  
Richard Jones ◽  
Dr Thurairajah Sriskandarajah ◽  
Dr Daowu Zhou ◽  
James Hymers ◽  
Kieran Munro ◽  
...  
Keyword(s):  
High Stress ◽  
Crack Tip ◽  
Test String ◽  
Test Rig ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Defect Growth ◽  
Girth Welds ◽  
Stress Fatigue ◽  
Crack Tip Opening

Abstract This paper presents an innovative defect growth ECA methodology for pipeline girth welds and its validation programme, applied specifically to reeling ECA of pipelines with under-matched strength welds. The ECA method is a tear-fatigue approach that accounts for the blunting limit in JR curves during pipe spooling and reel-lay. Fatigue crack growth may occur by low cycle high stress fatigue and by tearing, but the latter only if the crack tip opening displacement exceeds the blunting limit. Conventional ECA with BS7910 is limited because the weld's strength needs to be over-matched. Alternative industry methods for the application of FEA to under-matched strength welds are computationally more intensive than the presented innovative approach. Fatigue crack growth for low cycle high stress fatigue is calculated using Paris’ Law in the approach but, if the crack tip opening due to the tearing mechanism is less than the blunting limit then tearing growth is zero. With the innovative method, if the crack tip opening displacement exceeds the blunting limit then the tearing defect growth is included. Hence, the method is a combined tear-fatigue approach. Welded pipe strings were fabricated from pups composed of clad material; i.e. carbon backing steel pipe with a 3 mm layer of corrosion resistant alloy (CRA) on the inner circumference. Each test string was approximately 10.5m long and fabrication was from a mix of six 0.5m length pups in the central zone of each string and two longer end pups. Three girth welds included EDM notches for test purposes which simulated planar flaws. The notches were on the extreme tension fibre, as the test string gets pulled to the reel former in a reeling test rig. Full scale reeling simulations involved pulling the test strings up to 6 times to the reel former in a reeling test rig. Measurement of defect growth associated with the EDM notches was by scanning electron microscope (SEM), from specimen segments extracted from the test strings. Predictions of defect growth were by finite element models in combination with pipe-specific data that was the outcome of an associated small-scale test programme. Validation of the ECA-by-FEA approach is by a predictive best estimate study, for which there is excellent agreement between the measured values and the calculated defect growths. The ECA-by-FEA approach is conservative for project work, as shown by a high estimate study and an offset blunting limit study. Early development of the ECA approach was for small diameter CRA pipelines during the execution of the Guara-Lula project (Sriskandarajah et al, 2015). The presented full-scale tests, innovative defect growth measurement by scanning electron microscope and the FEA and defect growth calculations were full validation of the approach, with pipe strings that had outer diameter of 323.9mm.

The Prediction of Fatigue Crack Opening Behavior Using Cyclic Crack Tip Opening Displacement by Finite Element Analysis

2006 ◽  
Vol 324-325 ◽  
pp. 295-298 ◽  
Author(s):  
Hyeon Chang Choi
Keyword(s):  
Finite Element Analysis ◽  
Finite Element ◽  
Fatigue Crack ◽  
Crack Opening ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Element Analysis ◽  
Element Size ◽  
Crack Tip Opening

An elastic-plastic finite element analysis (FEA) is performed to examine the opening behavior of fatigue crack, where the contact elements are used in the mesh of the crack tip area. The relationship between fatigue crack opening behavior and cyclic crack tip opening displacement was studied in the previous study. In this paper, we investigate the effect of the element size when predict fatigue crack opening behavior using the cyclic crack tip opening displacement obtained from FEA. The cyclic crack tip opening displacement is well related to fatigue crack opening behavior.

Fracture Toughness of X70 Pipe Girth Welds Using Clamped SE(T) and SE(B) Single-Specimens

2014 ◽  
Author(s):  
Dong-Yeob Park ◽  
Jean-Philippe Gravel ◽  
C. Hari Manoj Simha ◽  
Jie Liang ◽  
Da-Ming Duan
Keyword(s):  
Fracture Toughness ◽  
Heat Affected Zone ◽  
Peak Load ◽  
Single Specimen ◽  
Single Edge ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Resistance Curves ◽  
Girth Welds ◽  
Crack Tip Opening

Shallow-notched single edge-notched tension (SE(T) or SENT) and deep- and shallow-notched single edge-notched bend (SE(B) or SENB) specimens with notches positioned in the weld and the heat-affected zone were tested. Crack-tip opening displacement (CTOD) versus resistance curves were obtained using both a single and double clip gauge consolidated in a SE(T) single-specimen. Up until the peak load the resistance curves from both gauging methods yield approximately the same results; thereafter the curves deviate. Interrupted testing showed that the crack had initiated below 50% of the peak load, and in some cases had propagated significantly prior to reaching the peak load.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document