钢质管道环焊缝附加验收准则、在役管道焊接技术、焊接记录表

附录A

（规范性附录）

环焊缝的附加验收准则

A.I概述

第9章的验收准则是基于焊接工艺水平的经验验收准则，是依据缺欠长度进行评价验

收，多年来该准则保障了管道运行的可靠性。基于断裂力学分析的合于使用验收准则，也称

为工程临界评估（ECA）,是同时依据缺欠高度和长度进行评价验收，给出的缺陷允许长度

通常更大。采用合于使用准则时，应进行附加焊接工艺评定、应力分析和无损检测。

此前版本的合于使用准则，所要求的CTOD断裂韧性最小值为0.13mm或0.25mm,断

裂韧性值更高时不进行特殊评价。随着填充金属性能改进、焊接工艺精确控制，及机动焊工

艺广泛应用，多数焊缝的韧性和延展性更高、更稳定。但也发现当前的CTOD试验过程和

疲劳裂纹制作流程较以往更为严格，这导致了断裂韧性值小于0.13mm的情况时有发生。因

此，本版本合于使用准则进行焊缝缺欠评价验收时，考虑了CTOD韧性值低于0.13mm的情

况，以使其适应实际测得的断裂韧性俏和载荷水平。

本附录确定的平面缺陷验收方法有3种，序号越大计算复杂程度越高，但缺陷容限范围

也更宽。方法1最简单，方法2需充分利用材料韧性从而给出更准确的评价，但也需进行更

多的计算。前两种方法的理论基础和计算方法相同，仅适用于A.2.2.1规定的低、中疲劳我

荷工况。方法3适用于疲劳载荷超出前2种方法的工况。方法3是非规范性的，其逻辑性也

明显不如方法1和方法2,宜由精通断裂力学和管道载荷分析的熟练从业人员进行。

本附录给出了确定最大允许缺陷尺寸的计算方法。本附录不影响第9章对缺欠的评价

验收。是否使用本附录由设计文件确定。

本附录中，“最大允许缺陷尺寸''和其他含有“缺陷”的名词使用并非意味着焊缝中一定有

缺陷存在或焊缝缺乏完整性。含有特定特征的焊缝可被描述为缺陷、缺欠、不连续或瑕疵。

这些术语己被广为接受且可以相互替换使用。本附录的主要目的是在技术分析的基础上，定

义焊缝异常的类型、尺寸和形状及对整个焊缝在特定工况下服役的适用性影响。

本附录的适用范围：

a）等壁厚钢管的环焊接头；

b）所有接头均完成无损检测；

c）焊接接头整体上不存在低强匹配，见A.3.2.1；

d）最大轴向设计应力不大于母材的SMYS；

e）最大轴向设计应变不大于0.5%；

0不包括泵站和压气站的焊缝、返修焊缝、主线路管件和阀室的焊缝；

g）方法1和方法2不适用于返修焊缝，经业主批准，可采用方法3评估，见A.5.1.5.1o

A.2应力分析

A.2.1轴向设计应力

使用本附录时，应进行应力分析以确定环焊接头在施工和运行期间可能承受的最大轴向

设计应力。应力分析应包括管道安装期间的应力和运行、气候条件引起的应力。陆地管道建

设条件下，最大釉向应力可能出现在下沟环节。下沟应力主要取决于钢管相对于管沟的起吊

高度。水平定向钻产生的应力可以根据钢管路径的曲率、推力、以及管土作用进行估算。这

些应力可能分别在不同时间达到峰值。最大轴向设计应力是指管线在设计寿命周期内的任何

时间的最大总轴向应力。

A.2.2循环应力

A.2.2.1分析

循环应力分析应包括确定管线设计寿命内可能承受的预期疲劳载荷谱。疲劳载荷谱包括

因水压试验、运行压力、管道安装产生的应力，可能还包括热应力、地震及沉降应力等。疲

劳载荷谱由若干轴向循环应力等级和各等级应力条件下的循环次数组成。如果应力等级在各

循环间变化,应采用一套适当的计数方法（如雨流记数方法）确定循环应力等级及循环次数。

（注：雨流记数方法可以见N.E.Dowling发表的“在免杂应力——应变曲线下疲劳破坏的预测”.材料

学报,1972年3月,Vol.7,No.l,pp.71-8711）

定义疲劳载荷谱强度S*为：

S*=N|（Aai）,+N2（△s）3+…+Nj（△Oi尸+Nk（尸.....................（A.l）

式中：

S*——载荷谱强度密度：

N,——第i等级循环应力下的循环次数；

△6---循环应力幅度，MPa；

k——循环应力等级的总数；

i——第i次循环应力，从1至k。

如S*小于5x103且能够采用BS7910中的钢材在空气中的裂纹扩展曲线，则可应用方法

1和方法2中的验收标准（A.5.1.3和A.5.1.4）,而无须做进一步的疲劳分析。如S*大于5x|（）6,

且不能采用钢在空气中的裂纹扩展曲线，使用方法1和2时要做进一步分析，或采用方法3中

的步骤进行分析。

A.2.2.2环境对疲劳的影响

影响焊接接头缺陷疲劳扩展的因素主要有应力强度、循环载荷、缺陷尺寸和裂纹尖端的

