interpretation برای آزمون ضربه Asme B31.3

Interpretation: 22-01

Subject: ASME B31.3-2006, Para. 323.3, Impact Testing Methods and Acceptance Criteria

Date Issued: April 29, 2008

File: 08-472

Question (1): If a welding procedure has been qualified by impact testing for service at a temperature of −46°C in accordance with para. 323.3, but the base material and weld material were impact tested at a warmer temperature in accordance with their respective material specifications, may the weld procedure be used for service at temperatures as low as −46°C?

اگر روش جوشکاری با آزمون ضربه برای سرویس در دمای منهای 46 درجه سانتیگراد مطابق با پارگراف 323.3 تائید شده باشد اما فلز پایه و متریال جوش با دمایی گرمتر تست ضربه شده باشند روش جوشکاری می تواند برای سرویس با دمای کمتر از منهای 46 درجه استفاده شود؟

Reply (1): Yes, provided the essential variables, and supplemental essential variables in ASME Section IX, are met.

جواب : بله به شرط اینکه متغیرهای اساسی ( ضروری ) و متغیرهای اساسی تکمیلی در ASME سکشن 9 رعایت شده باشد.

Question (2): Is it required that the same brand and batch number of material, as used in weld procedure qualification impact testing, be used for production welds?

آیا لازم است از همان نام تجاری و تعدادی از آن دسته متریال  که در روش جوشکاری با آزمون ضربه بکار برده شده ، برای جوش های تولیدی استفاده شود؟

Reply (2): No.

جواب : خیر 

Interpretation: 22-02

Subject: ASME B31.3-2006, Table 323.3.4, Charpy Impact Test Temperature Reduction

Date Issued: April 29, 2008

File: 08-476

Question: To qualify a material to −46°C, should a 5 mm Charpy impact specimen produced from a 6.32 mm material thickness be tested at −50.1°C?

برای تائید صلاحیت متریال تا منهای 46 درجه سانتیگراد بایستی یک نمونه 5 میلیمتری از ضخامت متریال 6.32 میلیمتری که در دمای منهای 50.1 درجه سانتیگراد تست شده ، تولید شود؟

Reply: Yes; see para. 323.3.4(b).w

جواب : بلی ، پاراگراف 323.3.4b ملاحظه گردد.

6.32×80%=5mm

323.3.4b:impact tmperatures

For all Charpy impact tests, the test temperature criteria in para. 323.3.4(a) or (b) shall be observed

تمام آزمون های ضربه شارپی ، شرط دمای آزمون در پاراگراف 323.3.4a و 323.3.4b می بایست رعایت گردد.

(b) For Materials With Thickness Less Than 10 mm

(0.394 in.). Where the largest attainable Charpy V-notch specimen has a width along the notch of at least 80% of the material thickness, the Charpy test of such a specimen shall be conducted at a temperature not higher than the design minimum temperature

برای متریال با ضخامت کمتر از 10mm جائیکه بزرگترین نمونه charpy v-notch قابل دستیابی ، دارای عرض در امتداد شکاف ، حداقل 80% ضخامت متریال باشد.تست charpy اینچنین قطعه ای بایستی در دمایی که از حداقل دمای طراحی کمتر نباشد انجام گیرد. اگر ضخامتی که بدست آمد کمتر از 80% بود باید به جدول 323.3.4 که temperature reduction یا کاهش دما است مراجعه نمود و می گوید آزمون ضربه چنین قطعه ای باید در دمایی کمتر از حداقل دمای طراحی با مقداری برابر با اختلاف ( مراجعه به جدول ) کاهش دمای مرتبط با ضخامت واقعی متریال و کاهش دمای مرتبط با عرض نمونه charpy که واقعا آزمایش شده انجام شود.فرضا نمونه 3mm و ضخامت قطعه 5mm باشد   80% ضخامت قطعه میشود 4mm ولی نمونه گرفته شده کمتر از 80% ضخامت است. میزان کاهش دمای واقعی متریال گرفته می شود در ضخامت Actual که اینجا 5  میل است و کاهش دمای ضخامت برداشته شده که 3 میل است نیز ، اختلاف این دو از دمای تست متریال کم میشود و میشود حداقل دمای آزمون.

