GB-T 48325-2026《氢气管道焊接接头氢相容性试验方法》

1GB/T48325—2026氢气管道焊接接头氢相容性试验方法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，注日期的引用文件，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GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法GB/T3634.2氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢GB/T5832.1气体分析微量水分的测定第1部分：电解法GB/T5832.2气体分析微量水分的测定第2部分：露点法GB/T6285气体中微量氧的测定电化学法GB/T6398金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法GB/T19806塑料管材和管件聚乙烯电熔组件的挤压剥离试验GB/T19808塑料管材和管件公称外径大于或等于90mm的聚乙烯电熔组件的拉伸剥离试验GB/T19810聚乙烯(PE)管材和管件热熔对接接头拉伸强度和破坏形式的测定GB/T21143金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法GB/T26077金属材料疲劳试验轴向应变控制方法GB/T28726气体分析氦离子化气相色谱法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/T29729氢系统安全的基本要求GB/T34542.2氢气储存输送系统第2部分：金属材料与氢环境相容性试验方法GB50058爆炸危险环境电力装置设计规范3术语和定义GB/T34542.2、GB/T28896和GB/T29729界定的以及下列术语和定义适用于本文件。输送氢气摩尔分数大于3%的含氢混合气的管道。金属管道焊接接头weldingjointsofmetallicpipes采用焊接方式将金属管材母材连接形成的接头。2非金属管道焊接接头weldingjointsofnon-metallicpipes采用焊接(熔接)的方式将非金属管材或管件的连接部位加热至熔融状态，冷却凝固后形成的接头组件。注：分为热熔接头、电熔接头两类。4金属氢气管道焊接接头氢相容性试验方法对于壁厚大于或等于5mm的管道，试验项目包括但不限于慢应变速率拉伸试验、焊接接头疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验和断裂韧度试验；对于壁厚小于5mm的管道，试验项目包括但不限于整管氢气爆破试验和氢环境整管疲劳试验；当管道壁厚大于或等于5mm,但因管径偏小难以加工标准断裂韧度试样时，可参照小壁厚管道要求进行整管试验。以上各项试验中平行试验数量均不应少于3个。4.2.1慢应变速率拉伸试验缝区试验宜采用跨焊缝试样，标距段应包含焊缝、热影响区和母材，且焊缝位置居中。4.2.1.2缺口拉伸试样应符合GB/T34542.2中的相关要求。焊缝试样缺口应位于焊缝中心，热影响区试样缺口宜位于熔合线加1mm位置。4.2.1.3环向焊接接头取样位置示意图见图1a):对于母材试样，取样位置应远离焊缝，且宜选择管道横向方向取样(见图1a)中位置1];当管材无法满足横向取样时，可选择纵向取样(见图1a)中位置2];对于焊缝和热影响区试样，宜选择管道纵向方向取样(见图1a)中位置3～位置5]。4.2.1.4螺旋焊缝管取样位置示意图见图1b):对于母材试样，取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4,且宜选择管道横向方向取样(见图1b)中位置1],当管材无法满足横向取样时，可选择纵向取样(见图1b)中位置2];对于焊缝和热影响区试样，宜选择垂直于螺旋焊缝方向取样[见图1b)中位置3～位置5]。4.2.1.5直焊缝管取样位置示意图见图1c):对于母材试样，取样位置与焊缝中心应至少间隔90°,且试样宜选择管道横向方向取样(见图1c)中位置1],当管材无法满足横向取样时，可选择纵向取样(见图1c)中位置2];对于焊缝和热影响区试样，宜选择管道横向方向取样(见图1c)中位置3～位置5]。