English version
For welds on equipment in sour (H2S) service under NACE MR0175/ISO 15156, how is weld hardness controlled, and which procedure and production records show it? Hardness is the main control because the cracking mechanism behind most sour-service weld failures, sulfide stress cracking, attacks hard microstructures. A hard spot in the heat-affected zone, too small to matter in sweet service, can crack under tensile stress once it sees wet H2S. The standard’s answer is a hardness limit. The fabricator’s job is to show that every production weld stays below it.
This guide covers hardness control and its evidence. Hydrogen from the welding process, and the delayed cracking it causes, is a separate mechanism, covered in the hydrogen-induced cracking prevention guide. No hardness limit or table from the standard is reproduced here: read the values from the edition and part your purchase specification cites.
What the standard is, in one paragraph
ISO 15156, published jointly as NACE MR0175, sets requirements for metallic materials in oil and gas production equipment exposed to H2S. Part 1 gives the general principles. Part 2 covers carbon and low-alloy steels and cast irons. Part 3 covers corrosion-resistant and other alloys. The equipment user defines the service conditions; the standard defines which materials, and which material conditions, qualify for them. For welds, the condition that matters most is hardness.
Why heat input and cooling decide hardness
Weld and heat-affected-zone hardness is set mainly by the steel’s chemistry and the cooling rate through the transformation range. Fast cooling gives harder microstructures. Cooling rate, in turn, depends on:
- Heat input per pass: low heat input on thick material cools fast;
- Preheat and interpass temperature: a colder joint draws heat away faster;
- Joint thickness and geometry: more mass, more heat sink;
- Post-weld heat treatment, where specified, which tempers the hardened zones.
The heat input and cooling-rate guide explains the metallurgy. For sour service the practical rule is simple: the hardness you qualified depends on the thermal cycle you qualified with. Weld outside that cycle in production, and the qualification no longer says anything about the hardness you produced.
Qualification: the hardness survey
For sour service, the procedure qualification record carries a hardness survey across the weld: base metal, heat-affected zone and weld metal, at the locations and with the method the standard and the specification define. The method and traverse layout are in the weld hardness testing guide.
Three points keep that survey meaningful:
- Qualify at the cold end. Hardness is highest where heat input and preheat are lowest. Qualify near the low end of the range you will use, not at a comfortable midpoint.
- Write the range into the WPS. Heat input, minimum preheat and interpass limits become controlled variables, with the actual range the test covered.
- Match the material. A survey on one steel grade, thickness or chemistry does not transfer to another without the standard’s or the purchaser’s agreement.
Production: proving you stayed inside
The production question is what the auditor asks: show me that this joint was welded inside the qualified thermal cycle. That needs records per joint, and ideally per pass:
| Control | Evidence per joint |
|---|---|
| Heat input | Current, voltage and travel speed per pass, or the delivered energy, against the WPS range |
| Preheat | Temperature reading before the first pass, with method, location and time |
| Interpass | Temperature before each subsequent pass, against the minimum and maximum |
| Post-weld heat treatment | Furnace or local heat treatment chart with time, temperature and thermocouple positions |
| Hardness verification | Production test coupon or field hardness results, where the specification asks for them |
Interpass measurement is easy to get wrong: where you measure, when, and with what instrument all change the reading. The methods are compared in the interpass temperature measurement guide, and the measurement rules are in the ISO 13916 scope reference.
Make the hardness argument auditable
An auditor reviewing a sour-service package wants one line of reasoning. This procedure was qualified with this hardness survey over this thermal range, and every production weld stayed inside that range. The first half sits in the WPS and its qualification record. The second half is production data.
WeldTrace records the current, voltage, wire feed and gas the machine delivered on every pass, which gives heat input per pass against the WPS. HeatCore AI adds the thermal record of the joint, including interpass behaviour. The data supports the quality decision. It does not replace the hardness survey, the production hardness checks or the materials qualification the standard requires.
