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(yi)、試驗材料
試驗用板(ban)(ban)材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板(ban)(ban)，主要化學(xue)成分(fen)和(he)力(li)學(xue)性能分(fen)別見表(biao)4-54和(he)表(biao)4-55。顯微組織為(wei)回火馬(ma)氏體(ti)和(he)少量逆變奧氏體(ti)。
二、焊接工藝要點(dian)
（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(er)濱焊接研究所(suo)研制的焊絲HS13/5L，其化學成分見表(biao)4-56。
（3）焊(han)接(jie)參(can)數電(dian)弧電(dian)壓為24～32V，焊(han)接(jie)電(dian)流(liu)為220～280A（平焊(han)和(he)橫(heng)焊(han)）、210～240A（立(li)焊(han)），焊(han)接(jie)速(su)度為150～450mm／min。
（4）焊(han)(han)前準備(bei) 采用碳弧氣(qi)刨刨制(zhi)(zhi)坡口，坡口及清(qing)根后的金屬面需采用砂輪(lun)或旋轉銼將滲層打磨掉，直至露(lu)出金屬光澤；焊(han)(han)前預熱用煤氣(qi)管均勻(yun)加熱，確(que)認待(dai)焊(han)(han)區溫(wen)度(du)在(zai)80～100℃后方可施(shi)焊(han)(han)。道間溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)150℃以下，而且必須進行層間清(qing)理(li)，除掉焊(han)(han)渣等雜物。
三、退火(huo)處理對力學性能(neng)的(de)影(ying)響
采(cai)用相同的試(shi)板、焊(han)(han)材及焊(han)(han)接(jie)(jie)參(can)數焊(han)(han)接(jie)(jie)兩(liang)組(zu)試(shi)板：一組(zu)焊(han)(han)接(jie)(jie)后(hou)進(jin)行（590±10）℃保溫(wen)4h的退火熱處理(li)(li)(li)；另一組(zu)處于(yu)焊(han)(han)態。兩(liang)組(zu)試(shi)板經UT檢查合(he)格后(hou)，按ASTWIX-1989標準進(jin)行力學性(xing)(xing)能考核，結果見表4-57。從表中可以看出：熱處理(li)(li)(li)后(hou)焊(han)(han)縫(feng)的抗拉強(qiang)度和硬度比熱處理(li)(li)(li)前略有(you)降(jiang)低，彎曲和沖擊(ji)性(xing)(xing)能明(ming)顯好于(yu)熱處理(li)(li)(li)前，也就(jiu)是說熱處理(li)(li)(li)后(hou)焊(han)(han)縫(feng)的塑性(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)大幅提高；焊(han)(han)態的彎曲試(shi)樣，在彎曲不到10°時，焊(han)(han)縫(feng)處就(jiu)明(ming)顯開裂。
四、不同拘束度對焊縫裂紋的(de)影響
產品整(zheng)體(ti)(ti)構件猶如一個大(da)型柜(ju)形結構，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下(xia)(xia)底(di)板(ban)(ban)、中(zhong)(zhong)間(jian)(jian)隔板(ban)(ban)、兩(liang)邊側板(ban)(ban)和(he)肋板(ban)(ban)為碳(tan)(tan)鋼(gang)材料，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)襯板(ban)(ban)均為馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)板(ban)(ban)。在(zai)裝(zhuang)配過程中(zhong)(zhong)有(you)馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)之間(jian)(jian)焊(han)縫、馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)與(yu)碳(tan)(tan)鋼(gang)的(de)(de)焊(han)縫和(he)碳(tan)(tan)鋼(gang)板(ban)(ban)之間(jian)(jian)的(de)(de)焊(han)縫需要焊(han)接(jie)。在(zai)焊(han)接(jie)過程中(zhong)(zhong)，常出現(xian)500～800mm長的(de)(de)整(zheng)段焊(han)縫在(zai)焊(han)完5～6h，甚(shen)至12h后，都發生過整(zheng)條馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)縫或馬氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)與(yu)碳(tan)(tan)鋼(gang)的(de)(de)焊(han)縫發生脆(cui)斷(duan)，厚度(du)方向也(ye)幾乎裂(lie)透，并伴隨(sui)較大(da)的(de)(de)聲響，斷(duan)面整(zheng)齊光滑。產生脆(cui)斷(duan)的(de)(de)主要原(yuan)因是整(zheng)體(ti)(ti)構件焊(han)接(jie)時，焊(han)縫處在(zai)拘束度(du)過大(da)情(qing)況(kuang)下(xia)(xia)產生過大(da)的(de)(de)焊(han)接(jie)應力(li)而(er)造成的(de)(de)，通過對焊(han)接(jie)順序的(de)(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)縫的(de)(de)拘束度(du)方法解決了這一難題(ti)。