مثال از TWI

مثالی از چگونکی محاسبه دمای آزمون برای متریال A333 GR 6 سایز 6  اینچ ضخامت 7.11

دمای تست استاندارد برای  گرید 6 منهای 45 درجه سانتیگراد است که احتمالا در جدول A1  کد  B31.3 ستون min temp قید شده.

C=(-50F-32)×(5÷9)=45.5~-45C

عرض charpy V-notch : ماکزیمم سایزی که قابل حصول یا برداشت بود 5 میلیمتر است.

جدول 6 از Astm A333 کاهش دمای آزمون 4 درجه سانتیگراد زیر دمای مشخص شده برای ضحامت 7 میل  را مشخص نموده.

عرض نمونه آزمون ضربه فقط 5 میلیمتر است ( یعنی 71 درصد ضخامت متریال ) و جدول 6 کاهش دمای 11 درجه را مشخص نموده 

 کاهش در Asme b31.3 در جدول 323.3.4 بیان شده شکل زیر : 

برای نمونه با ضخامت 5 میل 11.1 درجه کاهش در نظر گرفته

کاهش واقعی در دمای آزمون زیر دمای آزمون استاندارد برای این وضعیت اختلاف بین این دو دماهاست 

اختلاف دما : 7=4-11

دمای واقعی آزمون : 52-=7-45-

استاندارد A333

زمانیکه نمونه ساب سایز استفاده شود و عرض در امتداد شکاف کمتر از 80 درصد ضخامت واقعی متریال باشد،دمای آزمون برای گریدهای 10 9 7 6 4 3 1 و 11 باید پایین تر از حداقل دمای نشان داده شده در جدول 5 برای گرید مربوطه باشند.مقدار کاهش دما باید مقداری برابر با اختلاف ( نشان داده شده در جدول 6 ) بین کاهش دمای مربوط به ضخامت متریال و کاهش دمای مربوط به  ضخامت نمونه باشد.... همانطور که جدول 5 برای گرید 6 حداقل دمای آزمون را تا سایزهای مشخصی در جدول 6 منهای 45 درجه در نظر گرفته ولی اگر ساب سایز حدود 7.5 باشد کاهش 3 درجه ای می بایست در جدول 6  اعمال گردد .( اختلاف دو عدد)

در A333 قسمت impact test  توصیه هایی شده که باید انجام شود 

آزمون های ضربه مشخص شده برای دماهای زیر 20 درجه سانتیگراد بایستی با اقدامات احتیاطی زیر صورت بگیرد : 

1-نمونه های تست ضربه به همان خوبی که با انبرهای دستی حمل میشود بایستی بمدت کافی در یک ظرف مناسب خنک شوند تا اینکه هر دو به دمای مورد انتظار برسند.

2-دما باید با ابزار اندازه گیری مثل ترمومتر یا هر دستگاه مناسبی کنترل شوند ظرف مثبت و منفی 2 درجه سانتیگراد

3-نمونه ها باید سریعا از دستگاه خنک کننده به سندان آزمون ضربه شارپی منتقل شده و با گذشت زمان حداکثر 5 ثانیه شکسته شوند.

طبق الزامات استاندارد E23 آزمون شوند.

Question: Are materials exempt from impact testing for any combination of thickness and temperature above −20°F (−29°C) for which a temperature of −20°F (−29°C) is listed in the Minimum Temperature column of Table A-1?

آیا متریال ها برای جایی که دمای منهای 29 درجه در ستون حداقل دما ی جدول A1 ذکر شده از آزمون ضربه برای هر ترکیبی از ضخامتها و دمای بالای منهای 29 درجه معاف هستند ؟

Reply: Yes.

