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(xiu)鋼(gang)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
試驗用板材為(wei)5mm厚(hou)04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學成(cheng)分和(he)力學性能分別見表4-54和(he)表4-55。顯微組織(zhi)為(wei)回火馬氏(shi)體(ti)和(he)少量逆變奧氏(shi)體(ti)。
二、焊接(jie)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(liao)選用(yong)哈爾濱焊接研究所研制(zhi)的焊絲HS13/5L，其化學成(cheng)分見表4-56。
（3）焊接(jie)參(can)數(shu)電弧(hu)電壓為24～32V，焊接(jie)電流為220～280A（平焊和(he)橫(heng)焊）、210～240A（立(li)焊），焊接(jie)速度為150～450mm／min。
（4）焊前準備 采用(yong)碳弧氣刨刨制坡口，坡口及清(qing)根后的金屬(shu)面(mian)需采用(yong)砂(sha)輪或旋(xuan)轉銼將滲層打磨掉，直至露(lu)出金屬(shu)光澤；焊前預熱用(yong)煤氣管均勻(yun)加熱，確認待焊區(qu)溫度在80～100℃后方可施焊。道間溫度控(kong)制在150℃以(yi)下，而且必須進行層間清(qing)理，除掉焊渣等(deng)雜物。
三、退火處(chu)理對力學(xue)性能的影響
采用相同的(de)(de)試(shi)板(ban)、焊(han)(han)(han)(han)材(cai)及焊(han)(han)(han)(han)接參(can)數焊(han)(han)(han)(han)接兩組試(shi)板(ban)：一(yi)組焊(han)(han)(han)(han)接后進行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退火熱處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)；另一(yi)組處(chu)(chu)(chu)于(yu)焊(han)(han)(han)(han)態(tai)。兩組試(shi)板(ban)經UT檢查合(he)格后，按ASTWIX-1989標(biao)準(zhun)進行(xing)力(li)學性(xing)能考核，結果見表4-57。從(cong)表中可以看出：熱處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后焊(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)抗拉強度(du)和硬度(du)比熱處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)前略有降低，彎曲(qu)和沖擊(ji)性(xing)能明顯(xian)好于(yu)熱處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)前，也(ye)就是(shi)說熱處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后焊(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)塑性(xing)和韌(ren)性(xing)大幅提(ti)高；焊(han)(han)(han)(han)態(tai)的(de)(de)彎曲(qu)試(shi)樣，在(zai)彎曲(qu)不到10°時，焊(han)(han)(han)(han)縫處(chu)(chu)(chu)就明顯(xian)開裂(lie)。
四、不(bu)同拘束(shu)度對焊縫裂紋的影(ying)響
產(chan)(chan)品整(zheng)(zheng)(zheng)體(ti)(ti)構(gou)件(jian)猶如一個大(da)型柜形結構(gou)，柜中的(de)(de)(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下(xia)底板(ban)(ban)、中間隔(ge)板(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)為(wei)碳(tan)鋼(gang)材料，柜中的(de)(de)(de)(de)襯板(ban)(ban)均(jun)為(wei)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)板(ban)(ban)。在(zai)(zai)裝配過程(cheng)中有馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)之間焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)、馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)和碳(tan)鋼(gang)板(ban)(ban)之間的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)需要焊(han)(han)(han)(han)接(jie)。在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)過程(cheng)中，常出(chu)現500～800mm長的(de)(de)(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)段焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后(hou)，都(dou)發(fa)生(sheng)過整(zheng)(zheng)(zheng)條馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)或馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)發(fa)生(sheng)脆(cui)斷(duan)(duan)，厚度方(fang)向也幾乎裂透，并伴(ban)隨較大(da)的(de)(de)(de)(de)聲響，斷(duan)(duan)面整(zheng)(zheng)(zheng)齊光滑。