环境。在无腐蚀性介质的环境条件下，油和碳氢化合物的影响与空气类似。但水、盐水及含

CO?或H2s的溶液会加快疲劳裂纹的扩展速率。干气管道中含少量CO?和H2s组分是正常的。

当CO?或H2s的任一浓度超过了干气管线典型工况历史水平时，除非有证据表明推荐的超标

浓度不会导致疲劳裂纹扩展速率的增加（或采取了充分的防腐措施），否则本附录不适用。

由于采用外涂层和阴极保护措施，木附录使用时可不考虑钢管外部环境对管道环焊缝疲劳裂

纹扩展速率的影响。

A.2.3应力腐蚀开裂

当在役管道环焊缝承受长期载荷时，某些环境会加速裂纹的扩展，或诱使缺陷周围的材

料变脆并达到临界开裂状态。这些典型环境如含Hf,也指含强氢氧化物、硝酸盐及碳酸盐

介质等。当管道中存在这些介质时，应确定最小临界应力。如果计算应力超过了最小临界应

力值，本附录不再适用。对H2s腐蚀环境服役的材料规定见GB/T20972.2。尽管很少有由于

管道表面暴露在含碳酸盐和硝酸盐土壤环境中而导致应力腐蚀开裂的例子，但这种裂纹通常

是与管道环向应力相关的轴向开裂，而非与轴向应力相关。然而，环向应力腐蚀开裂可能出

现在随服役期增加而轴向应力增加的位置，比如不稳定斜坡上的过度弯曲处。

采用适当的涂层和阴极保护措施可以缓解应力腐蚀开裂出现的频率和严重性。本附录适

用于采用涂层技术防止环境危害的情况。

A.2.4动载荷

应力分析应考虑环焊接头可能承受的潜在动载荷，如检修阀关闭时产生的动载荷。当焊

接接头承受的动载荷应变速率大于IO」『（应力速率为207Mpa・s）时，本附录不适用。

A.2.5残余应力

通过规定最低的CTOD断裂韧性和夏比冲击韧性，并结合方法1和方法2（A5I.2和

A.5.1.3）所规定的安全系数，已经考虑了焊接残余应力的影响，不需要再去额外考虑残余应

力。但所有与时间相关的失效机制（如疲劳）应评估残余应力的影响。

A.3焊接工艺

A.3.1概述

有最小断裂韧性要求的焊接工艺，其焊接工艺评定因素的控制更为严格。应制订适宜的

质量控制措施以确保焊接是按照焊接工艺规程的规定进吁的。本附录要求的焊接工艺评定应

按第5章进行，附加的焊接接头力学性能试验见A.3.4。

A.3.2焊接工艺评定因素

当焊接工艺规程有以下焊接工艺评定因素变更时，应重新进行焊接工艺评定：

表A.1焊接工艺评定基本变量

类型焊接工艺评定因素的变更

焊接工艺a）焊接工艺的改变。

b）电孤过渡模式的改变

c）焊接H动化程度改变（手工焊、半H动焊、机动焊）

母材a）强度等级的改变

b）钢首制造商的改变（钢板、钢锭、钢坯等）

c）钢板或板卷加工设备的改变

d）制管设备的改变

e）制管工艺的改变，包括EW,SAWH,无缝，扩径或不扩径等钢管成型工艺、热

处理或不热处理工艺。

f)化学成分超出MPS文件a规定的上限值或钢管未按MPS文件制造的下列任何改变：

1)对于CW0.12的钢材，Pcm值增加20.02%[Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+

Ni/60+Mo/15+V/I0+5B]

2)对于C20.12的钢材,CE值增加20.03%[CE=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr-

Mo+V)/5]

3)碳含量增加20.02%

g）壁厚大于评定母材壁厚的±3.2mm,

h）钢管管径的改变超出评定母材管径的-O.25D至0.5D。

接头设计坡口型式的重大改变支

焊接位置从旋转焊变为固定焊，或反之。

从立焊改变为水平焊，或反之。

时间间隔根焊道完成与下一焊道开始之间的时间间隔增加。低氢工艺不需要。

焊接方向焊接方向的改变（加立向下焊改变为立向上焊.反之亦然）.

保护气体a）由一种气体改变为另一种气体。

b）保护气体流量的改变超出评定记录值±10%以上。

焊剂焊剂的变更，相同型号填充金属制造商的变化。

电特性a）电流极性的改变（DC+,DC-,AC）.

b）每焊道焊接热输入量。的改变超过评定记录值d的±10%。

预热温度预热温度的改变。

道间温度道间温度的改变低于评定记录最低值，或高于评定记录最大值25C。

焊后热处理焊后热处理要求的改变。

a用户宜考虑MPS文件规定的钢管化学成分走否能够达到焊缝金属的力学性能水平。化学成分要求应

基于热分析的的结果。

b坡口角度或坡口而角度的微小变化不是焊接工艺评定因素。

c依据附录C进行计算.

d除非设计文件另有规定，否则该参数应记录为一个或一段焊道的平均值。；被控工艺的参数采样频率应不低于10kHz。施

工期间的参数记录和热输入房计算方法应与评定时相同.

