浙江至德鋼業有限公司承接水電產品包括混流式水輪機轉輪的上冠、下環、轉輪及貫流式水輪機轉輪室的球形襯板，材料均為04Cr13Ni5Mo，屬于低碳馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼。在貫流式水輪機轉輪室焊接生產過程中，經常出現拼接焊縫成形時斷裂、焊縫延時宏觀開裂和內部微觀裂紋等問題。為此，通過對04Cr13Ni5Mo低碳馬氏體不(bu)銹鋼焊縫熱處理前后的力學性能和調整焊接順序來降低構件的拘束度進行了試驗并解決或控制裂紋的發生。
一、試驗(yan)材料
試驗用板(ban)材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼(gang)板(ban)，主要(yao)化學成分和(he)力學性能分別(bie)見表4-54和(he)表4-55。顯微組織為(wei)回火馬(ma)氏體和(he)少(shao)量逆變奧氏體。
二(er)、焊(han)接工藝要點
（1）焊接方法選用混合氣體保護焊。保護氣體（體積分數）為95％Ar＋5％CO2混合氣體。
（2）焊接材(cai)料選用(yong)哈爾(er)濱焊接研究所(suo)研制的焊絲(si)HS13/5L，其化學成分見表4-56。
（3）焊(han)(han)(han)接(jie)參數電弧(hu)電壓為24～32V，焊(han)(han)(han)接(jie)電流(liu)為220～280A（平焊(han)(han)(han)和橫焊(han)(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)(han)），焊(han)(han)(han)接(jie)速度(du)為150～450mm／min。
（4）焊前準(zhun)備 采用(yong)碳弧氣刨(bao)(bao)刨(bao)(bao)制(zhi)坡口，坡口及清根后的金屬面需采用(yong)砂輪或旋(xuan)轉銼將滲層打磨掉，直至露出金屬光(guang)澤；焊前預熱用(yong)煤氣管(guan)均勻加熱，確認待焊區溫度在80～100℃后方可施焊。道間溫度控制(zhi)在150℃以下(xia)，而且必(bi)須(xu)進行層間清理，除掉焊渣等雜物(wu)。
三、退火處理(li)對力學性能(neng)的影響(xiang)
采用相同的(de)試板、焊(han)(han)(han)材及焊(han)(han)(han)接(jie)參數焊(han)(han)(han)接(jie)兩組(zu)試板：一組(zu)焊(han)(han)(han)接(jie)后(hou)進行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)退火(huo)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)；另一組(zu)處(chu)于(yu)(yu)焊(han)(han)(han)態。兩組(zu)試板經UT檢查合格后(hou)，按ASTWIX-1989標準進行(xing)力學性(xing)(xing)能考核，結果(guo)見表(biao)4-57。從表(biao)中可以看出：熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)焊(han)(han)(han)縫的(de)抗拉強度(du)和硬度(du)比熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)前(qian)略有(you)降低，彎曲和沖擊(ji)性(xing)(xing)能明顯好(hao)于(yu)(yu)熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)前(qian)，也就是說熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)后(hou)焊(han)(han)(han)縫的(de)塑(su)性(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)大幅提高；焊(han)(han)(han)態的(de)彎曲試樣，在彎曲不到10°時，焊(han)(han)(han)縫處(chu)就明顯開裂。
四、不同拘束度(du)對焊縫(feng)裂紋的影響(xiang)
產(chan)品(pin)整(zheng)體構(gou)件(jian)猶如一(yi)個大型柜(ju)形(xing)結構(gou)，柜(ju)中(zhong)的(de)上(shang)頂板(ban)(ban)(ban)(ban)、下底板(ban)(ban)(ban)(ban)、中(zhong)間(jian)隔板(ban)(ban)(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)(ban)(ban)和(he)肋(lei)板(ban)(ban)(ban)(ban)為碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)材料，柜(ju)中(zhong)的(de)襯(chen)板(ban)(ban)(ban)(ban)均為馬(ma)(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)(ban)。在(zai)裝配(pei)過(guo)程中(zhong)有馬(ma)(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)之間(jian)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)、馬(ma)(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)與(yu)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)和(he)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)(ban)之間(jian)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)需要(yao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過(guo)程中(zhong)，常出現500～800mm長的(de)整(zheng)段(duan)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在(zai)焊(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發生過(guo)整(zheng)條馬(ma)(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)或馬(ma)(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)與(yu)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)發生脆斷，厚度(du)(du)方向也幾乎裂透，并伴隨(sui)較大的(de)聲響，斷面整(zheng)齊光(guang)滑。