4.2.2焊接接头疲劳试验4.2.2.1应采用跨焊缝光滑疲劳试样，试样标距段应包含焊缝、热影响区和母材，焊缝位置应居中且母材区域长度不应小于焊缝区域长度。4.2.2.2试样平行段直径宜在管道壁厚许可范围内选取最大加工尺寸，且标距段的粗糙度应小于或等4.2.2.3环向焊接接头、螺旋焊缝管和直焊缝管取样示意图分别见图1a)中位置5、图1b)中位置5和图1c)中位置5。GB/T48325—20263L标引序号说明：3——纵向(L)取样，且试样缺口位于焊缝中心；4——纵向(L)取样，且试样缺口位于热影响区；a)环向焊接接头取样位置示意图L标引序号说明：1——横向(T)取样，且取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4;2——纵向(L)取样，且取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4;3——垂直于螺旋焊缝方向取样，且试样缺口位于焊缝中心；4——垂直于螺旋焊缝方向取样，且试样缺口位于热影响区；5——垂直于螺旋焊缝方向取样，跨焊缝试样，且试样中心位于焊缝中心。b)螺旋焊缝管取样位置示意图图1慢应变速率拉伸和焊接接头疲劳试验取样位置示意图GB/T48325—20264L标引序号说明：2——纵向(L)取样；3——横向(T)取样，且试样缺口位于焊缝中心；4——横向(T)取样，且试样缺口位于热影响区；5——横向(T)取样，跨焊缝试样，且试样中心位于焊缝中心。图1慢应变速率拉伸和焊接接头疲劳试验取样位置示意图(续)4.2.3疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试验4.2.3.1疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试样应分别符合GB/T6398和GB/T21143的要求。4.2.3.2试样的厚度宜大于或等于管道壁厚的85%。4.2.3.3断裂韧度试样宜采用开侧槽的紧凑拉伸试样。4.2.3.4焊缝试样预制裂纹面应位于焊缝中心，热影响区试样预制裂纹面宜位于熔合线加1mm位置。4.2.3.5环向焊接接头取样位置示意图见图2a):对于母材试样，取样位置应远离焊缝，且宜选择TL方向取样(见图2a)中位置1];对于焊缝和热影响区试样，宜选择LT方向取样(见图2a)中位置2和3]。4.2.3.6螺旋焊缝管取样位置示意图见图2b):对于母材试样，取样位置与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4,且宜选择TL方向取样[见图2b]中位置1];对于焊缝和热影响区试样，宜选择裂纹面平行于螺旋焊缝方向取样(见图2b)中位置2和3]。4.2.3.7直焊缝管取样位置示意图见图2c):对于母材试样，取样位置与焊缝中心应至少间隔90°,且宜选择TL方向取样(见图2c)中位置1];对于焊缝和热影响区试样，宜选择TL方向取样(见图2c)中位置2和3]。GB/T48325—20265标引序号说明：1——TL方向取样；2—LT方向取样，且裂纹面位于焊缝中心；3—-LT方向取样，且裂纹面位于热影响区。注：第一个字母表示裂纹面的垂直方向，第二个字母代表预期的裂纹扩展方向；TL方向取样，裂纹面的法线平行于管道横向方向，预期的裂纹扩展方向为管道的纵向方向；LT方向取样，裂纹面的法线平行于管道纵向方向，预期的裂纹扩展方向为管道的横向方向。a)环向焊接接头取样位置示意图标引序号说明：1——TL方向取样，且试样中心与邻近焊缝的距离不应小于螺旋焊缝螺距的1/4;2——裂纹面平行于螺旋焊缝方向取样，且裂纹面位于焊缝中心；3——裂纹面平行于螺旋焊缝方向取样，且裂纹面位于热影响区。b)螺旋焊缝管取样位置示意图图2疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试验取样位置示意图GB/T48325—20266标引序号说明：1——TL方向取样；2——TL方向取样，且裂纹面位于焊缝中心；3——TL方向取样，且裂纹面位于热影响区。c)直焊缝管取样位置示意图图2疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度试验取样位置示意图(续)4.2.4整管氢气爆破和氢环境整管疲劳试验整管氢气爆破和氢环境整管疲劳试验试样要求如下：a)试验管段应包含焊接接头，焊接接头应位于试验管段中间位置，如图3所示；b)应保证试样非夹持段的总长度不小于管道公称直径的10倍。