表A.2单批次填充金属化学成分相对于目标均值的允许变化范围（见A.325）

合金元素允许变化范围/%

实心焊丝金属粉芯焊丝

C±0.02±0.02

Mn±0.10±0.15

Si±0.10±0.10

Mi±0.10±0.10

Cr±0.05±0.05

Mo±0.05±0.05

Ti±0.01±0.02

V±0.02±0.02

Nb±0.01±0.01

Cu±0.05±0.05

P±0.005±0.005

S±0.005±0.005

B±0.001±0.002

A.3.3%来源钢管的焊接工艺评定

稀释率较低的焊接工艺，如熔化极气体保护机动焊，表A.1规定的多来源母材进行焊接

工艺的评定时，应补充下列焊接接头力学性能试验：

a）每种母材的热影响区应按照A.3.4.3.3进行CT0D试验；

b）每种母材的热影响区应按照A.3.4.2进行夏比冲击韧性试验；

c）进行a）或b）试验的全部焊接接头进行横向拉伸试验。

无需对多来源钢管所有可能的对接焊组合进行焊接接头力学性能试验。

A.3.4焊接接头试验-对接焊

A.3.4.1拉伸试验

A.3.4.1.1拉伸试样应为紧凑型带肩板的试样，焊缝余高去除，试样尺寸见A.1。焊缝位于试

样拉伸平行段的中心位置，试样两端应足够夹持，试样数量和取样位置如见表3和图3。

号魔爱足以伸进夹夫

以进行盒验

至少为盖面焊擦宽度加上38nlm

或根据耍求确定

最少19m

I

不

盖面焊缝宽度

19mm32ir(n

!