جواب : بلی

(3) Impact testing is not required if the design minimum temperature is below −29°C (−20°F) but at or above −104°C (−155°F) and the stress ratio defined in Fig. 323.2.2B does not exceed 0.3.

آزمون ضربه مورد نیاز نیست در صورتیکه دمای حداقل طراحی زیر منهای 29 درجه اما در و بالای منهای 104 درجه سانتیگراد باشد و ضریب تنش تعیین شده در شکل 323.2.2B از 0.3 تجاوز ننماید.

(5) Impact tests are not required when the maximum obtainable Charpy specimen has a width along the notch of less than 2.5 mm (0.098 in.). Under these conditions, and where the stress ratio defined in Fig. 323.2.2B exceeds 0.3, the design minimum temperature shall not be less than the lower of −48°C (−55°F) or the minimum temperature for the material in Table A-1.

آزمون ضربه لازم نیست زمانیکه ماکزیمم نمونه شارپی حاصله عرض در امتداد شکاف کمتر از 2.5 میل دارد . تحت این شرایط و جاییکه نسبت تنش تعیین شده در شکل 323.2.2B از 0.3 تجاوز نکند ،حداقل دمای طراحی نباید کمتر از منهای 48 درجه یا حداقل دمای متریال در جدول A1 باشد.

متریال A106 گرید B با ضخامت 18.26 میل طبق پاراگراف 323.2.2b و رجوع به جدول A1 در منحنی B  قرار میگیرد.اگرحداقل دمای طراحی منهای 20 درجه سانتیگراد باشد بنابراین طبق شکل 323.2.2A ، نقطه برخورد ضخامت و دما زیر منحنی B قرار میگیرد و در نتیجه آزمون ضربه  Base metal لازم است حال اگر دمای طراحی منهای 5 درجه سانتیگراد باشد نقطه برخورد ضخامت و دما بالای منحنی B است و این آزمون برای Base metal لازم نیست.

323.2.2(b) For carbon steels with a letter designation in the Min. Temp. column of Table A-1, the minimum temperature is defined by the applicable curve and Notes in Fig. 323.2.2A. If a design minimum temperature–thickness combination is on or above the curve, impact testing is not required.

طبق پاراگراف 323.2.2b برای فولادهای کربنی که با نشان min temp در ستونی با همین نام در جدول A1 ، حداقل دما ، توسط منحنی قابل اجرا و یادداشت های شکل 323.2.2A تعریف شده ، اگر ترکیب حداقل دمای طراحی -ضخامت ( منظور نقطه برخورد خطوطی که شما بصورت افقی از آکس دما و عمودی روبه بالا از آکس ضخامت روی شکل رسم می کنید ) روی یا بالای منحنی باشد نیازی به آزمون ضربه نیست البته حتما نوت 3 و 5 از جدول 323.2.2 مد نظر قرار گیرد.

جدول 323.2.2 در بالاتر قسمت A-3a برای متریال کربن ستون A را برای Base metal ببینید نوشته لازم نیست (ستون A :  برای دماهایی که در  یا بالای دمای مشخص شده در ستون min temp جدول A1 باشد )  برای weld و haz میشود A-3b همین ستون A در جدول گفته رسوب های فلز جوش بایستی مورد آزمون ضربه قرار گیرنداگر حداقل دمای طراحی کوچکتر از منهای 29 درجه سانتیگراد باشد غیر از آنچه در نوت 3 و 5 شرط شده و غیر از مواردی : برای متریال هایی که برای منحنی C و D شکل 323.2.2A ( شکل منحنی ها ) ذکر شده اند جایی که مواد مصرفی جوشکاری مرتبط توسط آزمون ضربه در حداقل دمای طراحی یا پائین تر طبق مشخصات قابل اجرای AWS تائید شده اند ، آزمون اضافه لازم نیست.