焊(han)接過程中原(yuan)先的焊(han)接順(shun)序(xu)為：
1）先(xian)對碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板的進行整條環(huan)縫進行焊接。
2）再對(dui)碳(tan)鋼合(he)縫(feng)板(ban)與馬氏體(ti)不銹鋼襯板(ban)的整(zheng)條縱縫(feng)進行焊(han)焊(han)接。
3）然后對(dui)碳鋼肋板與(yu)馬氏體不(bu)銹鋼襯板的整體縱縫進(jin)行焊接。
4）最后對碳鋼板之(zhi)間焊(han)縫和馬(ma)氏體不(bu)銹鋼襯板之(zhi)間焊(han)縫分別進(jin)行焊(han)接。
經多次探討改變的原先的焊接順序(xu)：
1）先對碳鋼環板與馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼襯板的整條(tiao)環縫焊(han)改為斷續焊(han)，減少焊(han)后產生較大(da)的拘束應力。
2）同樣對碳鋼肋板與馬氏體(ti)不銹鋼襯(chen)板的整條縱縫(feng)改為斷續焊(han)，仍能減(jian)少焊(han)后產(chan)生較大(da)的拘束應力(li)。
3）碳鋼板(ban)之間的(de)焊縫和馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)之間焊縫仍(reng)為(wei)分別一次焊成(cheng)。
4）在碳鋼肋板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯(chen)板縱(zong)縫的斷續焊上(shang)進行滿焊。
5）再(zai)在(zai)碳鋼(gang)環板與馬氏體不(bu)銹鋼(gang)襯板環縫的斷續焊上進行滿焊。
6）最后對碳(tan)鋼合縫板與馬氏體不銹鋼襯板縱(zong)縫進行滿(man)焊(han)。
在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)襯板(ban)本體(ti)(ti)的環焊(han)(han)(han)縫時(shi)，碳鋼(gang)(gang)環板(ban)與(yu)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)襯板(ban)不(bu)(bu)要全部焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)好，讓兩端的碳鋼(gang)(gang)合縫板(ban)與(yu)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)襯板(ban)處于自由狀態，拘束度(du)大大降低，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)(li)得以有(you)效(xiao)釋放，避(bi)免了焊(han)(han)(han)態淬硬性(xing)較(jiao)強的馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫在較(jiao)大拘束度(du)和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)(li)下(xia)形成(cheng)延時(shi)脆(cui)斷和(he)焊(han)(han)(han)縫內部裂紋，焊(han)(han)(han)后(hou)經UT探傷檢(jian)查，各種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)裂紋明(ming)顯減少。構件(jian)整(zheng)體(ti)(ti)裝配定(ding)位焊(han)(han)(han)后(hou)，在保證焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫時(shi)不(bu)(bu)會導(dao)致明(ming)顯焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變形的前提下(xia)，盡(jin)(jin)可(ke)能先焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)從中間向兩端背(bei)向對稱施焊(han)(han)(han)，盡(jin)(jin)可(ke)能降低構件(jian)拘束度(du)，減少焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)(li)，可(ke)以有(you)效(xiao)地避(bi)免焊(han)(han)(han)縫延時(shi)宏觀開裂。
總之(zhi)，通過焊(han)后(hou)熱處理(li)和調整焊(han)接順序，降低構(gou)件的拘束度，控(kong)制焊(han)縫宏觀延遲裂(lie)紋，保證(zheng)了產品的質(zhi)量。
