2012-04-241

Fordringar i EN 13445 och EN 13480 för att undvika sprödbrottBo Lindblad, Inspecta Sweden AB

Sprödbrott i tryckkärl

2012-04-242

2012-04-243

Sprödbrott i ventil av gjuten aluminium

Typiskt för ett sprödbrott

• Ingen nämnvärd plastisk deformation sker innan brott• Brottet sker med en mycket hög hastighet• All energi som lagrats i den tryckbärande anordningen frigörs momentant

2012-04-244

AFS 1999:4, Bilaga 1

4.1 Materialen till tryckbärande delar skall uppfylla följande krav:a)”De skall ha lämpliga egenskaper för samtliga, rimligen förutsebara drifts- och provningsförhållanden samt vara tillräckligt duktila och sega. Egenskaperna hos dessa material skall uppfylla kraven i punkt 7.5 när denna är tillämplig. Dessutom skall ett korrekt materialval ske så att man vid behov kan förhindra sprödbrott. Om det av särskilda skäl är nödvändigt att använda ett sprött material, skall lämpliga åtgärder vidtas.”

7.5 Materialegenskaper”Såvida inte andra värden krävs baserat på andra kriterier som måste

beaktas, anses en stålsort vara tillräckligt duktil för att uppfylla kraven i punkt 4.1 a) om dess brottförlängning vid en dragprovning utförd enligt standardförfarande, är minst lika med 14 % och om dess uppmätta energi vid slagprovning med ISO V-provstav uppgår till minst 27 Joule vid en högsta temperatur om 20 °C, dock inte högre än den lägsta avsedda drifttemperaturen.”

2012-04-245

Parametrar

I materialkapitlet till EN 13445 och EN 13480 finns en särskild bilaga (Bilaga B) som upprättats till hjälp för tillverkare av tryckbärande anordningar. Bilagan innehåller de kriterier som anses tillräckliga för att säkerställa att konstruktionen inte kommer att drabbas av ett sprödbrott.

De parametrar som bilaga B anger att man behöver ta hänsyn till är:

Segheten hos grundmaterial och svetsförband i sämsta riktningenHållfastheten hos grundmaterialetKonstruktionens materialtjocklekSvetsegenspänningarDen lägsta materialtemperaturen

2012-04-246

• TM är lägsta metalltemperatur under:− normal drift− start och stopp− möjliga processtörningar− under tryck- eller täthetskontroll

• TS är en term för temperaturjustering vid användning av metod 1. TS är beroende av den beräknade membranspänningen vid lägsta metalltemperatur

• TR är den temperatur som används för bestämning av fordringar på slagseghet

• TKV är den temperatur vid vilken det fordrade slagseghetsvärdet skall uppnås

Några definitioner att hålla reda på

2012-04-247

TR = TM + TS

EN 13445 och EN 13480

I EN 13445:2202 finns tre olika metoder för dimensionering mot sprödbrott• Metod 1 – Metod baserad på erfarenhet• Metod 2 – Tillämpningsregler utvecklade med hjälp av brottmekanik• Metod 3 – Brottmekanisk analys

Typiskt för metod 1 är att provningstemperaturen TKV är lika med konstruktionsreferenstemperaturen TR.

I EN 13445:2009 har man förändrat metod 1 så att den nu stål för stål redovisar största referenstjocklek vid den temperatur som stålet uppfyller slagseghetsfordran 27 Joule på tvärprov. Grundprincipen är fortfarande att man med metod 1 inte med fullt materialutnyttjande kan nå användningstemperaturer som är lägre än den temperatur vid vilken materialsegheten är garanterad enligt specifikationen.

2012-04-248

EN 13445-2:2009 Bilaga B, metod 1

2012-04-249

Metod 1 – Bonus för låg spänning (OBS! Gäller bara metod 1)

2012-04-2410

EN 13445-2:2009 Bilaga B, metod 2

Låt oss ta ett exempel:Stålsort P355GH enligt EN 10028-2Sträckgräns: 355 MPa Slagseghet (tvärprov): 27 Joule / -20 °C

34 Joule / 0 °C40 Joule / 20 °C

Lägsta materialtemperatur: -40 °C *)Högsta temperatur: +250 °CMaterialtjocklek: 30 mm

*) Behållaren kommer att placeras utomhus. För att den skall kunna användas utomhus året om behöver den konstrueras för en lägsta materialtemperatur på högst -40 °C såvida man inte genom en metrologisk utvärdering kan visa att en högre lägsta utomhustemperatur gäller för den aktuella orten.