جدول A-1 از استاندارد ASME B31.3 از ستون min temp می توانید دریابید که متریال در کدام قسمت از منحنی شکل 323.2.2A قرار میگیرد. برای بعضی حداقل دما داده یعنی اگر دمای ما کمتر از آن باشد نیاز به تست ضربه است ( فرضا دما 50-  است در ستون min temp برای متریال ولی دمای سرویس 55- است ) و برای یکسری خودش A تا D مشخص کرده فرضا متریال کربن A672 با PNO1 و گرید C55 طبق ستون min temp در منحنی C قرار می گیرد و برای دانستن اینکه لازم دارد یا نه به منحنی مراجعه و با توجه به ضخامت در می یابیم که لازم دارد یا خیر 

حداقل مقادیر مورد نیاز آزمون ضربه Charpy V - Notch impact در B31.3

Minimum Required Charpy V-Notch Impact Values

غیر از bolting ( پیچ و مهره ) حداقل انرژی مورد نیاز قابل اجرا برای فولادهای کربنی و کم آلیاژ با حداقل استحکام کششی  95000psi در جدول 323.3.5 نمایش داده شده. ( بایستی طبق جدول باشد !!! )

در این جدول برای فولاد کربنی و کم آلیاژ با حداقل استحکام کششی  65000 psi و  کمتر مقادیر انرژی برای میانگین 3 نمونه یا برای حداقل یک نمونه جهت فولادهای کاملا دی اکسید شده به ترتیب 18 و 14 ژول  و برای غیر از فولادهای کاملا دی اکسید شده به ترتیب 14 و 10 ژول بیان شده.

برای حداقل استحکام کششی یا Tensile بالاتر از 65000 تا 70000 حداقل انرژی طبق بالا به ترتیب 20 ، 16 و 18 ، 14 ... برای  کمتر از 95000 psi حداقل 27 برای انرژی میانگین 3 نمونه و 20 برای حداقل یک نمونه.

یادداشت ها : 

1-برای آزمون های مجدد مجاز به 323.3.5d مراجعه شود.

2-مقادیر انرژی در این جدول برای نمونه های سایز استاندارد هستند طبق UG-84 سایز 10 × 10 بود . برای نمونه های  ساب سایز ، این مقادیر بایستی ضرب در نسبت عرض واقعی نمونه به 10mm یا 0.394 اینچ  ( سایز نمونه کامل ).

پس در جدول مینیمم مقدار انرژی را برای FULL SIZE که 10 × 10 است ذکرشده و برای SUB SIZE نیز ضریب باید در نظر گرفت و در هر مقدار بدست آمده ضرب کرد.

323.3.5d : 

1-برای شرط انرژی جذب شده . زمانیکه میانگین مقدار 3 نمونه برابر یا بیشتر از حداقل مقدار مجاز برای یک نمونه تکی باشد و مقدار برای بیشتر از یک قطعه زیر مقدار میانگین مورد نیاز باشد یا وقتی که مقدار برای یک قطعه زیر حداقل مقدار مجاز برای یک قطعه تکی باشد آزمون مجدد سه نمونه اضافی باید مهیا گردد.مقدار هر کدام از این نمونه های آزمون مجدد بایستی برابر یا بیشتر از مقدار میانگین مورد نیاز باشد.

پس آزمون مجدد 3 سه نمونه اضافی برای متریال های باحداقل Tensile زیر 95000 در این 3 مورد است : 

1-مقدار مینگین 3 نمونه برابر یا فراتر از حداقل مقدار مجاز برای یک نمونه تکی باشد

2-مقدار برای بیشتر از یک قطعه زیر مقدار میانگین مورد نیازباشد

3-مقدار برای یک قطعه زیر حداقل مجاز برای قطعه تکی باشد

حال به عقب تر بر می گردیم  در 323.3.3  سایز استاندارد بیان شده است.

