水輪機作為水電站的核心設備，其轉輪的材質要具有耐氣蝕、耐泥沙磨損和抗斷裂性能，通常選用Cr13Ni5馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼。長期使用后不可避免地出現磨損和腐蝕，針對水輪機的修復，堆焊是一種比較理想和簡便的方法。堆焊方法有焊條堆焊、焊帶堆焊和藥芯焊絲堆焊，將這幾種堆焊方法進行了對比試驗。認為藥芯焊絲堆焊具有調整方便、焊接效率高、熔合比低和焊接變形小等優點。
一、E410NiMo堆焊用藥芯焊絲(si)配方設計
E410NiMo藥芯焊絲所(suo)用鋼帶為ER430鋼帶，其化學(xue)成分見表(biao)5-73。藥粉主要(yao)有(you)礦石粉和金屬粉組成，其主要(yao)成分見表(biao)5-74。
二、幾(ji)種焊接方法對(dui)比的試樣制備與(yu)分(fen)析
選水(shui)輪(lun)機母材為(wei)ZG06Cr13Ni5Mo鋼，并將(jiang)定義為(wei)0＃試樣(yang)，其(qi)主要成分(fen)見表(biao)5-75。用E410NiMo藥芯焊(han)絲堆焊(han)3層，按表(biao)5-76堆焊(han)參數所制備的(de)堆焊(han)的(de)試樣(yang)編號為(wei)1＃、2和3＃試樣(yang)。
其他焊接(jie)方法的(de)堆焊參數見表5-77，將D410NiMo鋼(gang)帶的(de)堆焊試(shi)樣編號為4＃，G227焊條的(de)堆焊試(shi)樣編號為5＃。
1. 不同堆焊方法試(shi)樣(yang)(yang)與母(mu)材(cai)試(shi)樣(yang)(yang)化學成分進(jin)行對(dui)比
將堆焊試件切割成57mm×25.5mm×5mm，銑平待檢表面，采用德國布魯克公司生產的Q8 Magellan 火花直讀光譜儀測定試樣的化學成分，見表5-78。從表中可以看出，研發的藥芯焊絲的C、Si、Mn、P、S、Cr等元素與母材接近，而Ni、Mo等元素含量高于母材。Mo的加入，能夠有效提高熔敷金屬的耐汽蝕性能，Ni可以提高鋼的力學性能且能改善耐蝕性和耐酸性。
2. 測定(ding)堆焊層試樣的硬度
采用TH600布氏硬(ying)度儀(yi)進行(xing)測定，要求在(zai)每個(ge)(ge)試(shi)樣堆(dui)焊(han)(han)層上測量(liang)5個(ge)(ge)點，取(qu)平(ping)均(jun)值(zhi)，測定結果(guo)見表5-79。從試(shi)驗數據可知，水輪(lun)機(ji)母材(cai)(cai)的(de)硬(ying)度較(jiao)各種焊(han)(han)材(cai)(cai)熔敷(fu)(fu)金屬(shu)的(de)硬(ying)度偏(pian)低(di)，與熱處理過的(de)藥芯(xin)(xin)焊(han)(han)絲堆(dui)焊(han)(han)試(shi)件硬(ying)度相當。藥芯(xin)(xin)焊(han)(han)絲的(de)熔敷(fu)(fu)金屬(shu)的(de)鐵(tie)素體含量(liang)低(di)于水輪(lun)機(ji)母材(cai)(cai)、焊(han)(han)帶(dai)和焊(han)(han)條的(de)熔敷(fu)(fu)金屬(shu)的(de)鐵(tie)素體含量(liang)。
3. 各堆焊(han)層(ceng)的組織分析
試樣為10mm×10mm×5mm，腐蝕液（質量分數）為HF 4%+HNO3 4%+H2O 92％，利用MPEG3型號顯微鏡進行觀察與圖像采集。所有堆焊方法下的熔敷金屬組織明顯比母材細密得多，且馬氏體的數量比母材多。因此，堆焊態下的熔敷金屬較母材有更好的耐磨蝕性能。
4. 磨粒磨損對比試驗
采用(yong)MLS-225型(xing)濕式橡膠輪磨粒磨損(sun)試(shi)驗機。材料的(de)(de)耐磨性能用(yong)磨損(sun)失去質(zhi)量(liang)來衡(heng)量(liang)，算出(chu)磨損(sun)前后(hou)試(shi)件的(de)(de)平均質(zhi)量(liang)差。與(yu)試(shi)驗時用(yong)水(shui)輪機母材相比。對比件失去的(de)(de)質(zhi)量(liang)與(yu)測量(liang)件失去的(de)(de)質(zhi)量(liang)之比來衡(heng)量(liang)該(gai)堆焊層的(de)(de)相對耐磨性。相對磨損(sun)率＝對比材料的(de)(de)磨損(sun)量(liang)／0＃試(shi)樣材料的(de)(de)磨損(sun)量(liang)。試(shi)驗結果見表5-80。
試驗結果(guo)表(biao)明，在上述磨(mo)損(sun)條件下(xia)，各種堆(dui)焊方法熔敷金(jin)屬(shu)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)粒(li)磨(mo)損(sun)性(xing)(xing)能(neng)比(bi)母材好(hao)，熱(re)處理對材料耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)影響不(bu)大，而控制層(ceng)間溫(wen)度(du)對提(ti)高熔敷金(jin)屬(shu)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)粒(li)磨(mo)損(sun)性(xing)(xing)能(neng)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)(de)改(gai)善(shan)作(zuo)用。總(zong)體來看，藥芯(xin)焊絲熔敷金(jin)屬(shu)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)粒(li)磨(mo)損(sun)性(xing)(xing)能(neng)優于(yu)其他堆(dui)焊方法。