标引序号说明：图3整管氢气爆破和氢环境整管疲劳试验试样示意图4.3测试装置及测试环境4.3.1测试装置测试装置规则如下：a)除整管氢气爆破试验外，4.1规定的其他试验所用测试装置应满足GB/T34542.2的要求；b)宜采用内部载荷测量装置进行力的测量；应保证内部载荷传感器和引伸计等测量装置在高压氢气环境中的稳定性；当采用外部载荷测量装置时，应根据GB/T34542.2的要求对测量值进c)测试装置中所用测量仪器的安全和防爆性能应符合GB/T29729和GB50058的规定；7d)装置的进气通道布置应评估混合气体环境试验中对多路进气入口的需求，且通道和环境箱设计应评估后续加热脱气的便利性；e)试验环境箱的温度传感器宜靠近试样布置；若无法贴近试样表面，可通过充分保温、恒温确保试样本体温度达到并稳定在预设温度；f)整管氢气爆破试验宜在室外露天环境开展，管道周围应设置防爆墙或其他阻隔装置，且试验前应计算爆破能量，设置足够的安全距离；g)整管氢气爆破试验场地应设置氢气浓度监测报警装置，配备惰性气体吹扫系统；h)整管氢气爆破试验中，管道内部可填充高密度聚乙烯等轻质、化学性质稳定且不与氢气发生反应的材料；i)氢环境整管疲劳试验中宜采用自紧式夹具，结构可参考附录A。4.3.2测试环境4.3.2.1试验气体4.3.2.1.1试验用氢气应满足GB/T3634.2中高纯氢的技术要求。4.3.2.1.2对于掺氢天然气管道，试验气体的具体组分应根据管道实际服役气体环境确定。其中二氧化碳与实际服役气体环境中的摩尔分数差值不宜超过10%,硫化氢含量不宜低于实际气体中的含量，一氧化碳和氧气含量均不宜超过0.0001%。4.3.2.2气体置换4.3.2.2.1试验装置内部气体的置换应满足GB/T34542.2的要求。4.3.2.2.2气体置换结束后，一氧化碳和氧气摩尔分数均应小于或等于0.0001%,水的摩尔分数应小于或等于0.0005%。其中一氧化碳和氧气含量应按GB/T28726或GB/T6285的规定检测，水含量应按GB/T5832.1或GB/T5832.2的规定检测。4.3.2.2.3试验系统内一氧化碳、氧气和水的含量在连续3次测试中均满足4.3.2.2.2的要求时，6个月内无需检测试验系统内的一氧化碳、氧气和水含量；若试验系统经过维修、更换部件或停用超过15d重新启用，即使仍在6个月内，也应重新进行气体含量检测。4.3.2.3试验温度4.3.2.3.1确定试验温度时应评估温度对材料氢相容性的影响，输氢用管线钢宜在室温下进行试验，但对于最低设计温度低于-10℃的管道，除在常温下开展试验外，还宜在最低设计温度下开展材料在氢环境下的断裂韧度试验。4.3.2.3.2试验过程中环境箱内温度波动宜控制在±2℃以内。4.3.2.3.3环境对比试验和相应高压氢环境相容性试验应取相同的试验温度。4.3.2.4试验压力4.3.2.4.1除整管氢气爆破试验外，4.1规定的其他试验中氢气分压和气体总压均不应低于实际服役气4.3.2.4.2试验过程中，因温度变化或气体泄漏导致环境箱内压力降低超过试验压力的1%时，可对环境箱进行补压，补压后应保证环境箱内压力不超过试验压力的2%,且补压后氢气和硫化氢的含量不应低于服役气体环境中可能出现的最高值。4.3.2.4.3当采用环境箱中直接配制混合气体的方式进行试验时，环境箱中压力达到设定压力后，在试验开始前至少应保压1h,压力和温度稳定后方可进行试验，且同组对比试验中该间隔时间应保持GB/T48325—20268一致。4.3.2.4.4环境对比试验和相应高压氢环境相容性试验应取相同的试验压力。4.4试验过程及要求4.4.1慢应变速率拉伸试验4.4.1.1试验应采用恒位移速率加载，宜采用引伸计测量试样的变形。4.4.1.2对于光滑圆棒试样的标距段应变速率不应超过2×10-⁵s⁻¹;对于缺口圆棒试样，当采用GB/T34542.2规定的标准试样尺寸时应变速率不应超过2×10⁻⁵s-¹,采用非标准缺口尺寸时，应通过预试验确定合理的应变速率，确保试验处于应变速率不敏感区间。4.4.1.3试验过程应满足GB/T228.1的相关要求。4.4.2焊接接头疲劳试验4.4.2.1试验应采用应变控制，应变比宜根据管道服役过程中可能出现的最大压力波动比确定，但一般不超过0.8;宜在不低于0.2%的最大塑性应变量下开展试验。