预处理工艺后X80焊管的力学性能

图5-2和表5-1显示的是本章中所有预处理工艺后试样的拉伸实验结果，与保留焊缝余高试样相比，去除焊缝余高后试样的强度略有减小(<1%)，该结果表明去除焊缝余高对X80焊管的强度变化影响较小。去除焊缝余高后原始状态试样的抗拉强度为687 MPa。去应力退火后，试样的抗拉强度仅增加了11 MPa，然而在该试样的工程应力-应变曲线中出现了屈服平台，并且屈服强度有了显著提高。经过2%预应变后，试样的抗拉强度增加了38 MPa。经过2%预应变后去应力退火试样的抗拉强度比预应变后试样减小了12 MPa，同时屈服平台再次出现，与原始试样相比其抗拉强度增加了26 MPa。

各应力状态下带有焊缝余高的X80焊管焊接接头试样的疲劳性能如图5-3a和表5-1所示，经过预处理工艺后其疲劳寿命均有所提高。原始试样的疲劳寿命为2.80×10 4N，去应力退火后试样的疲劳寿命比原始试样高了21.42%，经过预应变后疲劳寿命增长了11.07%，预应变试样退火后的疲劳寿命增幅最大为31.79%，同时比预应变后试样增加了18.65%。去除焊缝余高的影响后，各工艺处理后的疲劳寿命增幅均非常明显，这主要是因为去除了焊趾处的应力集中以及试样表面粗糙度的影响[92,121]。并且去除焊缝余高后各试样变化趋势与带有焊缝余高的试样变化一致(图5-3b)。去应力退火试样的疲劳寿命比原始试样增加了5.48倍，经过预应变后疲劳寿命比原始试样增加了1.49倍，特别是经过预应变后又去应力退火处理的试样的疲劳寿命达到了10 7 N以上，说明该试样的疲劳极限达到了550 MPa以上。

预处理工艺后X80焊管的疲劳断口

由于受到焊趾处应力集中的影响，带有焊缝余高的疲劳试样均断裂于焊趾处，这与第3章的研究结果一致。去除焊缝余高后，由于预应变后去应力退火的试样没有产生疲劳断裂，因此本章节只对去除焊缝余高后的原始试样、去应力退火后试样和预应变后试样的疲劳断口进行了分析，结果显示这三类试样的疲劳裂纹同样均萌生于疲劳试样内焊缝表面，并且前期扩展路径均垂直于试样表面(图5-4)。对这三类试样疲劳断口的横截面的微观组织进行了分析，由图5-4a可知，原始试样疲劳裂纹萌生区的微观组织为原奥晶界内的粒状贝氏体(GB)，组织中分布着较大的M/A组元。去应力退火后试样和预应变后试样的疲劳裂纹萌生区域的微观组织与原始试样相似(图5-4b和5-4c)。通过与X80焊管焊接接头微观组织进行对比(图2-4)后可以看出这三类去除焊缝余高后的疲劳试样均断裂于粗晶区内。进一步观察这三类试样的疲劳断口表面可以看出这三类试样的疲劳源区相似，均无明显的缺口或夹杂物产生，河流花样方向表明这三类疲劳试样的疲劳裂纹均为从一点处萌生并向试样内部扩展。

此外，原始试样、去应力退火试样和预应变试样疲劳断裂表面上靠近裂纹萌生位置的解理宽度是近似的，分别为55μm、56μm和53μm(图5-4b、5-4d和5-4f)。河流花样的产生与晶界有关，结果再次证明了这三类试样的疲劳裂纹萌生位置相似。此外，疲劳断口分析结果表明去除焊缝余高后的原始试样、去应力退火后试样和预应变试样的表面粗糙度以及热影响区组织变化对这三类疲劳裂纹萌生的影响程度一致。