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(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(shi)驗材料(liao)
試驗用板材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學(xue)成分和力(li)學(xue)性(xing)能分別見表(biao)4-54和表(biao)4-55。顯(xian)微(wei)組織為(wei)回火馬氏體(ti)和少量逆(ni)變奧氏體(ti)。
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(han)接材料選用哈爾濱(bin)焊(han)接研(yan)究(jiu)所研(yan)制的焊(han)絲HS13/5L，其化學成分見表(biao)4-56。
（3）焊接(jie)參數電弧電壓為24～32V，焊接(jie)電流為220～280A（平焊和橫(heng)焊）、210～240A（立焊），焊接(jie)速度為150～450mm／min。
（4）焊(han)前準備(bei) 采用(yong)碳弧氣刨(bao)刨(bao)制(zhi)坡(po)口，坡(po)口及清(qing)根(gen)后的金屬面需采用(yong)砂輪或(huo)旋轉銼將滲層(ceng)打磨掉，直(zhi)至(zhi)露出(chu)金屬光澤；焊(han)前預熱用(yong)煤氣管均勻加熱，確(que)認待(dai)焊(han)區溫度在(zai)80～100℃后方可施(shi)焊(han)。道(dao)間溫度控制(zhi)在(zai)150℃以下(xia)，而(er)且必須進行(xing)層(ceng)間清(qing)理(li)，除掉焊(han)渣(zha)等雜物。
三、退火處理對力學性能的影響
采用相同的(de)試板、焊(han)(han)材及焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)參數焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)兩(liang)組試板：一(yi)組焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)后(hou)進(jin)行（590±10）℃保溫(wen)4h的(de)退火(huo)熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理；另一(yi)組處(chu)(chu)(chu)于焊(han)(han)態。兩(liang)組試板經UT檢查合格后(hou)，按(an)ASTWIX-1989標準進(jin)行力學性(xing)能(neng)考(kao)核，結(jie)果見表4-57。從表中可以看出：熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理后(hou)焊(han)(han)縫的(de)抗拉強度和硬度比熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理前略有降低，彎曲和沖擊性(xing)能(neng)明(ming)顯(xian)好(hao)于熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理前，也就(jiu)是說(shuo)熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理后(hou)焊(han)(han)縫的(de)塑(su)性(xing)和韌性(xing)大(da)幅提高；焊(han)(han)態的(de)彎曲試樣(yang)，在彎曲不到10°時，焊(han)(han)縫處(chu)(chu)(chu)就(jiu)明(ming)顯(xian)開裂。
四、不(bu)同(tong)拘束度對焊縫(feng)裂紋(wen)的影響
產品整(zheng)(zheng)體構件猶(you)如一個大(da)型柜形結(jie)構，柜中(zhong)的(de)(de)(de)(de)上頂板(ban)、下底板(ban)、中(zhong)間(jian)隔板(ban)、兩邊(bian)側板(ban)和肋板(ban)為碳(tan)鋼材料，柜中(zhong)的(de)(de)(de)(de)襯(chen)板(ban)均(jun)為馬氏(shi)體不(bu)銹鋼（04Cr13Ni5Mo）鋼板(ban)。在(zai)裝配過程中(zhong)有馬氏(shi)體不(bu)銹鋼之(zhi)間(jian)焊(han)(han)(han)縫(feng)、馬氏(shi)體不(bu)銹鋼與碳(tan)鋼的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)和碳(tan)鋼板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)需要焊(han)(han)(han)接(jie)。在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)過程中(zhong)，常出現500～800mm長(chang)的(de)(de)(de)(de)整(zheng)(zheng)段焊(han)(han)(han)縫(feng)在(zai)焊(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都(dou)發生(sheng)(sheng)過整(zheng)(zheng)條馬氏(shi)體不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)縫(feng)或馬氏(shi)體不(bu)銹鋼與碳(tan)鋼的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)發生(sheng)(sheng)脆(cui)斷(duan)，厚度(du)方向也幾乎裂透，并(bing)伴隨較大(da)的(de)(de)(de)(de)聲響(xiang)，斷(duan)面整(zheng)(zheng)齊(qi)光(guang)滑。產生(sheng)(sheng)脆(cui)斷(duan)的(de)(de)(de)(de)主要原因是整(zheng)(zheng)體構件焊(han)(han)(han)接(jie)時(shi)，焊(han)(han)(han)縫(feng)處在(zai)拘束度(du)過大(da)情況下產生(sheng)(sheng)過大(da)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)應力而造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，通過對焊(han)(han)(han)接(jie)順序的(de)(de)(de)(de)調整(zheng)(zheng)，用減(jian)輕焊(han)(han)(han)縫(feng)的(de)(de)(de)(de)拘束度(du)方法(fa)解決了這一難(nan)題。
