Chứng chỉ thử nghiệm tác động ghi lại kết quả của các bài thử Charpy V-notch được thực hiện trên các mẫu được cắt từ một vật liệu hoặc mối hàn. Nó lượng hóa sự chống chịu của vật liệu đối với sự gãy xỉn ở một nhiệt độ thấp được chỉ định — một đặc tính quan trọng đối với các bình chứa áp suất, đường ống và các thành phần cấu trúc hoạt động dưới nhiệt độ xung quanh.
Câu Trả Lời Nhanh
Quick Answer
Chứng chỉ thử nghiệm tác động Charpy báo cáo năng lượng hấp thụ (tính bằng joule hoặc foot-pound) được đo khi một mẫu có rãnh được đập bởi một búa con lắc ở một nhiệt độ xác định. Nó được sử dụng để xác minh rằng một vật liệu đáp ứng các yêu cầu tính cứng tối thiểu của thông số kỹ thuật hoặc mã hiện hành, đặc biệt là đối với các ứng dụng nhiệt độ thấp hoặc dịch vụ cryogenic.
Tại Sao Tính Cứng Tác Động Là Quan Trọng
Các kim loại có thể thể hiện một quá trình chuyển tiếp dẻo-xỉn (DBTT) khi nhiệt độ giảm. Phía trên nhiệt độ chuyển tiếp, sự cố là dẻo (hấp thụ năng lượng đáng kể, biến dạng dẻo). Phía dưới, sự cố là xỉn (năng lượng hấp thụ thấp, biến dạng ít, gãy rơi).
Đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp, quá trình chuyển tiếp này xảy ra trong khoảng từ -50°C đến +50°C tùy thuộc vào thành phần và cấu trúc vi mô. Thép không gỉ ostenitơ và hầu hết các hợp kim nickel không thể hiện quá trình chuyển tiếp dẻo-xỉn và duy trì độ cứng tốt ở nhiệt độ cryogenic.
Các bình chứa áp suất hoạt động trong khí hậu lạnh, dịch vụ cryogenic và các ứng dụng LNG yêu cầu vật liệu có độ cứng tối thiểu được đảm bảo ở Nhiệt Độ Thiết Kế Kim Loại Tối Thiểu (MDMT) để ngăn chặn sự gãy xỉn thảm họa.
Phương Pháp Thử Charpy V-Notch
Hình dạng mẫu: Thanh 10 mm × 10 mm × 55 mm với rãnh V sâu 2 mm, góc 45° ở giữa chiều dài. Các mẫu kích thước nhỏ (7,5 mm × 10 mm hoặc 5 mm × 10 mm) được sử dụng khi độ dày của vật liệu không đủ cho các mẫu kích thước đầy đủ.
Quy trình thử nghiệm (ASTM A370, EN ISO 148-1):
- Mẫu được làm lạnh (hoặc làm nóng) đến nhiệt độ thử nghiệm được chỉ định trong một bồn chứa lỏng và được chuyển sang đe trong vòng 5 giây sau khi tháo ra
- Một búa con lắc 300 J (hoặc lớn hơn) đập mẫu ở mặt đối diện với rãnh
- Năng lượng hấp thụ bởi mẫu khi nó gãy được đo từ tia dao động còn lại của con lắc
- Bề mặt gãy được kiểm tra — tỷ lệ phần trăm diện tích cắt và giãn nở bên có thể cũng được báo cáo
Đơn vị: Joule (J) theo các tiêu chuẩn EN; foot-pound (ft-lb) theo ASTM. Chuyển đổi: 1 ft-lb = 1.356 J.
Lựa Chọn Nhiệt Độ Thử Nghiệm
Nhiệt độ thử nghiệm được lựa chọn dựa trên MDMT của thiết bị:
| Tiêu Chuẩn | Quy Tắc Nhiệt Độ Thử Nghiệm |
|---|---|
| ASME VIII-1 | Theo các đường cong nhiệt độ thử nghiệm tác động UCS-66/UCS-66M, hoặc MDMT được đánh dấu trên bảng tên |
| ASME B31.3 | Giống như VIII-1 cho các đường cong vật liệu ống dẫn |
| EN 13480 | Nhiệt độ vận hành thấp nhất (LOT) hoặc nhiệt độ thiết kế, cái nào thấp hơn |
| API 5L PSL2 | Được chỉ định trong việc chỉ định cấp độ ống (ví dụ: X65 QO tại -20°C) |
| EN 10028-3 | Nhiệt độ thử nghiệm dành riêng cho loại (ví dụ: P355NL1 được thử nghiệm tại -40°C) |
Để xác định thủ tục hàn (ASME IX QW-406.31), nhiệt độ thử Charpy được yêu cầu được chỉ định bởi mã tham chiếu (ví dụ: ASME VIII-1 hoặc B31.3) khi gọi bài thử tác động biến đổi thiết yếu bổ sung.
Yêu Cầu Năng Lượng Tối Thiểu
Tiêu chí chấp nhận khác nhau tùy theo mã và ứng dụng. Các tiêu chí phổ biến:
| Tiêu Chuẩn / ứng dụng | Năng Lượng Trung Bình Tối Thiểu | Giá Trị Đơn Tối Thiểu |
|---|---|---|
| ASME VIII Div. 1 (UG-84) | 27 J (20 ft-lb) cho kích thước đầy đủ | 19 J (14 ft-lb) |
| EN 10028-4 (tấm cryogenic) | 27-47 J tùy thuộc vào loại | 70% mức tối thiểu trung bình |
| API 5L PSL2 (thân) | 40 J (29 ft-lb) cho X65 trở lên | 27 J (20 ft-lb) |
| NORSOK MDS (Y30) | 45 J trung bình tại -46°C | 30 J |
| DNV-ST-F101 ống dẫn dưới đáy biển | Tối thiểu 100 J tùy thuộc vào loại | — |
Đối với các mẫu kích thước nhỏ, các giá trị tối thiểu được giảm theo tỷ lệ. ASME VIII-1 UG-84(b)(4) chỉ định các hệ số hiệu chỉnh.
