近年來,，中國的長輸管線建設(shè)取得了迅速的發(fā)展，西氣東輸,、中亞管線,、中俄東線等重大管道工程相繼建設(shè)。長輸管線材料主要采用X70,、X80管線鋼，其口徑大,、壓力高,，因此管道的安全性能尤為重要。
長輸管道現(xiàn)在的連接方式是焊接,，環(huán)焊縫接頭的性能和質(zhì)量對管道運行期間的穩(wěn)定性和安全性有決定作用,。國家管網(wǎng)標(biāo)準DEC-OGP-G-WD-002-2020-1《油氣管道工程線路焊接技術(shù)規(guī)定》對油氣管道的焊接方法、焊接材料,、焊接工藝評定,，以及現(xiàn)場焊接質(zhì)量進行了規(guī)定，要求對L485（X70）及以上鋼級管道環(huán)焊縫焊接接頭進行CTOD（裂紋張開位移）試驗,。有許多文獻也對高鋼級管線鋼進行了CTOD試驗,。
研究人員對某管道工程焊接工藝進行評定,，觀察了焊縫的宏觀形貌和顯微組織，測試了焊接接頭的關(guān)鍵力學(xué)性能,，并對試驗結(jié)果進行了分析,，為提升長輸管線環(huán)焊縫接頭質(zhì)量提供了試驗依據(jù)。
1 試樣制備與試驗方法
試驗對象為1219mm×22.0mm（外徑×壁厚）的X80M鋼對接環(huán)焊縫接頭,。取樣位置如圖1所示,。平焊位取樣位置為0點方向，立焊位取樣位置為3點方向,，仰焊位取樣位置為6點方向,。
在環(huán)焊縫接頭平焊位、立焊位和仰焊位焊縫橫截面上截取金相試樣,，用OLS 4100型激光共聚焦顯微鏡觀察焊縫的宏觀形貌和顯微組織,。
在Ⅰ、Ⅱ,、Ⅲ,、Ⅳ象限取焊接接頭板狀拉伸試樣，試樣平行段寬度為19mm,。在平焊位和仰焊位截取全焊縫棒狀拉伸試樣,，試樣平行段直徑為10mm，標(biāo)距為50mm,，分別采用SHT4106型和UTM5305型材料試驗機進行拉伸試驗,。在平焊位、立焊位和仰焊位焊縫中心和熔合線的內(nèi)表面,、外表面截取沖擊試樣,，試樣尺寸為10mm×10mm×55mm（長度× 寬度× 高度），采用PIT752D-2型沖擊試驗機進行沖擊試驗,。試驗溫度為-10℃,，每組測3個試樣，取平均值,。采用KB30BVZ-FA型維氏硬度計在立焊位和仰焊位截取焊接接頭硬度試樣,，進行維氏硬度測試，壓痕位置如圖2所示,。
分別在焊口平焊位,、立焊位和仰焊位的焊縫和熔合線處各取1件CTOD試樣，試樣為三點彎曲試樣,，試樣公稱寬度為32mm,，厚度為16mm。采用整體刀口試樣,。依據(jù)標(biāo)準GB/T 21143—2014《金屬材料 準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法》,，GB/T 28896—2013《金屬材料 焊接接頭準靜態(tài)斷裂韌度測定的試驗方法》,，加載速率為1mm/min；采用斷口分析儀對裂紋長度進行測量,，測量精度為0.001mm,。
2 試驗結(jié)果與討論
宏觀形貌和顯微組織
不同焊接位置處焊接接頭的宏觀形貌如圖3所示。由圖3可知：平焊位,，立焊位和仰焊位焊接接頭均無氣孔,、夾渣、未熔合等焊接缺陷,，焊接層數(shù)均為10層11道,。焊接接頭的顯微組織形貌如圖4所示。母材組織由粒狀貝氏體組成,，焊縫組織由晶內(nèi)成核針狀鐵素體加少量的粒狀貝氏體和多邊鐵素體組成,，粗晶區(qū)組織由粒狀貝氏體組成,，細晶區(qū)組織由多邊鐵素體和少量的馬氏體、奧氏體島狀組織組成,。