焊接(jie)過程中原先的(de)焊接(jie)順序為：
1）先對碳鋼(gang)環板與馬氏體不銹鋼(gang)襯(chen)板的(de)進行整條環縫進行焊接。
2）再(zai)對碳鋼合縫(feng)板與(yu)馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼襯板的(de)整條(tiao)縱縫(feng)進行焊焊接。
3）然后(hou)對(dui)碳鋼肋(lei)板與馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼襯板的整(zheng)體(ti)縱縫進行焊接。
4）最后對(dui)碳(tan)鋼板之間(jian)焊縫(feng)和馬氏體(ti)不銹鋼襯(chen)板之間(jian)焊縫(feng)分別進行焊接。
經多次(ci)探討改變的原(yuan)先的焊(han)接順(shun)序：
1）先(xian)對碳鋼環板與馬氏體不銹鋼襯板的(de)整條環縫焊(han)改為(wei)斷續焊(han)，減少焊(han)后產生較(jiao)大的(de)拘束應力。
2）同樣對碳鋼肋板與(yu)馬(ma)氏體不(bu)銹鋼襯板的(de)整條縱縫改為斷續焊，仍能減(jian)少(shao)焊后產生較(jiao)大的(de)拘(ju)束應力。
3）碳鋼板(ban)之間的(de)焊縫(feng)和馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)之間焊縫(feng)仍(reng)為分別(bie)一次焊成。
4）在碳鋼(gang)肋(lei)板(ban)與馬(ma)氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板(ban)縱(zong)縫的斷續焊(han)上進行(xing)滿焊(han)。
5）再在碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板環(huan)縫(feng)的斷(duan)續焊上(shang)進行滿(man)焊。
6）最后(hou)對碳鋼(gang)合縫板與馬氏體不(bu)銹鋼(gang)襯板縱縫進行滿(man)焊。
在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)(ban)本體(ti)(ti)(ti)的環(huan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時，碳鋼(gang)環(huan)板(ban)(ban)與馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)(ban)不(bu)要全部焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)好，讓兩端的碳鋼(gang)合縫(feng)(feng)板(ban)(ban)與馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)(ban)處于自由狀態，拘(ju)束度大(da)大(da)降低(di)，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力得以(yi)有(you)效釋放，避(bi)(bi)免了焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)態淬硬(ying)性較強的馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在(zai)(zai)較大(da)拘(ju)束度和焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力下形成延時脆斷和焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內部裂(lie)(lie)紋(wen)，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后經UT探傷檢查，各(ge)種焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)裂(lie)(lie)紋(wen)明(ming)顯減少。構件整體(ti)(ti)(ti)裝配(pei)定位焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后，在(zai)(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時不(bu)會(hui)導致明(ming)顯焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變形的前提下，盡可能(neng)先(xian)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時從中(zhong)間向兩端背向對稱施焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)，盡可能(neng)降低(di)構件拘(ju)束度，減少焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力，可以(yi)有(you)效地避(bi)(bi)免焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)延時宏觀開裂(lie)(lie)。
總之(zhi)，通過焊(han)后熱處理和(he)調整焊(han)接(jie)順序，降低構件的拘束度，控制焊(han)縫宏觀延遲(chi)裂(lie)紋(wen)，保(bao)證了產品的質量。
