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，屬于低碳馬氏體不銹鋼。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、試驗材(cai)料
試驗用板(ban)材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板(ban)，主要(yao)化(hua)學成(cheng)分(fen)(fen)和力學性能分(fen)(fen)別見表4-54和表4-55。顯微組(zu)織為回火(huo)馬氏體和少(shao)量逆變奧氏體。
二(er)、焊接工藝要點
（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）焊接材料選用哈爾濱(bin)焊接研究所研制的(de)焊絲HS13/5L，其(qi)化學成分(fen)見表4-56。
（3）焊(han)(han)(han)接參數(shu)電(dian)(dian)(dian)弧電(dian)(dian)(dian)壓為(wei)24～32V，焊(han)(han)(han)接電(dian)(dian)(dian)流為(wei)220～280A（平焊(han)(han)(han)和橫焊(han)(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)(han)），焊(han)(han)(han)接速度為(wei)150～450mm／min。
（4）焊(han)(han)前(qian)準備 采(cai)用碳(tan)弧氣刨刨制坡口(kou)，坡口(kou)及清(qing)根后的(de)金(jin)屬面需(xu)采(cai)用砂輪或旋轉銼將滲層打磨掉，直至(zhi)露出金(jin)屬光澤；焊(han)(han)前(qian)預熱用煤氣管均(jun)勻加(jia)熱，確認待焊(han)(han)區溫度在(zai)80～100℃后方可施焊(han)(han)。道間(jian)溫度控制在(zai)150℃以下，而且必須進(jin)行層間(jian)清(qing)理，除掉焊(han)(han)渣等雜物。
三、退火處理(li)對力學性(xing)能的影(ying)響(xiang)
采用相同的試(shi)(shi)(shi)板、焊(han)材及焊(han)接(jie)參數焊(han)接(jie)兩(liang)(liang)組(zu)(zu)試(shi)(shi)(shi)板：一組(zu)(zu)焊(han)接(jie)后進行（590±10）℃保溫4h的退(tui)火熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)；另一組(zu)(zu)處(chu)(chu)(chu)于焊(han)態。兩(liang)(liang)組(zu)(zu)試(shi)(shi)(shi)板經UT檢查合格(ge)后，按ASTWIX-1989標準進行力學性能(neng)考核，結果(guo)見表4-57。從表中可以(yi)看出：熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后焊(han)縫的抗(kang)拉強度和硬度比(bi)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)前略有降低，彎曲(qu)和沖(chong)擊性能(neng)明顯(xian)(xian)好(hao)于熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)前，也就是說(shuo)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后焊(han)縫的塑性和韌性大幅提高；焊(han)態的彎曲(qu)試(shi)(shi)(shi)樣，在彎曲(qu)不到10°時(shi)，焊(han)縫處(chu)(chu)(chu)就明顯(xian)(xian)開裂。
四、不同拘束度(du)對焊縫裂紋的影響
產(chan)品整(zheng)(zheng)(zheng)體構(gou)件猶如(ru)一個大(da)型柜(ju)形結構(gou)，柜(ju)中(zhong)的(de)(de)上頂板(ban)(ban)(ban)、下(xia)底板(ban)(ban)(ban)、中(zhong)間隔板(ban)(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)(ban)和(he)肋板(ban)(ban)(ban)為碳鋼(gang)(gang)(gang)材料(liao)，柜(ju)中(zhong)的(de)(de)襯板(ban)(ban)(ban)均(jun)為馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)。在裝配過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)有馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)之(zhi)間焊(han)(han)(han)縫(feng)、馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)和(he)碳鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)之(zhi)間的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)需要(yao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)。在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，常出現500～800mm長的(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)段焊(han)(han)(han)縫(feng)在焊(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發(fa)生過(guo)(guo)整(zheng)(zheng)(zheng)條馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)或馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)發(fa)生脆(cui)斷，厚度(du)方向也幾乎裂透，并伴(ban)隨較大(da)的(de)(de)聲響，斷面(mian)整(zheng)(zheng)(zheng)齊光滑。