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(ma)氏體不(bu)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
試驗用板材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學成分(fen)和力學性(xing)能分(fen)別見(jian)表4-54和表4-55。顯微組(zu)織為回(hui)火馬氏(shi)體(ti)(ti)和少量逆變奧氏(shi)體(ti)(ti)。
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(han)接(jie)材料(liao)選用哈爾(er)濱焊(han)接(jie)研究(jiu)所研制的焊(han)絲HS13/5L，其化學(xue)成分見(jian)表4-56。
（3）焊(han)(han)接(jie)參數(shu)電(dian)(dian)弧電(dian)(dian)壓(ya)為24～32V，焊(han)(han)接(jie)電(dian)(dian)流為220～280A（平(ping)焊(han)(han)和(he)橫(heng)焊(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)），焊(han)(han)接(jie)速度為150～450mm／min。
（4）焊前準(zhun)備 采用碳(tan)弧氣刨刨制坡口，坡口及(ji)清(qing)根后的金(jin)(jin)屬面需(xu)采用砂輪或旋(xuan)轉銼將(jiang)滲層(ceng)打磨掉，直至露出金(jin)(jin)屬光澤；焊前預熱(re)用煤氣管均勻加熱(re)，確認(ren)待焊區溫度(du)在80～100℃后方可施(shi)焊。道間溫度(du)控制在150℃以下，而且必須進行層(ceng)間清(qing)理，除掉焊渣(zha)等雜物。
三、退火處理對力學性能的影響
采用相同的(de)試(shi)板(ban)、焊材及焊接(jie)參數焊接(jie)兩組(zu)(zu)(zu)試(shi)板(ban)：一組(zu)(zu)(zu)焊接(jie)后(hou)進行(xing)（590±10）℃保溫(wen)4h的(de)退火熱(re)(re)處理(li)；另一組(zu)(zu)(zu)處于焊態(tai)(tai)。兩組(zu)(zu)(zu)試(shi)板(ban)經UT檢查合格后(hou)，按(an)ASTWIX-1989標(biao)準進行(xing)力學性能(neng)考核，結果(guo)見表4-57。從表中可(ke)以看出：熱(re)(re)處理(li)后(hou)焊縫的(de)抗拉強度和(he)(he)(he)硬度比(bi)熱(re)(re)處理(li)前略有降低，彎(wan)曲(qu)(qu)和(he)(he)(he)沖(chong)擊(ji)性能(neng)明(ming)顯好于熱(re)(re)處理(li)前，也(ye)就是說熱(re)(re)處理(li)后(hou)焊縫的(de)塑性和(he)(he)(he)韌性大幅提(ti)高；焊態(tai)(tai)的(de)彎(wan)曲(qu)(qu)試(shi)樣，在彎(wan)曲(qu)(qu)不到10°時，焊縫處就明(ming)顯開裂。
四、不同拘束度對(dui)焊縫裂紋的影響
產(chan)(chan)(chan)品整(zheng)體(ti)構件猶如一個大型柜(ju)形(xing)結(jie)構，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)上頂板(ban)、下底板(ban)、中(zhong)(zhong)間隔(ge)板(ban)、兩邊(bian)側板(ban)和肋板(ban)為(wei)碳(tan)鋼(gang)材料，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)襯(chen)板(ban)均為(wei)馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)板(ban)。在(zai)(zai)裝配過(guo)程中(zhong)(zhong)有(you)馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)之間焊(han)(han)(han)(han)(han)縫、馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫和碳(tan)鋼(gang)板(ban)之間的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫需要焊(han)(han)(han)(han)(han)接。在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接過(guo)程中(zhong)(zhong)，常出現500～800mm長的(de)(de)整(zheng)段(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)完(wan)5～6h，甚至(zhi)12h后，都發生(sheng)(sheng)過(guo)整(zheng)條(tiao)馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫或馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫發生(sheng)(sheng)脆斷，厚度(du)方向也幾乎(hu)裂透，并伴隨較大的(de)(de)聲響，斷面整(zheng)齊(qi)光滑。產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)脆斷的(de)(de)主要原因是整(zheng)體(ti)構件焊(han)(han)(han)(han)(han)接時，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫處在(zai)(zai)拘束度(du)過(guo)大情況(kuang)下產(chan)(chan)(chan)生(sheng)(sheng)過(guo)大的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接應力而(er)造成的(de)(de)，通(tong)過(guo)對焊(han)(han)(han)(han)(han)接順序的(de)(de)調整(zheng)，用減(jian)輕焊(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)拘束度(du)方法(fa)解決了這一難(nan)題(ti)。