產(chan)(chan)生(sheng)脆(cui)斷(duan)(duan)的(de)(de)(de)(de)主要原因是整(zheng)(zheng)(zheng)體(ti)(ti)構(gou)件(jian)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)處(chu)在(zai)(zai)拘束度過大(da)情況下(xia)產(chan)(chan)生(sheng)過大(da)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)應力而造成的(de)(de)(de)(de)，通過對焊(han)(han)(han)(han)接(jie)順序的(de)(de)(de)(de)調整(zheng)(zheng)(zheng)，用(yong)減輕焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)拘束度方(fang)法解決了(le)這一難題(ti)。
焊接(jie)過程中原先(xian)的(de)焊接(jie)順序為：
1）先(xian)對碳鋼(gang)環(huan)板(ban)與馬氏體不(bu)銹鋼(gang)襯板(ban)的(de)進行整條環(huan)縫進行焊接。
2）再(zai)對碳鋼合(he)縫板與馬氏體不(bu)銹鋼襯板的整條縱縫進行焊焊接(jie)。
3）然后對(dui)碳鋼(gang)肋板與馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板的整體縱縫進行(xing)焊接。
4）最后(hou)對(dui)碳鋼(gang)板(ban)之(zhi)間焊縫(feng)和馬氏(shi)體不銹鋼(gang)襯板(ban)之(zhi)間焊縫(feng)分別進(jin)行(xing)焊接。
經多次探討改變的原先的焊接順(shun)序：
1）先(xian)對碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板的整(zheng)條環(huan)縫焊(han)改為斷續焊(han)，減少焊(han)后產生較(jiao)大的拘束應力。
2）同樣對碳鋼肋板與馬氏(shi)體(ti)不銹鋼襯板的(de)整(zheng)條縱縫(feng)改為(wei)斷(duan)續焊，仍能減少(shao)焊后產生(sheng)較大(da)的(de)拘束應力(li)。
3）碳鋼板之間的焊(han)縫和(he)馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼襯(chen)板之間焊(han)縫仍為分(fen)別一次焊(han)成。
4）在(zai)碳(tan)鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板縱縫的斷(duan)續焊(han)上進行滿焊(han)。
5）再在碳鋼(gang)環(huan)板與馬氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板環(huan)縫的(de)斷續焊上進行滿焊。
6）最后對碳鋼合縫板與馬氏體不(bu)銹鋼襯板縱縫進行滿焊。
在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板本(ben)體(ti)(ti)的(de)(de)環焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時，碳鋼(gang)(gang)環板與馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板不(bu)(bu)(bu)要(yao)全(quan)部(bu)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)好，讓兩端的(de)(de)碳鋼(gang)(gang)合縫(feng)(feng)(feng)板與馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板處于自由狀態，拘束度(du)大(da)(da)大(da)(da)降低，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應(ying)力得以有效(xiao)釋放，避免了焊(han)(han)(han)(han)(han)態淬硬(ying)性較(jiao)強的(de)(de)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在(zai)(zai)較(jiao)大(da)(da)拘束度(du)和焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應(ying)力下(xia)形成延時脆斷和焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)內部(bu)裂紋，焊(han)(han)(han)(han)(han)后經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)裂紋明(ming)顯(xian)減少。構件整(zheng)體(ti)(ti)裝配定位焊(han)(han)(han)(han)(han)后，在(zai)(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時不(bu)(bu)(bu)會導致(zhi)明(ming)顯(xian)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變形的(de)(de)前提下(xia)，盡可能(neng)先焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)。焊(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)，盡可能(neng)降低構件拘束度(du)，減少焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應(ying)力，可以有效(xiao)地避免焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)延時宏(hong)觀開裂。
總之，通過焊(han)(han)后熱處理和調整焊(han)(han)接順序，降低(di)構件的(de)拘束度，控制焊(han)(han)縫宏(hong)觀延遲裂紋(wen)，保證(zheng)了(le)產品的(de)質量。