323.3.3 : نمونه های آزمون 

هر مجموعه آزمون ضربه بایستی شامل 3 نمونه میله ای باشد.تمام آزمون های ضربه بایستی با استفاده از سایز استاندارد که 10 × 10یا 0.394 اینچ  است و FULL SIZE گفته می شود انجام گردد.( مقطع مربعی شکل ) جز زمانیکه شکل یا ضخامت متریال مجاز نیست.آزمون ضربه شارپی می تواند روی نمونه ها با ضخامت کامل متریال انجام پذیرد که می تواند برای برداشتن سطح ناهموار ماشین کاری شود. جایگزین :  چنین متریالی می تواند به ضخامتی کاهش یابد تا بزرگترین نمونه ساب سایز شارپی ممکن را تولید کند.جدول 323.3.4 را مشاهده نمائید.

323.3.4 دماهای آزمون 

برای تمام آزمون های ضربه شارپی شرط دمای تست در پاراگراف 323.3.4a یا b بایستی رعایت گردد.همچنین انبرهای دستی باید برای مدت زمان کافی تا رسیدن به دمای آزمایش خنک شوند.

(a) برای متریال هایی با ضخامت مساوی و بیشتر از 0.394 اینچ ( 10mm)  در جائیکه بزرگترین نمونه Charpy V-notch  قابل دستیابی  دارای شکاف حداقل 8  میل باشد ، آرمایش با استفاده از چنین نمونه ای باید در دمایی  که بالاتر ازحداقل دمای طراحی نباشد انجام گیرد.در مواردیکه عرض بزرگترین نمونه ممکن در امتداد شکاف کمتر از 8 میل است آزمایش باید در دمایی کمتر از دمای حداقل طراحی با مقدار نشان داده شده در جدول 323.3.4 برای عرض آن نمونه انجام شود.

(b) برای متریال با ضخامت کمتر از 10 میلی متر (0.394 اینچ). در جایی که بزرگ‌ترین نمونه charpy  V-Notch دارای عرض حداقل %80 ضخامت متریال در امتداد شکاف باشد، آزمایش چنین نمونه‌ای باید در دمایی که بالاتر از دمای حداقل طراحی نباشد انجام شود. در مواردی که بزرگترین نمونه آزمایشی ممکن دارای عرض در امتداد شکاف کمتر از %80  ضخامت ماده باشد، آزمایش باید در دمایی کمتر از دمای حداقل طراحی به میزانی برابر با اختلاف انجام شود (مراجعه به جدول 323.3.4). ) بین کاهش دمای مرتبط با ضخامت واقعی متریال و کاهش دمای مرتبط با عرض نمونه Charpy که بصورت واقعی آزمایش شده .

سوال 

1-حداقل دمای طراحی برای لوله ساخته شده در A516 Gr55 حاوی گاز مایع نفتی با فشار 150 psig و ضخامت 30 میلی متر چقدر است؟

مراجعه به جدول 323.3.2A منحنی C برای ضخامت 30 میل برابر با منهای 15.6 درجه

2-اگر متریال دارای تنش طراحی 160 PSIG و فشار داخلی  64  psig تولید کندچه کاهش دمایی در حداقل دمای طراحی بدون نیاز به آزمون ضربه متریال می تواند صورت پذیرد؟

Ratio=Pressure Stress / Allowable Stress

مراجعه به 323.3.2B و استفاده از فرمول ratio = 64/160 = 0.4 که کاهش دمای 60 درجه را نمایش می دهد

3- حداقل مقدار مورد نیاز آزمون ضربه برای لوله فولادی کاملا دی اکسید شده API 5L GR.B چیست؟

مراجعه به جدول A-1 و بررسی استحکام که 60000 PSI را می دهد و جستجو در جدول 323.3.5 که حداقل مقدار را 14 ژول نشان می دهد.