4.4.2.2加载波形应采用三角波或正弦波。4.4.2.3加载频率不应大于1Hz,宜取0.1Hz～1Hz。4.4.2.4试验过程应满足GB/T26077的相关要求。4.4.3疲劳裂纹扩展速率试验4.4.3.1应力比(R)宜根据管道服役过程中可能出现的最大压力波动比确定，但一般不超过0.8;当采用R=0.1开展试验时，该试验数据不宜用于管道压力波动下限值和上限值的比值大于0.1的工况。4.4.3.2疲劳裂纹扩展速率测试的应力强度因子范围(△K)宜依据管道服役疲劳载荷谱确定，相应试验数据用于疲劳寿命分析时，试验的△K区间宜能完整覆盖服役工况对应的△K变化区间。4.4.3.3加载频率不应大于1Hz,宜取0.1Hz～1Hz。4.4.3.4试验过程应满足GB/T6398的相关要求。4.4.4断裂韧度试验4.4.4.1测试应采用恒位移速率加载，并以试样缺口张开位移或者试验机的横梁位移为控制量。4.4.4.2对于碳钢和低合金钢，试验的加载速率应保证试样裂纹尖端应力强度因子随时间变化速率小4.4.4.3试验过程应满足GB/T28896中的相关要求。4.4.5整管氢气爆破试验4.4.5.1测试系统和试样中抽真空和气体置换后，检查试样温度变化情况，当试样温度达到试验温度后，对试样内部采用试验气体进行增压。4.4.5.2试样宜按照线性增压的方式增压至爆破，压力超过管道公称工作压力后升压速率不宜高于1MPa/h,含氢气体试验和环境对比试验中气体升压速率应保持一致。4.4.5.3试验过程中应记录升压曲线。4.4.6氢环境整管疲劳试验4.4.6.1试验宜采用应力控制，应力比宜根据管道服役过程中可能出现的最大压力波动比确定，但一般不超过0.8。GB/T48325—202694.4.6.2加载波形应采用三角波或正弦波。4.4.6.3加载频率不应大于1Hz,宜取0.4.4.6.4试验过程应满足GB/T3075的相关要求。4.5试验报告试验报告应至少包括以下内容。a)试验条件：1)材料牌号、规格、化学成分、热处理状态与焊接工艺信息(包含焊接方法、焊接工艺参数与焊材等);4)试验箱温度-时间曲线与压力-时间曲线。b)试验参数：1)慢应变速率拉伸试验：应变速率；2)焊接接头疲劳试验：加载波形、频率与应变比；3)疲劳裂纹扩展速率试验：预制裂纹结束时的应力强度因子范围、裂纹长度及其测量方5)整管氢气爆破试验：升压速率；c)试验结果：2)焊接接头疲劳试验：应力-应变曲线、疲劳裂纹启裂位置和扩展路径、疲劳寿命；3)疲劳裂纹扩展速率试验：裂纹扩展速率与应力强度因子范围的关系曲线、裂纹尖端是否位于目标区域的确认结果；4)断裂韧度试验：断裂韧度值、裂纹尖端是否位于目标区域的确认结果；5)整管氢气爆破试验：断口形貌和区6)氢环境整管疲劳试验：疲劳寿命、疲劳裂纹启裂位置和扩展路径、断口形貌特征。5非金属氢气管道焊接接头氢相容性试验方法对于电熔接头且管道公称外径dₙ<90mm,试验项目包括但不限于整管氢渗漏试验、整管氢气静压试验和挤压剥离试验；对于电熔接头且管道公称外径d≥90mm,试验项目包括但不限于整管氢渗漏试验、整管氢气静压试验和拉伸剥离试验；对于热熔接头，试验项目包括但不限于管氢气静压试验和拉伸强度试验。以上各项试验平行试验数量均不应少于3个。5.2.1用于挤压剥离试验(dₙ<90mm)的试样应满足GB/T19806中的相关要求。5.2.3用于拉伸强度试验的试样应满足GB/T19810中的相关要求。5.2.4整管氢渗漏试验和整管氢气静压试验试样要求如下：GB/T48325—2026a)试验管段应包含焊接接头，焊接接头应位于试验管段中间位置；b)应保证试样非夹持段的总长度不小于管道公称直径的5倍；c)试样试验前应经过无损检测与安全评定。5.3测试装置及测试环境5.3.1测试装置5.3.1.1整管氢渗漏测试装置示意图见图4,测试装置规则如下：a)测试装置宜放置于开放环境，装置周围应设置防爆墙或其他阻隔装置；b)测试装置应具备温度控制功能，试验过程中温度传感器记录温度与设定试验温度偏差不宜超过1℃;c)应检查安装完端部密封件后的管道和真空腔的密封性能，宜采用便携式氢浓度传感器紧贴端部密封件检测氢气泄漏量，其测试值宜小于0.0001%;d)测试装置中压力传感器量程宜为试验达到平衡时真空腔内压力的1.5倍～2.5倍，传感器分辨率应小于0.01%;e)测试装置中压力传感器和氢浓度传感器的数据测量频率应不低于1Hz;f)测试装置宜采用氟橡胶作为密封圈材料，密封圈漏率不宜高于4.2×10⁻⁸Pa·m³/s。