多次返修對(duì)接頭熔合區(qū)組織及沖擊韌性影響

秦龍龍 李猛 楊柳 汪嘉偉 王葉明

摘 ?要：當(dāng)焊接后的工件出現(xiàn)焊縫質(zhì)量問(wèn)題影響到使用性能時(shí)，需要進(jìn)行返修，對(duì)缺陷進(jìn)行處理，以保證其能夠正常使用不影響使用安全性。本研究對(duì)X80管線鋼進(jìn)行5次環(huán)焊縫返修，來(lái)研究不同返修次數(shù)下接頭熔合區(qū)組織和沖擊韌性變化。結(jié)果表明，隨著返修次數(shù)增多，熔合區(qū)組織變化不大，均為PF+GB+M/A;但不同返修次數(shù)熔合線沖擊韌性整體呈現(xiàn)先降低后上升再降低的趨勢(shì)。這可能與熔合區(qū)兩側(cè)的顯微組織有一定關(guān)系。

關(guān)鍵詞：多次返修;熔合區(qū);組織;沖擊韌性

1前言

在現(xiàn)階段，工程實(shí)際中存在著焊縫多次返修的現(xiàn)象[1，2]。對(duì)于管道接頭焊縫進(jìn)行多次返修后，焊接接頭的金相組織、化學(xué)成分、力學(xué)性能等變化情況的研究目前還不是太多，對(duì)于大口徑X80管線鋼多次返修焊接接頭組織和性能的研究就更少[3]。

因此，本課題將對(duì)X80管線鋼進(jìn)行5次環(huán)焊縫返修，來(lái)研究不同返修次數(shù)條件下接頭熔合區(qū)組織及沖擊韌性，進(jìn)而對(duì)X80 管線鋼可返修性進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估以指導(dǎo)實(shí)際的工程應(yīng)用。

2試驗(yàn)方法

母材是直縫焊管X80鋼，化學(xué)成分如表1所示。焊接工藝采用手工電弧焊。V型坡口、無(wú)應(yīng)力狀態(tài)被采用。垂直于焊縫方向截取金相試樣，經(jīng)打磨、拋光后采用4%硝酸酒精溶液對(duì)待檢查面進(jìn)行侵蝕，隨后采用數(shù)碼相機(jī)拍攝焊接接頭宏觀形貌。為進(jìn)一步測(cè)試不同返修次數(shù)對(duì)接頭熔合區(qū)沖擊韌性的影響，采用線切割機(jī)垂直于焊縫方向截取沖擊試樣，沖擊試樣尺寸為10×10×55mm。參照國(guó)內(nèi)各油氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)文件中對(duì)于埋地管道環(huán)焊縫沖擊韌性的要求，在保證環(huán)焊縫在運(yùn)行期間韌性要求的前提下，本研究設(shè)置的沖擊試驗(yàn)溫度為-20℃。

3結(jié)果與討論

3.1焊接接頭宏觀金相

不同返修次數(shù)焊接接頭宏觀形貌如圖4-7所示。由圖可知不同返修次數(shù)焊接接頭完全焊透、熔透，且不存在明顯的氣孔與夾渣等缺陷。

3.2 接頭熔合區(qū)微觀組織

材料的強(qiáng)度與韌性往往是相互矛盾的，一般的強(qiáng)化手段（如固溶強(qiáng)化、第二相粒子強(qiáng)化）不能同時(shí)提高材料這兩方面的性能。研究表明，影響材料強(qiáng)度和韌性的主要因素是其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，細(xì)化處理是同時(shí)提高材料強(qiáng)度和韌性的最有效途徑。除組織細(xì)化外，不同的合金成分及加工方式導(dǎo)致不同的組織形態(tài)，同樣影響著管線鋼的性能。

不同返修次數(shù)接頭熔合線區(qū)域微觀組織如圖2所示。由圖2可知，不同返修次數(shù)接頭熔合線微觀組織均為PF+GB+M/A（PF為多邊形或準(zhǔn)多邊形鐵素體，GB為粒狀貝氏體，M/A為M/A組元）。不同返修次數(shù)焊接接頭熔合線較為明顯，即焊縫中心側(cè)微觀組織較熱影響區(qū)或母材側(cè)細(xì)化，焊縫中心側(cè)主要為較細(xì)小的針狀鐵素體、多邊形或準(zhǔn)多邊形鐵素體、粒狀貝氏體和少量M/A組元組成，熱影響區(qū)側(cè)主要為多邊形或準(zhǔn)多邊形鐵素體、粒狀貝氏體和M/A組元組成。這可能是由于焊接過(guò)程中，焊接接頭不同位置經(jīng)歷的焊接熱輸入、冷卻速度不同，進(jìn)而引起不同的冶金、相變過(guò)程與結(jié)晶過(guò)程，并最終在熔合線兩側(cè)形成不同的微觀組織。

3.3接頭熔合區(qū)沖擊試驗(yàn)

不同返修次數(shù)焊接接頭熔合線夏比沖擊值滿(mǎn)足目前X80鋼級(jí)管線要求，即均值最低為50J，單值最低38J。不同返修次數(shù)熔合線夏比沖擊值整體呈現(xiàn)先降低后上升再降低的趨勢(shì)，一次返修與四次返修焊接接頭熔合線夏比沖擊均值較高，分別為138J和129J，二次返修與與五次返修焊接接頭熔合線夏比沖擊均值較低，分別為78J和72J。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著返修次數(shù)增多，熔合區(qū)組織變化不大，均為PF+GB+M/A;但不同返修次數(shù)熔合線沖擊韌性整體呈現(xiàn)先降低后上升再降低的趨勢(shì)。這可能與熔合區(qū)兩側(cè)的顯微組織有一定關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜?dú)g歡， 王紹智， 喬虎. L450M管線鋼穿越段焊縫返修焊接工藝[J]. 金屬加工：熱加工， 2015， 000（006）：49-51.

[2] 王超. 長(zhǎng)輸管道鋼焊口返修工藝與配套應(yīng)用[J]. 自然科學(xué)（文摘版）， 2016（1）：00271-00271.

[3] 郭靜薇. 多次返修對(duì)X80鋼焊接接頭組織及性能的影響[D]. 天津大學(xué).

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