25.41m最小半径

注：拉伸平行段的加工误差应在0.25mm毫米以内。

图A.1横向拉伸试样正视图

A.3.4.1.2焊缝力学性能试验结果要求如下：

a）若试样的抗拉强度不低于钢管的SMTS,试样合格。虽然试样的断裂位置焊缝且抗

拉强度满足要求的结果可接受，但应避免焊接接头低强匹配。

b）若试样断裂位置在焊缝或热影响区，且抗拉强度低于钢管的SMTS,则试样不合格。

c）若试样断裂位置在焊缝或热影响区，且抗拉强度低于钢管的SMTS但不低于

95%SMTS,则可复取两个试样，复取试样的抗拉强度均不应低于钢管的SMTS。若

复取的任一试样结果不满足要求，则不允许再复取试样。

d）任何试样断裂位置在焊缝或热影响区以外的区域，且抗拉强度低于钢管95%SMTS,

则试样不合格，且不允许复取试样。

A.3.4.2夏比冲击韧性试给

A.3.4.2.1冲击试样的长度方向应与钢管轴线平行，应根据钢管壁厚加工最大的允许试样尺

寸.。小尺寸试样的厚度应至少为钢管壁厚的80%。应从12点、6点及3点（或9点）位置分别制

取6个试样，共计18个，每个位置均应包含有3个缺口在焊缝中心的试样，3个缺口在热影响

区的试样。热影响区试样的缺口位置见图A.2。

图A.2热影响区夏比冲击试样及V形缺口位置

A.3.4.2.2夏比冲击韧性试验应符合GB/T229的要求，冲击试验温度应不高于最低设计温

度，缺口位置在焊缝和热影响区的有效试样应至少为9个。

A.3.4.2.3焊缝和热影响区的冲击韧性，每个试样单值应不小于30J,3个试样的平均值应不

小于40J。小尺寸试样的冲击韧性应符合上述要求，不需进行转化或修正。

A.3.4.2.4当每组焊缝金属或热影响区的9个试样中，仅有1个试样的冲击功低于30J,且

包含最低值的一组3个试样的平均值大于40J时，可在韧性低值试样的临近区域复取3个试样。

3个复取试样的冲击功均应不低于40J。否则不允许再次复取，且该焊缝不可接受。

A.3.4.3断裂韧性试验

A.3.4.3.1焊接接头断裂韧性试验应依据GB/T28896进行，试样规格宜为Bx2B,如图A.3所

示。试样的长度方向应平行于钢管轴线，宽度方向为钢管环向，裂纹尖端应贯穿厚度方向。

试样厚度应为钢管厚度加工去除弯曲段可获得的表面光洁度满足要求的最大矩形截面，如图

A.4。应去除焊缝余高，试样粗加工后宜使用侵蚀剂显示出清晰的焊缝和热影响区轮廓。

A.3.4.3.2焊缝金属的CTOD试样，缺口及预制的疲劳裂纹尖端应位于焊缝中心，如图A.5。

热影响区的CTOD试样，预制的疲劳裂纹应最大程度地穿过试样中部70%范围内的热影响区

粗晶区，见图A.6。每组热影响区的3个试样所预制的疲劳裂纹，应分别穿过中部70%范围内

的不同粗晶区。盖面焊缝热影响区的试样不应超过1件，应避免从盖面焊缝热影响区的粗晶

区多次取样。可通过显微硬度试验来辨别焊缝热影响区的粗晶区，并确定受后续焊道回火作

用影响最小的热影响区粗晶区位置。

图A.4CTOD试样加工与管壁厚关系示意图

焊缝CTOD试件缺口位置

A.3.4.3.3每种焊接工艺的焊缝和热影响区都应进行CTOD试验，试验温度应为设计温度或

低于设计温度。每组焊缝和热影响区的试验均应包括至少3个有效试样，3个试样应从焊件的

12点、3点或9点、6点位置各制取1个，并做好原始位置的永久性标识。

A.3.4.3.4试验后，应注意GB/T28896的评定要求，尤其是裂纹尖端平直度，这些判据与疲劳

裂纹尖端扩展的几何形态有关。本附录使用金、鼠或际表示CTOD值。当使用5m时，应在首次

达到最大载荷点测晟，应评估尖端扩展形态。测试报告应符合GB/T28896要求，应报告试样

的取样位置，CTOD值所代表含义为3c、6u还是6m,还应附上载荷-位移曲线记录和断口

表面形貌记录照片。

注：6c、3u和3m是GB/T28896定义的互斥术语，其试验结果不能在同一试验过程中获得。

6i是稳定裂纹扩展起始对应的CTOD值，与本附录关系不大，不必测量。

A.3.4.3.5当试件加工错误、疲劳裂纹尖端不满足平直度要求或试样断面的裂纹尖端周围发

现有焊接缺欠时，可重新制取试样重新进行试验，复取试样数量与失败试样数量相同。

A.3.4.3.6当焊缝和热影响区的全部6个试样的CTOD最小值均大于0.05mm时，方可使用本

附录。

A.4焊工资格

焊工上岗考核应符合第6章规定。

A.5检测及验收极限

A.5.1平面缺陷

A.5.1.1准备

评价前，应采用适合的无损检测方法测定缺陷的长度、高度及缺陷距表面的深度。射线

检测可测定缺陷长度，但不能测定缺陷高度，尤其是裂纹、未熔合、咬边和未焊透等平面类

缺陷。在检测精度已知且考虑了检测不确定度的情况下，可采用超声波检测法、带有黑度计

的射线检测法、超声成像法、由焊道厚度估算缺陷尺寸等方法来确定缺陷高度。缺陷高度的

测量结果具有一定的保守性。可采用常规射线检测来辨识缺欠类型，并辅助其他检测方法测

定缺欠高度。

A.5.I.2确定最大可接受缺陷尺寸的程序

a）确定平面缺陷最大可接受缺陷尺寸的方法有以下三种：

1）方法一是图形格式的简化方法。它基于理论和实验验证的塑性垮塌准则，并经

过方法二的适当修正；

2）方法二是失效评定图方法。失效评定图允许同时考虑脆性断裂、塑性破坏，以

及两种失效模式之间的影响（弹性-塑性断裂兀第一、二种方法仅适用于A.2.2

中规定的承受有限疲劳载荷的管道；

3）当交变载荷超过方法一和方法二的载荷谱要求时，方法三允许使用经验证有效

的合于使用评定规范。

b）方法一仅限于裂纹尖端张开位移CTOD韧性大于等于0.10mm的情况。方法二和方

法三可应用于CTOD韧性最小值大于0.05mm的情况；

c）方法一和方法二无管径或D/t限制，经理论证实D/t>10时这两个评定程序是有效

的；

d）Y/T>0.95的钢管通常会有较低的均匀应变能力和延展性，当使用本附录对这类材料

进行评价时，应进行补充的力学性能试验。

A.5.I.3方法一确定的可接受缺陷尺寸

A.5.1.3.1说明

根据CTOD值的不同，给出了两套验收准则：

a）图A.7为CTOD韧性值大于等于0.25mm时，不同载荷水平（/V）条件下的最大可

接受缺陷尺寸。若实际载荷水平未在图A.7中列出，可通过临近曲线插值或采用次

高载荷水平曲线确定最大可接受缺陷尺寸；

b）图A.8为CTOD韧性值大于等于0.10mm且小于0.25mm时，最大可接受缺陷尺

寸；

c）图A.7和A.8分别限定CTOD韧性值为0.25mm和0.10mm的情况，因此图A.7和

A.8缺陷验收极限的局限性大于方法二；

d）缺陷累计长度不应大于管周长的12.5%,缺陷最大高度不应大于管壁厚的50%；

e）埋藏缺陷的高度险收极限等同于表面缺陷的高度验收极限；

f）缺陷验收尺寸的固有安全系数可允许缺陷高度具有一定的尺寸误差，且不对焊缝的

完整性造成负面影响。固有安全系数假设的高度不确定度为1.5mm与8%t中的较

小值。

g）当无损检测工艺的高度测量误差大于假定的高度不确定度时，实际缺欠可接受高度

值应为计算的缺欠可接受高度减去无损检测工艺的高度测量误差与假设的高度不

确定度之间的差值。当无损检测工艺的高度测量误差小于假定的高度不确定度时,

无需对缺欠验收的可接受高度值做任何修改。

A.5.1.3.2载荷水平（Pr）的计算

应使用流变应力计算载荷水平，流变应力应是SMYS和SMTS的平均值。也可以按公式

（A3）估算：

23

（Jf=[1+）]................................................（A.3）

6.的单位是MPa,载荷水平（Pr）为：

P=相(A.4)

A.5.L3.3方法一的应用实例

钢管外径为610mm,壁厚为12.7mm,钢级为L485。依据A.1和A.2确定最大轴向设计应

力为424.04MPa,补充测定的环焊缝最小CTOD韧性值为0.279mm。这些数据归纳如下:

管外径OD610mm

管壁厚t12.7mm

SMYS482.65MPa

SMTS565.39MPa

CTOD0.279mm

on轴向设计应力424.04MPa

检测误差1.27mm

详细的ECA计算过程如下:

理

魁

/

超

帼

祖

父

允许长度ZB周

图A.7方法一CTOD>0.25mm时的缺陷验收极限

0.5

S4

»

解

/。3

褪

帼

S

2

法

B

。1

0.0

0.0000.0250.0500.0750.1000.125

允许长度/圆周

图A.8方法一O.lOmmWCTOD<0.25mm时的缺陷验收极限

步骤一：确定流变应力

钢级d为482.65MPa时，用公式A.3计算流变应力。

23.