26P4①6P4标引序号说明：3——压力传感器；4——恒温水箱；5——管道试样；6——温度传感器；7——加热装置。图4管道氢渗漏测试装置示意图5.3.1.2整管氢气静压测试装置示意图见图5,测试装置规则如下：a)测试装置宜放置于开放环境，装置周围应设置防爆墙或其他阻隔装置；b)试样两端应安装有密封接头，密封接头与加压装置相连，加压装置宜持续均匀地向试样施加所需的压力；c)试样密封后应放置于恒温水箱中保持恒定的温度，恒温水箱平均温差不超过±1℃;d)恒温水箱中多个试样之间以及试样与恒温水箱之间不宜直接接触；e)测试装置应能记录试验过程中的压力-时间曲线。GB/T48325—202677图5管道氢气静压测试装置示意图5.3.2.1.1试验用氢气应满足GB/T3634.2中纯氢的技术要求。5.3.2.1.2对于含氢混合气输送的管道，试验用气体环境应根据管道实际服役时的气体组成确定。非金属管道焊接接头的整管氢渗漏试验和整管氢气静压试验中气体置换要求如下：a)试验前，应用氮气或惰性气体对试验系统和供氢管路系统进行置换，置换用氮气或惰性气体的纯度应大于或等于99.99%;b)通入试验气体前，应检测试验装置内氧气体积分数，其值不应高于1%。5.4试验过程及要求5.4.1.1试验前，应将试样置于氢气环境中静置，静置时间不应小于to。t。按下式计算：to=0.8e?……………式中：to——试样在氢气环境中的最短静置时间，单位为小时(h);en——非金属管道公称壁厚的数值，单位为毫米(mm)。结束后应在1/4t。内完成试验。5.4.1.2试验过程应满足GB/T19806的相关要求。5.4.2.1试验前，应将试样置于氢气环境中静置，静置时间不应小于t₀[t。按公式(1)计算]。静置和试GB/T48325—2026验期间的氢气压力均不应低于管道实际服役压力，静置结束后应在1/4t。内完成试验。5.4.2.2试验过程应满足GB/T19808的相关要求。5.4.3拉伸强度试验5.4.3.1试验前，应将试样置于氢气环境中静置，静置时间不应小于t₀[t。按公式(1)计算]。静置和试验期间的氢气压力均不应低于管道实际服役压力，静置结束后应在1/4t。内完成试验。5.4.3.2试验过程应满足GB/T19810的相关要求。5.4.4整管氢渗漏试验5.4.4.1试验宜在试验温度(23±1℃,相对湿度(50±10)%环境下进行试验。当焊接接头设计温度为40℃以上时，还应开展设计温度下的焊接接头氢渗漏试验。5.4.4.2试验中氢气分压和气体总压均不应低于实际服役工况。试验过程中不应对管道试样内部进行补压。5.4.4.3试验前应对待测试样进行放气预处理，先将非金属管道表面清理干净无油污后，放置于真空腔中，将真空腔内部抽气后静置，一段时间后观察真空腔内压力变化情况，若无明显压力升高则视为放气完成。5.4.4.4试样两端密封后放入真空腔中，试样一端的密封封头设置接口与设备管路相连接；启动真空泵对试样内部和真空腔内部进行抽气，抽气后试样和真空腔内压力应不高于50Pa。5.4.4.5对装置整体进行气体置换后，向试样内部持续充入氢气直至试样内部压力达到试验压力，开始计时。5.4.4.6试验过程中检查真空腔内因氢气渗漏引起的压力变化情况或氢气浓度变化情况，记录真空腔内压力变化曲线或氢气浓度变化曲线。5.4.4.7绘制压力变化曲线或氢气浓度变化曲线，直至曲5.4.4.8如试验过程中曲线出现突然上升，则试验无效，应更换密封封头并检漏后重新开展试验。管道氢渗漏速率按公式(2)计算：Q——管道氢渗漏速率，单位为摩尔每米秒帕[mol/(m·s·Pa)];——试验过程中渗漏达到平衡时的真空腔内压力时间曲线斜率，单位为帕每秒(Pa/s);V——放入试样后的真空腔容积，单位为立方米(m³);R——摩尔气体常数，数值取8.314J/(mol·K);5.4.4.9如试验装置中采用氢浓度传感器对氢渗漏进行监测，则绘制氢浓度-时间曲线，并按公式(3)计算得到管道的氢渗漏速率：Q——管道氢渗漏速率，单位为摩尔每米秒帕[mol/(m·s·Pa)];——试验过程中渗漏达到平衡时的真空腔内氢浓度时间曲线斜率，单位为摩尔每秒(mol/s);5.4.5整管氢气静压试验5.4.5.1试验温度宜参照GB/T15558.3的要求确定。5.4.5.2试验压力宜参照GB/