多次返修对接头熔合区组织及冲击韧性影响

秦龙龙 李猛 杨柳 汪嘉伟 王叶明

摘  要：当焊接后的工件出现焊缝质量问题影响到使用性能时，需要进行返修，对缺陷进行处理，以保证其能够正常使用不影响使用安全性。本研究对X80管线钢进行5次环焊缝返修，来研究不同返修次数下接头熔合区组织和冲击韧性变化。结果表明，随着返修次数增多，熔合区组织变化不大，均为PF+GB+M/A;但不同返修次数熔合线冲击韧性整体呈现先降低后上升再降低的趋势。这可能与熔合区两侧的显微组织有一定关系。

关键词：多次返修;熔合区;组织;冲击韧性

1前言

在现阶段，工程实际中存在着焊缝多次返修的现象[1，2]。对于管道接头焊缝进行多次返修后，焊接接头的金相组织、化学成分、力学性能等变化情况的研究目前还不是太多，对于大口径X80管线钢多次返修焊接接头组织和性能的研究就更少[3]。

因此，本课题将对X80管线钢进行5次环焊缝返修，来研究不同返修次数条件下接头熔合区组织及冲击韧性，进而对X80 管线钢可返修性进行恰当的评估以指导实际的工程应用。

2试验方法

母材是直缝焊管X80钢，化学成分如表1所示。焊接工艺采用手工电弧焊。V型坡口、无应力状态被采用。垂直于焊缝方向截取金相试样，经打磨、抛光后采用4%硝酸酒精溶液对待检查面进行侵蚀，随后采用数码相机拍摄焊接接头宏观形貌。为进一步测试不同返修次数对接头熔合区冲击韧性的影响，采用线切割机垂直于焊缝方向截取冲击试样，冲击试样尺寸为10×10×55mm。参照国内各油气长输管道设计文件中对于埋地管道环焊缝冲击韧性的要求，在保证环焊缝在运行期间韧性要求的前提下，本研究设置的冲击试验温度为-20℃。

3结果与讨论

3.1焊接接头宏观金相

不同返修次数焊接接头宏观形貌如图4-7所示。由图可知不同返修次数焊接接头完全焊透、熔透，且不存在明显的气孔与夹渣等缺陷。

3.2 接头熔合区微观组织

材料的强度与韧性往往是相互矛盾的，一般的强化手段（如固溶强化、第二相粒子强化）不能同时提高材料这两方面的性能。研究表明，影响材料强度和韧性的主要因素是其化学成分和组织结构，细化处理是同时提高材料强度和韧性的最有效途径。除组织细化外，不同的合金成分及加工方式导致不同的组织形态，同样影响着管线钢的性能。

不同返修次数接头熔合线区域微观组织如图2所示。由图2可知，不同返修次数接头熔合线微观组织均为PF+GB+M/A（PF为多边形或准多边形铁素体，GB为粒状贝氏体，M/A为M/A组元）。不同返修次数焊接接头熔合线较为明显，即焊缝中心侧微观组织较热影响区或母材侧细化，焊缝中心侧主要为较细小的针状铁素体、多边形或准多边形铁素体、粒状贝氏体和少量M/A组元组成，热影响区侧主要为多边形或准多边形铁素体、粒状贝氏体和M/A组元组成。这可能是由于焊接过程中，焊接接头不同位置经历的焊接热输入、冷却速度不同，进而引起不同的冶金、相变过程与结晶过程，并最终在熔合线两侧形成不同的微觀组织。

3.3接头熔合区冲击试验

不同返修次数焊接接头熔合线夏比冲击值满足目前X80钢级管线要求，即均值最低为50J，单值最低38J。不同返修次数熔合线夏比冲击值整体呈现先降低后上升再降低的趋势，一次返修与四次返修焊接接头熔合线夏比冲击均值较高，分别为138J和129J，二次返修与与五次返修焊接接头熔合线夏比冲击均值较低，分别为78J和72J。

4结束语

随着返修次数增多，熔合区组织变化不大，均为PF+GB+M/A;但不同返修次数熔合线冲击韧性整体呈现先降低后上升再降低的趋势。这可能与熔合区两侧的显微组织有一定关系。

参考文献

[1] 姜欢欢， 王绍智， 乔虎. L450M管线钢穿越段焊缝返修焊接工艺[J]. 金属加工：热加工， 2015， 000（006）：49-51.

[2] 王超. 长输管道钢焊口返修工艺与配套应用[J]. 自然科学（文摘版）， 2016（1）：00271-00271.

[3] 郭静薇. 多次返修对X80钢焊接接头组织及性能的影响[D]. 天津大学.

3465500338278