2012-04-2411

Metod 2 – Tillämpningsregler utvecklade med hjälp av brottmekanik

2012-04-2412

P355GH enligtEN 10028-2 kan inte användas vid -40 °C eftersom stålet inte har tillräcklig slagseghet.

-28 °C

-33 °C

P355GH enligtEN 10028-2 kan användas vid lägst -33 °C.

Metod 2 – Tillämpningsregler utvecklade med hjälp av brottmekanik

2012-04-2413

P355GH enligt EN 10028-2 kan användas om PWHT utförs eftersom stålet nu har tillräcklig slagseghet.

Men det kostar att genomföra PWHT.

-8 °C

Vad gör man om segheten inte räcker till?

För att undvika en kostsam värmebehandling efter svetsning behöver vi i exemplet använda ett stål med sträckgränsen 355 MPa och med en seghetsfordran på min 27 Joule på tvärprov vid -40 °C.

FÖRSLAGAnvänd P355NL1 enligt EN 10028-3 istället för P355GH enligt EN 10028-2.

PROBLEMP355NL1 enligt EN 10028-3 saknar specificerad sträckgräns vid förhöjd temperatur.

VAD GÖR VI NU?P355GH har varmhållfasthetsegenskaper men har inte tillräcklig seghet och för P355NL1 är situationen den omvända.

2012-04-2414

Använd P355NL1 med option för garanterad varmhållfasthet

2012-04-2415

EN 10028-3 Tabell 5

2012-04-2416

Vad gör man om segheten inte räcker till?

OBS!För att undvika en PWHT byter vi alltså material från P355GH enligt EN 10028-2 till P33NL1 enligt EN 10028-3.

Reglerna i EN 13445 förutsätter att tillverkaren dokumenterar att svetsgods och HAZ i detta fall klarar 27 Joule vid -40 C. Detta kan fordra en ny kvalificering av svets-proceduren och kanske även byte till ett tillsatsmaterial med bättre seghetsegen-skaper än det som normalt används för att matcha P355GH enligt EN 10028-2.

SLUTSATSVi får väga kostnaderna för en PWHT mot kostnaderna för att kanske få ett dyrare grundmaterial, tillsatsmaterial och eventuellt en ny procedurkvalificering.

ALTERNATIV LÖSNINGÖvertyga alla berörda att lägsta utomhustemperatur på orten inte är lägre än - 33 °C. Hur det skulle gå till kommer Katarina Losjö från SMHI att redogöra för om en stund.

2012-04-2417

Förändringar av Bilaga B

• TC 54 WGB utför fortlöpande justeringar av Bilaga B. Det mest synbara är att linjerna i figurerna har justerats över tiden.

• Låt oss se på ett par exempel

2012-04-2418

Ändringar i diagram

2012-04-2419

TR

TKV

2002

2009

P265GH27 Joule/-20 °C20 mmPWHT

2009/FprA1:2012

Ändringar i diagram

2012-04-2420

TR

TKV

2002

2009

P265GH27 Joule/-20 °C40 mmPWHT

2009/FprA1:2012

Att tänka på

Beställ rätt material från början Läs på så att du kan utnyttja de optioner som finns i materialstandarderna för att

klara både segheten och varmhållfastheten vid behov – eller för att få andra krav tillgodosedda

Tänk på att de seghetskrav som Bilaga B innehåller gäller den färdiga produkten i dess sämsta zon/riktning. För grundmaterialet gäller då seghet vid tvärprov. För svetsförbandet skall segheten också uppfyllas i svetsgods och HAZ

Inom SIS TK 137 håller vi på att utarbeta ett vägledningsdokument som jag tror många kan finna intresse av. Dokumentet kommer att publiceras som en liten handbok och är inriktad på att förklara en hel del grundläggande frågor kring material och svetsning vid användning av harmoniserade standarder

2012-04-2422