5. 沖蝕(shi)磨(mo)損對(dui)比(bi)試驗
為了模擬水(shui)輪機(ji)在實際工作時所(suo)遭受的(de)(de)含(han)沙(sha)(sha)水(shui)流沖(chong)蝕磨損情(qing)況，采用北京工業大學自制的(de)(de)水(shui)沙(sha)(sha)沖(chong)蝕磨損試驗機(ji)來測定試樣(yang)的(de)(de)耐含(han)沙(sha)(sha)水(shui)流磨蝕的(de)(de)能(neng)力(li)。
試(shi)(shi)(shi)樣尺寸為57mm×25mm×10mm，將試(shi)(shi)(shi)樣裝在試(shi)(shi)(shi)樣臺上，按試(shi)(shi)(shi)驗機的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)行(xing)步驟進行(xing)試(shi)(shi)(shi)驗。每沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)2h后(hou)停機，取出試(shi)(shi)(shi)樣并放入(ru)盛有丙酮溶液的(de)(de)(de)(de)(de)燒杯中，在超聲波清(qing)洗儀(yi)中清(qing)洗3～5min，干燥(zao)后(hou)采用BS224S電子(zi)天平(ping)進行(xing)試(shi)(shi)(shi)樣質(zhi)量測量，精(jing)確到(dao)0.0001g。材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)性(xing)能(neng)(neng)用磨(mo)(mo)損(sun)前后(hou)失(shi)去(qu)質(zhi)量的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)均值來(lai)考核。一共(gong)進行(xing)8h，對(dui)比藥芯(xin)焊(han)(han)(han)絲試(shi)(shi)(shi)件和其(qi)他堆(dui)焊(han)(han)(han)方(fang)法(fa)試(shi)(shi)(shi)件失(shi)去(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量與母材(cai)失(shi)去(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量之比來(lai)衡量該(gai)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)相對(dui)耐磨(mo)(mo)性(xing)。相對(dui)磨(mo)(mo)損(sun)率＝對(dui)比材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)量／0號(hao)試(shi)(shi)(shi)件的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)量。試(shi)(shi)(shi)驗結果見表(biao)5-81。從表(biao)中可知，各種焊(han)(han)(han)接方(fang)法(fa)熔敷金屬耐沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)能(neng)(neng)與母材(cai)相當。熱處理對(dui)藥芯(xin)焊(han)(han)(han)絲堆(dui)焊(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)耐沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)能(neng)(neng)影響不大，而控制層(ceng)(ceng)間溫度能(neng)(neng)較(jiao)明顯(xian)地提高藥芯(xin)焊(han)(han)(han)絲熔敷金屬的(de)(de)(de)(de)(de)耐沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)能(neng)(neng)。總體(ti)上可以認(ren)為，除焊(han)(han)(han)帶(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接方(fang)法(fa)外，焊(han)(han)(han)條和藥芯(xin)焊(han)(han)(han)絲的(de)(de)(de)(de)(de)耐沖(chong)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)堆(dui)焊(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)較(jiao)好。
通(tong)過上述試驗可以(yi)認為(wei)，用(yong)藥芯焊(han)絲堆(dui)焊(han)磨(mo)損的(de)水輪機是可行的(de)，如果(guo)層間溫度控制(zhi)在150～200℃，堆(dui)焊(han)熔敷金屬(shu)的(de)耐磨(mo)粒磨(mo)損和耐沖(chong)蝕(shi)磨(mo)損性能為(wei)最佳。
