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、試驗材料
試驗用板材(cai)為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼(gang)板，主(zhu)要化學成分和力學性(xing)能分別(bie)見(jian)表4-54和表4-55。顯微組織為回火馬氏體和少量逆(ni)變奧氏體。
二、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焊接研(yan)究所研(yan)制的焊絲HS13/5L，其化(hua)學成(cheng)分見表4-56。
（3）焊(han)(han)接參數(shu)電弧(hu)電壓為24～32V，焊(han)(han)接電流為220～280A（平焊(han)(han)和橫(heng)焊(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)），焊(han)(han)接速度為150～450mm／min。
（4）焊(han)前(qian)(qian)準備 采用碳弧氣(qi)刨(bao)刨(bao)制坡口，坡口及清根后的(de)金(jin)屬(shu)面(mian)需采用砂輪或旋轉銼將滲層打磨掉，直(zhi)至露出金(jin)屬(shu)光澤；焊(han)前(qian)(qian)預(yu)熱(re)用煤氣(qi)管均(jun)勻加熱(re)，確認(ren)待焊(han)區溫(wen)度在80～100℃后方可施焊(han)。道間溫(wen)度控制在150℃以(yi)下(xia)，而且(qie)必須進(jin)行層間清理，除掉焊(han)渣(zha)等(deng)雜物。
三、退火處理(li)對力學(xue)性(xing)能(neng)的影(ying)響
采用相同的(de)(de)試板、焊(han)材(cai)及焊(han)接參(can)數焊(han)接兩組(zu)試板：一(yi)組(zu)焊(han)接后進(jin)行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退火熱(re)(re)處(chu)(chu)理；另一(yi)組(zu)處(chu)(chu)于焊(han)態(tai)。兩組(zu)試板經(jing)UT檢查合格后，按ASTWIX-1989標準進(jin)行(xing)力(li)學性能(neng)考核，結(jie)果見表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中可以看出：熱(re)(re)處(chu)(chu)理后焊(han)縫的(de)(de)抗拉(la)強(qiang)度和硬度比熱(re)(re)處(chu)(chu)理前略有降低(di)，彎曲(qu)和沖擊(ji)性能(neng)明(ming)顯好于熱(re)(re)處(chu)(chu)理前，也(ye)就是(shi)說熱(re)(re)處(chu)(chu)理后焊(han)縫的(de)(de)塑性和韌(ren)性大幅提高；焊(han)態(tai)的(de)(de)彎曲(qu)試樣(yang)，在彎曲(qu)不到10°時，焊(han)縫處(chu)(chu)就明(ming)顯開裂。
四、不同拘束度對(dui)焊縫裂紋(wen)的影響
產品整(zheng)體(ti)構件(jian)猶如(ru)一(yi)個大型柜(ju)形結構，柜(ju)中的(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下(xia)底(di)板(ban)(ban)、中間隔(ge)板(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)為碳鋼(gang)(gang)(gang)材料，柜(ju)中的(de)(de)襯板(ban)(ban)均為馬氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)。在(zai)(zai)裝配(pei)過(guo)(guo)(guo)程中有(you)馬氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)之(zhi)間焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)、馬氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)和碳鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)之(zhi)間的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)需要焊(han)(han)接(jie)。在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)過(guo)(guo)(guo)程中，常出現500～800mm長的(de)(de)整(zheng)段(duan)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在(zai)(zai)焊(han)(han)完5～6h，甚(shen)至12h后(hou)，都(dou)發生(sheng)過(guo)(guo)(guo)整(zheng)條馬氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)或馬氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)發生(sheng)脆(cui)斷，厚度(du)方(fang)向也(ye)幾乎裂透，并伴(ban)隨較大的(de)(de)聲(sheng)響，斷面整(zheng)齊光(guang)滑。產生(sheng)脆(cui)斷的(de)(de)主(zhu)要原因是(shi)整(zheng)體(ti)構件(jian)焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)處在(zai)(zai)拘束(shu)度(du)過(guo)(guo)(guo)大情(qing)況下(xia)產生(sheng)過(guo)(guo)(guo)大的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)應力而造成的(de)(de)，通過(guo)(guo)(guo)對焊(han)(han)接(jie)順序(xu)的(de)(de)調整(zheng)，用(yong)減輕焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)(de)拘束(shu)度(du)方(fang)法解決了這一(yi)難題。