力學(xué)性能
2.2.1 拉伸性能
焊接接頭的拉伸試驗結(jié)果如表1所示,。由表1可知：4個象限焊接接頭的抗拉強度基本相同,，且都在母材區(qū)斷裂。
平焊位和仰焊位全焊縫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5所示,。由圖5可知：兩個全焊縫拉伸試樣的屈服強度和抗拉強度也很接近,，說明環(huán)焊縫接頭在各個象限的強度比較均勻,。
2.2.2 沖擊性能
焊接接頭的夏比沖擊試驗結(jié)果如表2所示,。由表2可知：立焊位焊縫和熱影響區(qū)的平均沖擊吸收能量比平焊位和仰焊位低。平焊位和仰焊位焊縫和熱影響區(qū)的韌性更好,。平焊位,、立焊位和仰焊位焊縫的沖擊吸收能量低于熱影響區(qū)。
2.2.3 硬度
焊接接頭的維氏硬度測試結(jié)果如表3所示,。由表3可知：立焊位焊縫和熱影響區(qū)的平均硬度高于仰焊位,。立焊位焊縫的硬度比熱影響區(qū)高,，仰焊位焊縫和熱影響區(qū)的硬度基本相同,。
2.2.4 CTOD試驗
焊接接頭的CTOD試驗結(jié)果如表4所示（按GB/T 21143—2014標(biāo)準計算的CTOD 值為δm1,，按ISO 15653—2018《金屬材料 焊接的準靜態(tài)斷裂測定用試驗方法》標(biāo)準計算的CTOD值為δm2，Vg為總?cè)笨趶堥_位移,，V為缺口張開位移）,。由表4可知：按照ISO 15653—2018計算的CTOD值比按照GB/T 21143—2014計算的值高35%左右；平焊位,、立焊位和仰焊位焊縫的CTOD值均低于熱影響區(qū),，這與沖擊試驗結(jié)果一致。在管線鋼領(lǐng)域,，夏比沖擊試驗與CTOD試驗通常用來測試評價材料的韌性,。沖擊吸收能量與CTOD值越高，材料的韌性越好,。
CTOD試樣斷口宏觀形貌如圖6 所示,。由圖6可知：斷口由4部分組成，分別是黑色的機械加工缺口,、灰色的預(yù)制疲勞裂紋區(qū),、較深色的裂紋擴展區(qū)和壓斷區(qū)。
3 結(jié)論
（1）平焊位,，立焊位和仰焊位焊接接頭均無氣孔,、夾渣,、未熔合等焊接缺陷,。母材組織由粒狀貝氏體組成，焊縫組織由晶內(nèi)成核針狀鐵素體加少量的粒狀貝氏體,、多邊鐵素體組成,，粗晶區(qū)組織由粒狀貝氏體組成，細晶區(qū)組織由多邊鐵素體和少量的馬氏體,、奧氏體島狀組織組成,。
（2）環(huán)焊縫焊接接頭在4個象限的抗拉強度基本相同，平焊位和仰焊位全焊縫拉伸試樣的屈服強度和抗拉強度也很接近,，說明環(huán)焊縫接頭在各個象限的強度比較均勻。
（3）立焊位焊縫和熱影響區(qū)的平均沖擊吸收能量比平焊位和仰焊位低。立焊位焊縫和熱影響區(qū)的平均硬度高于仰焊位。平焊位,、立焊位和仰焊位焊縫的CTOD值均低于熱影響區(qū),，這與沖擊試驗結(jié)果一致。在管線鋼領(lǐng)域,，通常用夏比沖擊試驗與CTOD試驗來評價材料的韌性,。沖擊吸收能量與CTOD值越高,，材料的韌性越好。
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