Versione italiana
Per saldature su apparecchiature in servizio acido (H2S) secondo NACE MR0175/ISO 15156, come si controlla la durezza della saldatura, e quali record di procedura e di produzione lo dimostrano? La durezza è il controllo principale perché il meccanismo dietro la maggior parte delle rotture di saldature in servizio acido, la criccatura sotto tensione da solfuri, colpisce le microstrutture dure. Un punto duro nella zona termicamente alterata, irrilevante in servizio non acido, può criccarsi sotto tensione a contatto con H2S umido. La norma risponde con un limite di durezza; il costruttore deve dimostrare che ogni saldatura di produzione resta sotto quel limite.
Questa guida riguarda il controllo della durezza e le sue evidenze. L’idrogeno del processo di saldatura e la criccatura ritardata sono un meccanismo diverso, trattato nella guida sulla prevenzione delle cricche da idrogeno. Nessun limite di durezza è riprodotto: leggi i valori dall’edizione e dalla parte citate in specifica.
Apporto termico, raffreddamento e durezza
La durezza di saldatura e zona termicamente alterata dipende soprattutto dalla chimica dell’acciaio e dalla velocità di raffreddamento, che dipende da apporto termico per passata, preriscaldo e temperatura di interpass, spessore e geometria del giunto, ed eventuale trattamento termico dopo saldatura. Vedi la guida su apporto termico e velocità di raffreddamento. La regola pratica: la durezza qualificata vale solo per il ciclo termico con cui è stata qualificata.
Qualifica: il rilievo di durezza
Il record di qualifica della procedura porta un rilievo di durezza su materiale base, zona termicamente alterata e metallo d’apporto, nelle posizioni e con il metodo definiti dalla norma e dalla specifica (vedi la guida alle prove di durezza). Qualifica verso l’estremo freddo dell’intervallo che userai, scrivi nella WPS gli intervalli effettivamente coperti di apporto termico, preriscaldo e interpass, e non trasferire il rilievo a un altro materiale senza l’accordo previsto.
Produzione: dimostrare di essere rimasti dentro
| Controllo | Evidenza per giunto |
|---|---|
| Apporto termico | Corrente, tensione e velocità per passata, o energia erogata, rispetto all’intervallo della WPS |
| Preriscaldo | Lettura prima della prima passata, con metodo, posizione e ora |
| Interpass | Temperatura prima di ogni passata successiva, rispetto a minimo e massimo |
| Trattamento termico | Diagramma con tempo, temperatura e posizione delle termocoppie |
| Verifica di durezza | Saggio di produzione o misure in campo, se la specifica li richiede |
La misura dell’interpass si sbaglia facilmente: vedi la guida sui metodi di misura dell’interpass e il riferimento ISO 13916.
Rendi l’argomento verificabile
WeldTrace registra corrente, tensione, filo e gas erogati su ogni passata, da cui si ricava l’apporto termico rispetto alla WPS; HeatCore AI aggiunge il record termico del giunto, compreso l’interpass. I dati sostengono la decisione qualità, ma non sostituiscono il rilievo di durezza, le verifiche di produzione né la qualifica dei materiali richiesti dalla norma.
Sources
- ISO 13916 preheat and interpass measurement scope reference — Therness
- ISO 15614-1 procedure qualification scope reference — Therness
- Weld hardness testing guide — Therness
Show every sour-service weld stayed inside its qualified thermal cycle / Dimostra che ogni saldatura è rimasta nel ciclo termico qualificato
Therness helps fabricators record heat input, preheat and interpass on every pass, so the hardness argument holds in the audit. / Therness aiuta i costruttori a registrare apporto termico, preriscaldo e interpass su ogni passata, così l'argomento sulla durezza regge all'audit.
Talk to an expert / Parla con un espertoTherness solution: Welding parameter monitoring — Current, voltage, wire feed and gas recorded per weld, as WPS/PQR and heat-input evidence.