4-لوله A381 Y35 با ضخامت 1  اینچ در سیستم کاری 150 PSIG نصب شده.لوله جایگزین درخواست شده و مشابه متریال قبلی خواهد بود برون نرمالایز ، کوئنچ یا تمپر کردن .اگر حداقل دمای طراحی 400 درجه فارنهایت باشد و فشار 10000PSI در چه دمایی این متریال می تواند بدون آزمون ضربه کار کند.

با توجه به اینکه نرمالایز نشده طبق شکل 323.2.2A در منحنی A قرار میگیرد داریم 68 درجه که دقیقا روی منحنی است و تست ضربه نیاز دارد ... با مراجعه به 323.2.2B نسبت را بدست آورید ( با توجه به STRESS VALUE در جدول A1 ) . تنش مجاز در جدول A1 برای این متریال در دمای ۴۰۰ درجه 19.9KSI یا 19900 PSI است که از RATIO استفاده می کنیم  10000/19900 که ضریب 0.5 بدست می آید به شکل 323.2.2B می رویم از  آکس عمودی  که RATIO ها را نشان می دهد از مقدار 0.5 خط افقی می کشیم جایی که منحنی را قطع می کند  ، میشود دمای کاهش ،  بالا و پائین آن نقطه را اگر خطی عمود بر آکس افقی ( نمایش دماها ) بکشیم  در بالا عدد 61 درجه فارنهایت بدست  می آید ( یا در پائین به سانتیگراد )  سپس 61 را از 68 کم می کنیم میشود 7 درجه F پس MDMT=7F

تنش مجاز برای A381 Y35 در دمای 400 F در تصویر زیر نشان داده شده.

فرض کنید لوله ای با MDMT منهای 20 درجه سانتیگراد دارید با ضخامت 15  میل و در منحنی B قرار گرفته .طبق شکل 323.2.2a از B31.3 حداقل دمای طراحی بدون نیاز به تست ضربه تقریبا منهای 16 درجه C است که بالاتر از MDMT است .بنابراین باید برای تائید متریال یک آزمون ضربه در دمای منهای 20 درحه C انجام دهیم ، مگر اینکه متریال دیگری را انتخاب نمائیم با پایین ترین دمای طراحی ( متعلق به منحنی C یا D برای وضعیت مشابه ، اگر شما متریال دیگری که به منحنی C تعلق دارد انتخاب کنید ، حداقل دمای طراحی برای همان ضخامت 15  میل بایستی حدود  منهای 33 درجه C  که پائین تر از MDMT منهای 20 درجه C است باشد.از این رو انتخاب درستی کردید برای عدم انجام تست ضربه یا معافیت از آن .

برای تعیین منحنی مرتبط با هر متریال نوت های شکل 323.2.2A مطالعه شود همچنین از جدول 1 استاندارد B31.3 ستونی را پیدا خواهید کرد با عنوان min temp 

برای متریال A350-LF2 حداقل دما در جدول بالا منهای ۵۰ درجه F (منهای 46 درجه C ) قید شده.

C=(F-32)×(5÷9)

C=(-50-32)×(5÷9)=-45.55~46 درجه سانتیگراد

در زیر حداقل دما ی متریل استنلس سوپر دوپلکس UNS31803 منهای 60 درجه فارنهایت ( منهای 51 درجه سانتیگراد ) درج شده که تست ضربه در این دما صورت خواهد گرفت البته به کد پروژه هم باید رجوع کرد فرضا اگر گفته باشد باید در منهای 60 درجه سانتیگراد انجام شود در این دما الزامی است. ( البته با سایز نمونه های حاصله هم بستگی دارد ) 

ASME SECTION ii PART C 

A790 ( Duplex Stainless steel ) Electrod

E2209 : UNS S31803 and S32205 22.5 Cr , 9.5 Ni

E2594 : UNS 32750 25.5 Cr , 10 Ni