叼=482.65x1+(品)=515.46.......................................(A.5)

注意：示例中流变应力可以用SMYS和SMTS的平均值替代，本案例按照屈服强度和抗拉

强度均值计算的流变应力为524.02MPa,与公式A.3计算出的结果非常接近。

步骤二：确定所施加的载荷水平

通过代入前面提到的电和or来计算载荷水平Pr.

“0a0.145x424.04

'J74.745=0.823.......................................(A.6)

aa424.04

"不=时二0,823

步骤三：确定初始的允许块陷尺寸

CTODK).25mm的情况下，根据图A.7中载荷水平Pr=0.825的曲线进行插值处理，确

定初始的允许缺陷尺寸。表A.1和图A.9中列出了初始的允许缺陷尺寸数值。

表A.1的第二列显示的允许缺陷高度是通过允许缺陷高度/壁厚WT值乘以壁厚(此例中

壁厚为12.7mm)得到的。同样，允许缺陷长度是通过允许缺陷长度/管周长值乘以管周长(兀

xOD)或3.14x610mm计算得到的。

表A.1载荷水平为0.825时的初始允许缺陷尺寸

允许的缺陷高度/管壁允许的缺陷高度允许的缺陷长度/钢管周允许的缺陷长度

厚度(mm)长(mm)

0.56.350.02548.26

0.45.080.03260.96

0.33.810.04281.28

0.22.540.063121.92

0.11.270.128246.38

步骤四：确定的缺陷高度的调整

假定缺陷高度的不确定度取8%t和1.524mm中的较小值=1.02mm。

检测误差-1.27mm。

缺陷高度调整=检测误差-假定的缺陷高度不确定度=0.25mm。

7.62

635

(

共508

)融

坦

施381

£

圣

共

同254

1.27

0.00

025.450.876.2101.6127152.4177.8203.2228.6冽

可允许的长度（亳米）

允许长度/圆周

图A.9高度调整前后的允许缺陷验收尺寸曲线

步骤五：得出最终验收表格

ECA评价结果应以便于用户使用的表格形式列出，如表A.2所示。当钢管壁厚较厚时，相

关表格中可能出现更多的行。

表A.2验收表格示例

可允许的缺陷高度（mm）可允许的缺陷长度（mm）

0-1.27203.2

1.27~12.776.2

3.81-6.1048.26

>6.100.0

注：可以参照A.5.1.4.2中的步骤8对ECA结果做进一步的调整。

A.5.1.4方法二确定可接受的缺陷尺寸

A.5.1.4.1背景

方法二是失效评定图方法（FAD）。如图A.10,用FAD方式的评定有三个重要组成部分:

1）失效评定曲线FAC；

2）应力或载荷比，Sr或Lr,；

3）韧性比，Kro

图A.10第二种工艺的示意图

FAC失效评定曲线是用应力比和韧性比来定义临界状态的轨迹。应力比定义了塑性破坏

的可能性。韧性比是所施加的裂纹驱动力与材料的断裂韧性之比，它定义了脆性断裂佗可能

性。

FAD方法的计算复杂，需要精通和掌握断裂力学，确保能够正确使用该程序。经验证的

计算程序能极大地简化计算过程。

A.5.1.4.2确定临界缺陷尺寸

通过A.5.1.4.3提供的公式迭代计算临界缺陷尺寸。具体步骤如下：

1）设定缺陷尺寸的初始值。合理的缺陷初始值应包括最大允许缺欠高度，n=（）・5（n=

缺欠高度/壁厚）和较小的缺欠长度，如所采用的检测方法能检测到的最小缺陷长

度；

2）根据A.5.1.4.3,以失效评估图（FAD）形式确定评定点；

3）如果评定点落在了安全区域以内，则增加缺陷长度，并重复步骤2；

4）如果评定点落在了安全区域以外，则需减小缺陷长度，并重复步骤2；

5）如果评定点落在FAC上：

a）说明此状态为载荷、材料特性和缺陷尺寸组合条件卜.的临界状态，记录缺陷高

度和长度；

b）小幅度的减小缺陷高度，如：降幅加1为0.05。从a）确定的缺陷长度开始，重

复步骤2；

6）将临界缺陷高度和长度计入表格；

7）将缺陷长度取1.5倍的安全系数，获得允许的缺欠高度与缺欠长度的草稿表格；

8）对草稿表格进行必要的调整，获得缺陷的允许高度与允许长度的最终表格，确保其

符合所选定的无损检测方法的可检测性和良好的焊接操作性。。

A.5.1.4.2.1总的缺欠长度不应大于管周长的12.5%,最大缺欠高度不应大于管壁厚的50%。

A.5.L4.2.2埋藏缺欠的允许高度应视同表面开裂缺欠的允许高度。

A.5.1,4.2.3可接受的缺陷尺寸的固有安全系数对缺陷高度存在一定程度的尺寸负偏差具有

包容性，且不会对焊缝的完整性产生负面影响。固有保守性中，假定的缺陷高度不确定度为

1.5mm和8%t中的较小值。

A.5.L4.2.4当缺欠高度尺寸的负偏差大于固有保守性中对高度不确定度的假设，则实际的

缺欠可接受高度值应为计算的缺欠可接受高度值减去无损检测工艺的高度测显误差与假设

的高度不确定度之间的差值。缺陷高度的调整处理应在根据最大缺欠高度（即，缺欠最大高

度W50%t,见A51.3.3）调整完成之后进行，当高度的检测负偏差（也可称为检测误差）大

于假定的高度不确定度，则无需减小允许的缺欠尺寸。

A.5.1.4.3确定FAD评定程序的关键要素

a）失效评估曲线（FAC）；

FAC见公式（A.7）：

Kr=f（Lr）=（I-0.14L;）［0.3+0.7exp（-0.654）1........................（A.7）

失效评定曲线（FAC）在L轴向上的截断线为：

乃“”=%/%.....................................(A.8)

式中流变应力5是SMYS和SMTS的平均值，或通过公式A.3确定。

b）评定点韧性比

韧性比的见公式（A.9）：

A.(A.9)

黑I

式中8mal是材料的CTOD韧性。CTOD驱动力的弹性分量为3c可按下式计算:

%=...................................................(A.I0)

%

式中Je为J枳分的弹性分量，d”为J与CTOD的转换因子，可按下式估算:

式中〃是下述应力(。)应变(Q关系中的应变硬化指数。

一■(0.005—&丫21................................

(AJ2)

EI

这里E是杨氏模量。

应变硬化指数可以通过Y/T屈强比来估算：

ln(g,Z0.005)

〃-ln{l/(r/T)}................................(A.13)

对于API5LX52-X80的铁素体材料，Y/T屈强比可以按下式估算:

Y/T=———.........................................(A.14)

/1+2(鼾3。

A.13中的均匀应变&估算为:

et=-0.01206625ay+0.22.......................................(A.15)

公式A.14和A.15中5,的单位是MPa。弹性J积分定义为：

K；

(A.16)

E/(1-L>2)

及

降=巴而尸人(A.17)

参数A是管径比a、相对缺陷长度p和相对缺陷高度n的函数。

〃之0.1且尸工”工

%(a，乃0)

a

80t]807.(A.18)

Fb(a，B，rf)=<a.P------77>0.1且£>

7iaTVa

z;<0.1

冗a)

这里

FbJa,0,〃)=1.09+2.3以西外,服/两十也十6.自小

Ia"

(A.19)

m}=-0.00985-0.163;;-0.345〃(A.20)