焊接(jie)過程中原先的焊接(jie)順序(xu)為：
1）先(xian)對(dui)碳鋼環板(ban)與馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼襯板(ban)的進行整條環縫(feng)進行焊(han)接。
2）再對碳鋼合縫板與馬氏體(ti)不(bu)銹鋼襯板的整(zheng)條縱縫進行焊焊接(jie)。
3）然后對碳(tan)鋼(gang)肋(lei)板(ban)與馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)襯板(ban)的整體縱縫進行焊接。
4）最后對碳鋼板(ban)之(zhi)間焊縫和(he)馬氏(shi)體不(bu)銹鋼襯(chen)板(ban)之(zhi)間焊縫分(fen)別進行焊接。
經多次探討改變(bian)的(de)(de)原(yuan)先的(de)(de)焊接順序：
1）先對碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板的整條(tiao)環(huan)縫(feng)焊改為斷續(xu)焊，減少焊后產生較大的拘束應力。
2）同樣對(dui)碳鋼(gang)(gang)肋板與馬氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)襯板的整(zheng)條縱縫改為斷續焊，仍(reng)能減少焊后產生較大(da)的拘束應力。
3）碳(tan)鋼(gang)板(ban)之間的(de)焊縫(feng)和馬氏體不銹鋼(gang)襯板(ban)之間焊縫(feng)仍為(wei)分別(bie)一次焊成(cheng)。
4）在碳鋼肋板(ban)與馬(ma)氏體不銹鋼襯板(ban)縱縫的斷續焊(han)上進行滿(man)焊(han)。
5）再在碳鋼環板與馬氏體不(bu)銹鋼襯板環縫的斷續焊上進行滿焊。
6）最(zui)后對碳(tan)鋼合縫板與馬(ma)氏體(ti)不銹鋼襯板縱縫進行滿(man)焊。
在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)本(ben)體(ti)(ti)的(de)環(huan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)時(shi)(shi)，碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)環(huan)板(ban)(ban)與馬(ma)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)不要(yao)全部焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)好，讓(rang)兩(liang)端的(de)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)合縫(feng)板(ban)(ban)與馬(ma)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)處于自由狀態，拘束度(du)(du)大(da)(da)大(da)(da)降(jiang)低，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)得以有效(xiao)釋放，避免(mian)了焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)態淬(cui)硬(ying)性較(jiao)強(qiang)的(de)馬(ma)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)在(zai)(zai)較(jiao)大(da)(da)拘束度(du)(du)和焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)下(xia)形成延時(shi)(shi)脆斷和焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)內部裂(lie)紋(wen)(wen)，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后經(jing)UT探傷(shang)檢查(cha)，各種焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)裂(lie)紋(wen)(wen)明(ming)顯減(jian)少。構(gou)件整體(ti)(ti)裝配定位(wei)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后，在(zai)(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)時(shi)(shi)不會導致明(ming)顯焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變形的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，盡可能(neng)先焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時(shi)(shi)從中間(jian)向兩(liang)端背向對(dui)稱施(shi)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)，盡可能(neng)降(jiang)低構(gou)件拘束度(du)(du)，減(jian)少焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)，可以有效(xiao)地避免(mian)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)延時(shi)(shi)宏觀(guan)開裂(lie)。
總之，通過焊(han)后(hou)熱(re)處理和調整焊(han)接順序，降(jiang)低構件的拘束度，控(kong)制焊(han)縫(feng)宏(hong)觀延遲裂紋，保證了產品(pin)的質量。