產(chan)生脆(cui)斷的(de)(de)主要(yao)原因是整(zheng)(zheng)(zheng)體構(gou)件焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)，焊(han)(han)(han)縫(feng)處在拘(ju)束度(du)過(guo)(guo)大(da)情況下(xia)產(chan)生過(guo)(guo)大(da)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力而造成的(de)(de)，通(tong)過(guo)(guo)對焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)順序的(de)(de)調(diao)整(zheng)(zheng)(zheng)，用減輕焊(han)(han)(han)縫(feng)的(de)(de)拘(ju)束度(du)方法解決了這(zhe)一難題。
焊接(jie)過(guo)程中原先的(de)焊接(jie)順序為：
1）先對碳鋼環(huan)板與(yu)馬氏體不(bu)銹鋼襯板的進行整條環(huan)縫進行焊接。
2）再對碳鋼合(he)縫(feng)板(ban)與馬氏體不銹鋼襯板(ban)的整條(tiao)縱(zong)縫(feng)進行焊(han)焊(han)接。
3）然后對碳鋼肋板與馬(ma)氏體不(bu)銹鋼襯板的(de)整體縱縫進行焊接。
4）最后(hou)對碳鋼(gang)板(ban)之間焊縫(feng)和馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)襯板(ban)之間焊縫(feng)分別進行焊接。
經多次(ci)探討改變(bian)的原先的焊(han)接順(shun)序：
1）先對碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板的(de)整條環(huan)縫焊改為斷續焊，減少(shao)焊后(hou)產生(sheng)較大的(de)拘(ju)束應力。
2）同樣對(dui)碳鋼(gang)(gang)肋板與馬氏體不銹鋼(gang)(gang)襯板的整條縱縫改為(wei)斷(duan)續焊，仍能減少焊后產生較大的拘束應力(li)。
3）碳鋼板(ban)之間的焊(han)縫和馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼襯板(ban)之間焊(han)縫仍為(wei)分(fen)別(bie)一次焊(han)成(cheng)。
4）在(zai)碳鋼(gang)肋(lei)板(ban)與(yu)馬氏體不銹鋼(gang)襯板(ban)縱縫的斷續焊上進行滿焊。
5）再在(zai)碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯(chen)板環(huan)縫的斷續焊上進行(xing)滿焊。
6）最(zui)后對(dui)碳鋼(gang)合縫(feng)板與馬(ma)氏體不銹鋼(gang)襯板縱縫(feng)進行(xing)滿(man)焊。
在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)(ban)本體(ti)的(de)環(huan)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時，碳鋼(gang)(gang)環(huan)板(ban)(ban)與(yu)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)(ban)不(bu)要(yao)全部(bu)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)好，讓兩(liang)端(duan)的(de)碳鋼(gang)(gang)合縫(feng)(feng)板(ban)(ban)與(yu)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)(ban)處于自由狀態，拘(ju)束度大大降低，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應力得以(yi)有(you)效釋放，避免了(le)焊(han)(han)(han)態淬(cui)硬性較(jiao)強的(de)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在較(jiao)大拘(ju)束度和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應力下形成(cheng)延(yan)時脆斷和焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內部(bu)裂(lie)紋，焊(han)(han)(han)后經UT探傷檢查(cha)，各(ge)種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)裂(lie)紋明(ming)顯減(jian)(jian)少(shao)。構件整體(ti)裝配定位(wei)焊(han)(han)(han)后，在保證焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時不(bu)會(hui)導致(zhi)明(ming)顯焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變形的(de)前(qian)提下，盡(jin)可(ke)能先焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時從中間向(xiang)兩(liang)端(duan)背向(xiang)對稱施焊(han)(han)(han)，盡(jin)可(ke)能降低構件拘(ju)束度，減(jian)(jian)少(shao)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應力，可(ke)以(yi)有(you)效地避免焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)延(yan)時宏觀(guan)開裂(lie)。
總之，通過焊(han)(han)后熱(re)處理(li)和調整焊(han)(han)接順序，降低構件的拘束度，控制焊(han)(han)縫宏(hong)觀延遲裂(lie)紋(wen)，保證了產品的質量。