產(chan)生脆斷的(de)主(zhu)要(yao)原因是整(zheng)體構(gou)件(jian)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)處在(zai)拘(ju)束度(du)(du)過(guo)大情況下產(chan)生過(guo)大的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)而造(zao)成(cheng)的(de)，通過(guo)對焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)順序的(de)調整(zheng)，用減輕(qing)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)拘(ju)束度(du)(du)方法解決(jue)了這(zhe)一(yi)難(nan)題。
焊接過程中原先的焊接順序為(wei)：
1）先對碳鋼環板與馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼襯板的進行整(zheng)條環縫進行焊(han)接(jie)。
2）再(zai)對碳鋼合縫(feng)板(ban)與馬(ma)氏體不(bu)銹鋼襯板(ban)的整條(tiao)縱縫(feng)進行(xing)焊焊接(jie)。
3）然后對碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整體縱縫(feng)進行焊接。
4）最后對碳(tan)鋼(gang)板之(zhi)間(jian)焊(han)縫和馬氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板之(zhi)間(jian)焊(han)縫分(fen)別進行焊(han)接(jie)。
經多次(ci)探討改變的原先的焊接順序：
1）先對碳鋼(gang)環(huan)板與(yu)馬氏體不銹鋼(gang)襯板的(de)整條環(huan)縫焊改為斷續焊，減少焊后(hou)產生(sheng)較大的(de)拘束應力(li)。
2）同樣對碳鋼(gang)肋(lei)板與馬(ma)氏體不銹鋼(gang)襯板的(de)整條(tiao)縱縫改為斷續焊，仍能減(jian)少焊后產生較大的(de)拘(ju)束應力。
3）碳(tan)鋼板(ban)之(zhi)(zhi)間(jian)的焊縫和馬氏體不(bu)銹鋼襯板(ban)之(zhi)(zhi)間(jian)焊縫仍為分別一(yi)次焊成。
4）在碳鋼肋板與馬(ma)氏體不銹鋼襯(chen)板縱(zong)縫的斷續焊上進行(xing)滿焊。
5）再在碳鋼(gang)(gang)環板與馬氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)襯板環縫的斷(duan)續焊上(shang)進行滿焊。
6）最后對碳(tan)鋼合縫板(ban)與馬氏體不(bu)銹鋼襯板(ban)縱縫進(jin)行滿焊。
在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)(ban)本體的(de)(de)(de)環(huan)(huan)焊(han)(han)(han)縫(feng)時(shi)，碳鋼(gang)(gang)環(huan)(huan)板(ban)(ban)與(yu)馬(ma)(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)(ban)不(bu)(bu)要全部(bu)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)好，讓兩端的(de)(de)(de)碳鋼(gang)(gang)合縫(feng)板(ban)(ban)與(yu)馬(ma)(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)(ban)處于自(zi)由狀態，拘束度(du)(du)大(da)大(da)降低，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力得以有效釋放，避免了(le)焊(han)(han)(han)態淬硬性較強的(de)(de)(de)馬(ma)(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)在(zai)(zai)較大(da)拘束度(du)(du)和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力下形成延(yan)時(shi)脆(cui)斷和(he)焊(han)(han)(han)縫(feng)內部(bu)裂紋(wen)，焊(han)(han)(han)后(hou)經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)裂紋(wen)明(ming)顯減少。構(gou)件整體裝配定位(wei)焊(han)(han)(han)后(hou)，在(zai)(zai)保(bao)證焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)時(shi)不(bu)(bu)會導(dao)致明(ming)顯焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變形的(de)(de)(de)前提下，盡(jin)可(ke)能先焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)從中間(jian)向(xiang)兩端背向(xiang)對稱施焊(han)(han)(han)，盡(jin)可(ke)能降低構(gou)件拘束度(du)(du)，減少焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力，可(ke)以有效地避免焊(han)(han)(han)縫(feng)延(yan)時(shi)宏(hong)觀開裂。
總(zong)之，通(tong)過焊(han)后熱(re)處(chu)理和調整焊(han)接(jie)順序，降低構件(jian)的拘束度，控制焊(han)縫(feng)宏(hong)觀延遲裂紋，保證了產(chan)品的質量。
