Correlation of Fracture Toughness With Charpy Impact Energy for Low Alloy, Structural Steel Welds

Abstract

Correlations between Charpy impact energy and fracture toughness values have continuously been developed because of their applicability in structural integrity assessment methodologies. This also applies to the integrity analysis of welded joints, which represent material discontinuities and potential failure locus in structures. Therefore, in effective FFS methodology applications, the fracture toughness of welded joints located in critical regions should be accurately estimated. This work addresses an estimation procedure of fracture toughness values based on Charpy impact energy for low alloy, steel welds made from an ASTM A572 Gr 50 base plate material. To produce the welded joints, two processes were used: SMAW and FCAW. To ensure valid toughness test values corresponding to high constraint conditions, a strength overmatched, deeply-cracked SE(B) configuration having a weld centerline notch was adopted. The ductile-to-brittle transition curve was established by means of Charpy tests. Direct CVN correlations with fracture toughness, as well as reference temperature based correlations derived from the Master Curve approach, were evaluated. The obtained results indicate that both correlation procedures are suitable for weld metal toughness estimations based on Charpy data. However, slightly different values of correlation constants than those indicated for the base metal should be employed in the case of the reference temperature method.

Evaluation of fracture toughness and Charpy V-notch test correlations for selected Al alloys

“…ble failure locus in the structures. They estimated the fracture toughness of steel joints using Charpy impact tests [8][9][10]. Similarly, Zhou and colleagues used Charpy impact specimens to obtain fracture toughness and thus minimum design metal temperature of irradiated steels preferred in the nuclear industry [11].…”

Correlação entre a energia absorvida por impacto Charpy-V e tenacidade à fratura na região de transição dúctil-frágil de juntas soldadas.

“…Além da caracterização da composição química, propriedades mecânicas e tratamento estatísticos dos valores de tenacidade à fratura frágil por clivagem da junta soldada SMAW, dados adicionais da junta FCAW obtidos por BIANCHI et al [58] e metal de base (ASTM A572 Gr. 50) oriundos do trabalho de Barbosa e Ruggieri [59] são incorporados no trabalho a fim de se realizar uma análise complementar.…”

“…Os resultados obtidos pelos ensaios de tenacidade ao entalhe em V por impacto Charpy-V para o metal de base e suas juntas soldadas (metais de solda SMAW, SMAW-PWHT e FCAW [58], e metal de base [59])vide Figuras 4.2,4.5são apresentados nesta seção. Em seguida, a determinação dos coeficientes da curva de ajuste da função tangente hiperbólica é feita a partir da manipulação dos valores de energia Charpy-V ( 𝐸 𝐶𝑉𝑁 ) provenientes de cada material, seguindo o procedimento descrito na seção 3.5.2.…”

“…Além das curvas provenientes das juntas soldadas (SMAW, SMAW-PWHT, FCAW [58]), a curva referente ao metal de base reportado por B&R [59] são demonstradas também com o intuito de se verificar os efeitos dos processos de soldagem sobre o seu comportamento. Em razão dos corpos de prova ensaiados por B&R apresentarem uma espessura de 25 mm, enquanto as juntas soldadas apresentam uma espessura de 20 mm, os valores da carga (P) das curvas P-CMOD são normalizados pela espessura.…”

“…Entretanto, conforme já comentado na seção 4.3, essa estimativa inicial pode ser demasiadamente baixa, o que requer um processo iterativo para a determinação de uma temperatura mais representativa da RTDF. Devido ao fato de o processo iterativo requerer um número relativamente alto de ensaios preliminares, a temperatura de ensaio dos corpos de prova SMAW usados neste estudo é exatamente a mesma empregada por BIANCHI et al [58], uma vez que as características do metal de base e processo de soldagem se assemelham ao deste trabalho. Com base nessas considerações, a temperatura de ensaio mais apropriada para a realização dos ensaios de tenacidade à fratura é de -70 °C.…”