多次返修對接頭熔合區組織及沖擊韌性影響

秦龍龍 李猛 楊柳 汪嘉偉 王葉明

摘 ?要：當焊接后的工件出現焊縫質量問題影響到使用性能時，需要進行返修，對缺陷進行處理，以保證其能夠正常使用不影響使用安全性。本研究對X80管線鋼進行5次環焊縫返修，來研究不同返修次數下接頭熔合區組織和沖擊韌性變化。結果表明，隨著返修次數增多，熔合區組織變化不大，均為PF+GB+M/A;但不同返修次數熔合線沖擊韌性整體呈現先降低后上升再降低的趨勢。這可能與熔合區兩側的顯微組織有一定關系。

關鍵詞：多次返修;熔合區;組織;沖擊韌性

1前言

在現階段，工程實際中存在著焊縫多次返修的現象[1，2]。對于管道接頭焊縫進行多次返修后，焊接接頭的金相組織、化學成分、力學性能等變化情況的研究目前還不是太多，對于大口徑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X80管線鋼進行5次環焊縫返修，來研究不同返修次數條件下接頭熔合區組織及沖擊韌性，進而對X80 管線鋼可返修性進行恰當的評估以指導實際的工程應用。

2試驗方法

母材是直縫焊管X80鋼，化學成分如表1所示。焊接工藝采用手工電弧焊。V型坡口、無應力狀態被采用。垂直于焊縫方向截取金相試樣，經打磨、拋光后采用4%硝酸酒精溶液對待檢查面進行侵蝕，隨后采用數碼相機拍攝焊接接頭宏觀形貌。為進一步測試不同返修次數對接頭熔合區沖擊韌性的影響，采用線切割機垂直于焊縫方向截取沖擊試樣，沖擊試樣尺寸為10×10×55mm。參照國內各油氣長輸管道設計文件中對于埋地管道環焊縫沖擊韌性的要求，在保證環焊縫在運行期間韌性要求的前提下，本研究設置的沖擊試驗溫度為-20℃。

3結果與討論

3.1焊接接頭宏觀金相

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

3.2 接頭熔合區微觀組織

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

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

3.3接頭熔合區沖擊試驗

不同返修次數焊接接頭熔合線夏比沖擊值滿足目前X80鋼級管線要求，即均值最低為50J，單值最低38J。不同返修次數熔合線夏比沖擊值整體呈現先降低后上升再降低的趨勢，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結束語

隨著返修次數增多，熔合區組織變化不大，均為PF+GB+M/A;但不同返修次數熔合線沖擊韌性整體呈現先降低后上升再降低的趨勢。這可能與熔合區兩側的顯微組織有一定關系。

參考文獻

[1] 姜歡歡， 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. 長輸管道鋼焊口返修工藝與配套應用[J]. 自然科學（文摘版）， 2016（1）：00271-00271.

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

3465500338278