Chứng chỉ Thử Nghiệm Tác Động Phải Chứa Gì
- Nhận dạng vật liệu — số lò/batch, thông số kỹ thuật, loại, dạng sản phẩm, kích thước
- Phòng thí nghiệm thử nghiệm — tên, số công nhân ISO 17025
- Tiêu chuẩn thử nghiệm hiện hành — ASTM A370 hoặc EN ISO 148-1
- Kích thước mẫu — kích thước đầy đủ hoặc nhỏ hơn (nêu rõ hệ số giảm nếu có)
- Hướng rãnh — ngang (T-L hoặc T-S) hoặc dọc (L-T) so với hướng dập; hướng ảnh hưởng đáng kể đến kết quả
- Nhiệt độ thử nghiệm — được chỉ định và thực tế (nhiệt độ bồn chứa với tham chiếu hiệu chuẩn)
- Kết quả mẫu riêng lẻ — năng lượng hấp thụ cho mỗi mẫu (thường là 3 mẫu mỗi bộ)
- Năng lượng hấp thụ trung bình — được tính từ ba kết quả
- Sự xuất hiện gãy — % diện tích cắt (nếu cần)
- Giãn nở bên (nếu được yêu cầu bởi thông số kỹ thuật)
- Vượt qua / Không vượt qua so với các tiêu chí chấp nhận được nêu
- Chữ ký nhân viên kỹ thuật và ủy quyền phòng thí nghiệm
Thử Nghiệm Tác Động Hàn (PQR)
Khi thử nghiệm tác động được yêu cầu để xác định thủ tục hàn, các mẫu được cắt từ ba vị trí:
- Kim loại hàn (WM): Các mẫu được căn giữa trong lượng tích tụ hàn
- Dòng nền (FL): Rãnh được căn giữa trên dòng nền giữa hàn và kim loại cơ sở
- Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ): Rãnh ở 2 mm từ dòng nền vào vùng ảnh hưởng nhiệt
Cả ba bộ đều phải đáp ứng các yêu cầu năng lượng tối thiểu. Kết quả HAZ thường là khó nhất để vượt qua vì cấu trúc vi mô trong HAZ hạt thô có xu hướng kém cứng hơn kim loại cơ sở hoặc lượng tích tụ hàn.
Sự khác biệt giữa các bài thử tác động Charpy và Izod là gì?
Cả hai đều đo năng lượng hấp thụ trong một mẫu có rãnh bị đập bởi con lắc. Mẫu Charpy được hỗ trợ ở cả hai đầu và được đập ở giữa; mẫu Izod là cantilever (cố định ở một đầu) và được đập gần rãnh. Charpy là tiêu chuẩn cho các kim loại trong các mã công nghiệp và thiết bị áp suất. Izod được sử dụng chủ yếu trong thử nghiệm chất dẻo.
Thép không gỉ ostenitơ có cần thử Charpy không?
Nhìn chung không. Thép không gỉ ostenitơ (loại 300), hợp kim dựa trên nickel, và hầu hết các hợp kim phi sắt không thể hiện quá trình chuyển tiếp dẻo-xỉn và duy trì độ cứng tốt ở nhiệt độ cryogenic. ASME VIII-1 miễn trừ các vật liệu này khỏi thử tác động trong hầu hết các ứng dụng. Tuy nhiên, kim loại hàn trong các mối hàn ostenitơ có thể được thử tác động khi mã tham chiếu yêu cầu đặc biệt.
Điều gì khiến một lò thép không vượt qua thử Charpy?
Nguyên nhân phổ biến: hàm lượng lưu huỳnh và phốt phát cao (các tạp chất sunfua giảm độ cứng), kích thước hạt thô từ xử lý nhiệt không đúng cách, cacbon cao hoặc mangan thấp, sự hiện diện của cấu trúc vi mô bainitơ hoặc martensite từ làm lạnh nhanh, và định hướng mẫu không đúng cách (sử dụng các mẫu dọc nơi được yêu cầu ngang).
Có thể thử lại kết quả thử tác động nếu một mẫu không vượt qua không?
Có, theo một giao thức thử lại cụ thể. ASTM A370 Yêu Cầu Bổ Sung S5 và EN ISO 148-1 cho phép thử lại nếu không quá một mẫu giảm dưới giá trị tối thiểu riêng lẻ và mức trung bình vẫn đáp ứng mức tối thiểu. Có thể thực hiện thử lại ba mẫu bổ sung; cả ba đều phải đáp ứng mức trung bình tối thiểu, và không có mẫu riêng lẻ nào có thể giảm dưới ba phần hai mức trung bình tối thiểu.
MDMT là gì và nó liên quan đến thử tác động như thế nào?
MDMT (Nhiệt Độ Thiết Kế Kim Loại Tối Thiểu) là nhiệt độ thấp nhất mà bình chứa áp suất được thiết kế để hoạt động trong dịch vụ có áp suất đầy đủ. ASME VIII-1 yêu cầu rằng vật liệu và các mối hàn của nó phải được thử tác động ở hoặc dưới MDMT trừ khi sự kết hợp của loại vật liệu, độ dày và nhiệt độ nằm trong các đường cong miễn trừ của UCS-66. MDMT được đánh dấu vĩnh viễn trên bảng tên của bình chứa hoàn thành.
Ready to automate your certificate workflow?
Try TestCert free