2

m2=-0.00416-2.18z/+0.155z/.......................（A.21）

c）评定点应力比〃

应力比的计算见下式：

Lr=型......................................（A.22）

4

式中塑性垮塌应力Gc由公式（A.22）和公式（A.23）确定：

,平+38*.05-西小。俚小型迎回巴

-4」|.I2J2J当邛＜005时

...............................（A.23）

4LV22J当nB20.05时

....................（A.24）

注：兀为弧度单位

A.5.1.5方法三确定可接受缺陷尺寸

A.5.1.5.1概述

大多数的近海管道和管线，在建设和运营过程中存在有交变载荷。仅当疲劳教荷谱密度

超过5x】a的情况下，允许使用方法三。

若设计文件有规定，可使用验证有效的合于使用原则来建立缺陷验收准则。最为广泛接

受的评价程序是BS7910,该程序应由高素质的，且精通断裂力学、管道焊接和无损检测原

理的分析师/工程师来实施。在建立缺欠验收准则时：任何选定的评价程序均应被看成一个

整体，并适当考虑安全系数。应当认识到，各种评价程序及焊接工艺评定因素可能不同于方

法一和方法二，不宜将不同方法的各部分混合使用。

A.5.1.5.2疲劳缺陷扩展

包括下列内容：

1）应进行恰当的疲劳分析来确定初始的缺陷验收准则。可以使用可公开获取的各种程

序和软件来确定狭陷扩展。在整个疲劳加载谱E,应检查所有峰值载荷时的静态抗

裂性。熟练的从业人员在整个应用交变载荷的过程中可能会使用现成的软件程序来

进行疲劳分析和驿态失效条件校核。

2）使用方法一得到的允许缺陷尺寸可以被视为埋藏和表面缺陷的初始缺陷尺寸。如果

在使用寿命结束前就达到了临界缺陷尺寸或出现了静态峰值载荷的失效（具有合适

的设计或安全系数），初始缺陷尺寸就需要减小。应注意根据服役类型选择合适的

裂纹扩展曲线（da/dN曲线）。BS7910提供了疲劳裂纹扩展曲线以及如何选择曲

线的指南，业主可以提供补充信息，生成不同介质条件下的管道的缺陷扩展曲线。

对于D/t值较小的钢管，壁厚方向的应力是非均匀的，，有必要进行多个初始缺陷

位置的分析。

A.5.1.5.3检测误差和缺陷容限的安全系数

应通过评定合格的检测系统/检测工艺/检测人员在特定项目或采用类似材料和焊接工

艺的项目中的NDT评定结果中提取的检测误差来修正可允许的缺陷高度。

A.5.1.6横向平面缺陷

横向平面缺陷需要返修或清除。焊缝缺陷从开始到终止的累枳缺陷高度不应超过64mm

和50%1中的较小值。

A.5.2体积缺陷的验收极限

高断裂韧性材料中的埋藏体积缺陷，如夹渣或气孔等产生失效的可能性要远低于平面缺

陷，这些缺陷可以视同平面缺陷评定，或使用表A.5的简化方法。表面开裂缺陷和根据缺陷

相互影响规则被重新归类为表面开裂缺陷的埋藏缺陷应视同平面缺陷评价。

注：无论如何评定缺陷，采用CTOD韧性和夏比冲击功的最低值要求都是适合的。

表A.3埋藏体积缺陷的验收极限

缺陷类型高度或宽度长度

气孔t/4或6.35mm,二者取其小t/4或6.35mm,二者取其小

夹渣t/4或6.35mm,二者取其小4t

A.5.3电弧烧伤

电弧烧伤是由于引弧或操作不当而引起管子内外表面顿伤的一种缺陷。这种缺陷通常是

肉眼可见的点或孔洞，或者是X射线底片中黑度较大的影像区域。这些缺陷通常被热影响区

包围着，其韧性可能低于母材和焊缝金属。

表A.4是未经返修的电弧烧伤的验收标准，该标准的前提是假设电弧烧伤区域的热影响

区韧性值为零，且所有平面缺陷的边缘是钝化的。若电弧烧伤缺陷含有肉眼可见或常规射线

检测可检测到的裂纹，则应进行返修或割口。

表A.4未经返修的电弧烧伤的验收标准

测量尺寸验收标准

宽度1或7.94mm,二者取其小

长度（任意方向）t或7.94mm,二者取其小

深度（至弧坑底部）1.59mm,二者取其小

注1：适用于最小CTOD值为0.127mm或0.254mm的情况。

注2：大量数据显示电弧烧伤（包括热影响区）的深度不足其宽度的一半。

A.5.4缺陷的相互影响

a）若两个缺陷足够靠近,则可看成是单个大缺陷,应根据图A.I1确定缺陷是否存在

相互影响。若存在相互影响，则应按图A.11计算其缺陷的有效尺寸，并按本附录

评估；

b）如果相互影响缺陷中的一个缺陷需要返修，则所有相互影响的缺陷都应按A.7的要

求进行返修。

存在相互影响存在相互影响的有效

的判据缺陷尺寸的计算

s<2Ga.=largerof/anda2

情况1:

（G<0）2C9=2G+s+2C2

•X<2cl

2a=2al+*+2a2

情况2：and

$2<+a22c.=2cl+$1+2，

S[<2q

a—2al+与+02

情况3：and^

a

$2<5+22c、=2cl+S[+2c2

（。〈七）

情况4：a©=d+2a

d<a

2C9=2c

情况5：

图A.11缺陷干涉评估准则

A.6记录

应记录按照本附录所确定的缺陷类型、位置及尺寸，记录中还应含有管道射线检测或其

他无损检测的记录。

A.7返修

A.7.I焊缝返修及验收

依据本附录判定的所有缺陷，应按第7章的要求进行返修或割口。

焊缝返修区域的累计长度不应超过管周长30%或763mm两者的较小值。返修区域应按

11.1条款的要求进行射线检测或按照114条款的要求进行超声波检测。当返修区域质量满足

第9章的验收标准或设计文件规定的更为严格的验收标准或A.7.2的规定时，该返修可接受。

A.7.2依据方法3的特殊环境焊缝的返修及验收

当方法3的缺欠验收规定比第9章更为严格时，应设计文件规定的评价程序和补充焊接工

艺评定结果建立返修焊缝的替代验收标准。

A.8符号

a——缺陷高度（mm）；

c---缺陷半长（mm）；

D——钢管外径（mm）；

dn——由J积分计算CTOD的转换因子（无量纲）；

E---杨式模量（MPa）；

Jc——J积分的弹性分量（MPamm）；

Ki---应力强度因子（MPa（mm）1-）:

K,-FAD模式中的韧性比（无量纲）；

L,——FAD模式中的应力比（无量纲）：

L加5一FAD模式中的截断应力比（无量纲）；

n——应变硬化指数（无量纲）；

P.一标准化的载荷应力或载荷水平，Pr=Oa/Of（无量纲;