焊(han)接(jie)過程中(zhong)原(yuan)先的焊(han)接(jie)順序為：
1）先對碳鋼(gang)(gang)環(huan)板與馬氏體不銹鋼(gang)(gang)襯板的進行(xing)整條環(huan)縫(feng)進行(xing)焊接(jie)。
2）再對碳鋼合縫(feng)板(ban)與馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼襯板(ban)的整條(tiao)縱縫(feng)進行焊焊接。
3）然后對碳鋼(gang)(gang)肋板與馬(ma)氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)襯板的(de)整體(ti)縱(zong)縫進行焊(han)接。
4）最后對碳(tan)鋼板(ban)之間焊(han)(han)(han)縫(feng)和馬氏體不(bu)銹鋼襯(chen)板(ban)之間焊(han)(han)(han)縫(feng)分別進行焊(han)(han)(han)接。
經多次(ci)探討改變(bian)的(de)原先的(de)焊接順序：
1）先對(dui)碳鋼環(huan)板(ban)與馬(ma)氏體(ti)不銹鋼襯板(ban)的(de)(de)整條(tiao)環(huan)縫焊改為斷續焊，減少焊后產(chan)生較大的(de)(de)拘束應力(li)。
2）同樣對碳鋼肋板(ban)(ban)與馬氏體不銹鋼襯板(ban)(ban)的(de)(de)整(zheng)條縱縫(feng)改為斷續焊，仍能(neng)減少焊后(hou)產生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)(de)拘(ju)束應力(li)。
3）碳鋼(gang)板之(zhi)(zhi)間的焊(han)縫(feng)(feng)和(he)馬氏(shi)體不銹鋼(gang)襯板之(zhi)(zhi)間焊(han)縫(feng)(feng)仍(reng)為分(fen)別一次焊(han)成。
4）在(zai)碳鋼肋板(ban)與馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)縱縫的斷續(xu)焊(han)上(shang)進(jin)行(xing)滿焊(han)。
5）再在碳(tan)鋼(gang)環板與馬氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)襯(chen)板環縫的斷續焊(han)上進行滿焊(han)。
6）最(zui)后對(dui)碳(tan)鋼合縫板(ban)與(yu)馬氏體不銹鋼襯板(ban)縱縫進行(xing)滿(man)焊。
在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板本體(ti)的(de)環焊(han)(han)(han)(han)(han)縫時(shi)(shi)(shi)，碳鋼(gang)(gang)環板與馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板不要全部焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)好，讓兩(liang)端的(de)碳鋼(gang)(gang)合縫板與馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板處于自由(you)狀態，拘束度大大降低，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應力(li)得以有(you)效釋放，避免了焊(han)(han)(han)(han)(han)態淬硬(ying)性(xing)較(jiao)強(qiang)的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫在(zai)較(jiao)大拘束度和焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應力(li)下形成延(yan)時(shi)(shi)(shi)脆斷和焊(han)(han)(han)(han)(han)縫內部裂紋，焊(han)(han)(han)(han)(han)后經UT探傷檢查(cha)，各種焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)裂紋明(ming)(ming)顯減(jian)少。構件(jian)整體(ti)裝(zhuang)配定(ding)位焊(han)(han)(han)(han)(han)后，在(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫時(shi)(shi)(shi)不會導(dao)致明(ming)(ming)顯焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)變形的(de)前提下，盡可(ke)(ke)能先焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫。焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)(shi)(shi)從中間向(xiang)(xiang)兩(liang)端背向(xiang)(xiang)對稱(cheng)施焊(han)(han)(han)(han)(han)，盡可(ke)(ke)能降低構件(jian)拘束度，減(jian)少焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應力(li)，可(ke)(ke)以有(you)效地(di)避免焊(han)(han)(han)(han)(han)縫延(yan)時(shi)(shi)(shi)宏觀開裂。
總之，通過焊(han)后熱(re)處理和調整焊(han)接順序，降低(di)構件的(de)拘束度(du)，控制焊(han)縫(feng)宏觀延遲裂紋(wen)，保證了產品的(de)質量。