I——管壁厚度（mm）；

a——管径和壁厚之比，a=D/t（无量纲）；

P——缺陷长度和管周长之比，p=2c/7iD,（无量纲）；

8C——CTOD韧性值的弹性部分（mm）；

尬必——CTOD韧性值（mm）；

t——钢管公称壁厚；

n—缺陷高度和管壁厚之比，n=a/t,（无量纲）；

v——泊松比（无量纲）；

oa---最大轴向设计应力（MPa）；

W——塑性破坏应力（MPa）；

5——管材的流变应力（MPa）；

5T——管材的最大抗拉强度或UTS（MPa）；

ay.Y——管材的规定最小屈服强度或SMYS（MPa）；

均匀应变（无量纲）。

附录B

（规范性附录）

在役管道焊接技术

B.1概述

本附录适用于在役管道及管道系统的管道元件返修及安装过程中的焊接操作。为便于分

析，本附录将输送原油、成品油或天然气的管道统称为在役管道系统。本附录适用于含有空

气、水和第1章范围中未列出的其他产品的管道。在役管道系统上进行焊接并得到的焊缝统

称为在役焊健。木附录不适用于已经完全关闭、停产或不再运行的管道系统的焊接。

若在役管道系统的运行条件与第5章焊接工艺评定因素相比，不会增加焊缝金属冷却

速度或氢致裂纹的风险，则在役管道系统的焊接工艺可按照第5章或本附录进行评定。如果

焊缝金属冷却速度或氢致裂纹风险增加，在役管道系统的焊接工艺应按照本附录进行评定。

在役管道系统的焊接主要有两方面问题。一是要避免'‘烧穿"，也就是焊接电弧烧穿管

壁。另一方面是预防氢致裂纹，主要是由于介质流动增加管壁散热，使得焊缝金属冷却速度

增大。

当钢管壁厚不小于64mm时，采用低氢型焊条焊接，通常不会出现烧穿现象。而对于

在役的薄壁管线，需采取特殊措施，如控制焊接热输入量等防止烧穿。烧穿一股可能发生在

堆焊回火焊道隔离层、对焊缝缺陷返修焊、对管壁金属决火进行堆焊返修等工况条件下。

氢致裂纹的产生，应同时满足三个条件：焊缝金属含氢量、焊接接头淬硬倾向及焊接接

头所承受的拘束应力。若其中有一个条件不满足，就可避免产生氢致裂纹。对在役管道系统

进行焊接时，应使用低氢型焊条或低氢焊接工艺。不能保证焊缝金属低氢水平时应采取减少

焊接接头淬硬组织形成的方法，如焊接热输入量控制法、预热法、回火焊道工艺法等，均可

有效地避免氢致裂纹。焊接热输入量控制法是使用足够大的焊接热输入量，以克服介质流动

带来的负面影响，目前有多种预测焊接热输入量的方法，如计算机模拟热分析，这些热分析

方法可预测焊接过程所需要的热输入量，但不应替代焊接工艺评定（见B.2）。对某些在役管

道系统进行焊接时，由于输送介质散热，会造成预热困难。图B.1为典型的回火焊道工艺的

熔敷顺序。为了减少焊接应力，在组对时应注意合理装配，以减小根部的应力集中。

在役管道系统的焊接，既应保证焊缝的安全性，又应具有可靠的使用性能。例如，如果

管壁比较薄（小于6.4mm）,应限制焊接热输入量以防止烧穿，但低热输入量乂会因输送介

质散热而使焊缝金属冷却速度增大，导致氢致裂纹产生.这样就应合理调整焊接工艺参数。

如果防止烧穿工况的最大焊接热输入量仍不可避免氢致裂纹时，则应采取其他措施，圻调整

回火焊道顺序。

本附录的主要内容是防止在役管道系统焊缝中产生氢致裂纹。当钢管壁厚小于6.4mm,

应考虑烧穿的可能性，并应使用计算机模拟热分析或其他方法确定最大焊接热输入量。在役

管道系统焊接时应注意内部流动介质在热作用下易爆、易燃，或影响管材性能使其产生应力

腐蚀开裂或脆性断裂等问题。其他安全要求见SY6554《石油工业带压开孔作业安全规范》。

在役管道系统的焊接应遵循本标准中关于角焊缝的要求，并满足下列附加要求。

支管角焊^B型套筒角焊缝

注：隔离层堆焊焊道宜采用直拉焊。后续焊道的焊接宜采用大热输入量，可对隔离层

焊道的热意响区起到细化和回火的作用。

图B.1回火焊道熔敷顺序示例

B.2在役管道系统的焊接工艺评定

除5.6关于焊接工艺规程的内容说明外，在役管道系统焊接工艺还应符合本附录所规定

的替代/附加要求。

B.2J焊接工艺规程

B.2.L1钢管和管件

在役管道系统焊接时，除了指明材料的SMYS外，还应指明材料的碳当量。

B.2.1.1.2管道服役条件

在役管道系统焊接时，应指明焊接工艺适用的管道服役条件（如输送介质、流量等）。

B.2.1.1.3焊接热输入量范围

焊接工艺采用热输入量控制法时，为克服介质流动影响而采用足够大的焊接热输入量,

应规定焊接热输入量范围。焊接工艺采用回火焊道时，为克服介质流动影响而规定了回火焊

道熔覆顺序的，应要求每焊道的焊接热输入最范围。焊接热输入审计算公式见附录C。

B.2.1.1.4焊道顺序

采用回火焊道焊接工艺克服介质流动影响时，应规定焊道顺序和焊道间距，以确保对前

一焊道的回火作用。

B.2.2焊接工艺评定因素的变更

当表B.1中规定的焊接工艺评定因素变更时，应重爵进行在役管道焊接工艺评定。当焊

接工艺规程有表B.1中规定的焊接工艺评定因素以外的变更时，可修订焊接工艺规程，不必

重新进