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(gang)。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(yan)用板材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼(gang)板，主要化學成(cheng)分和(he)力(li)學性能分別見表(biao)4-54和(he)表(biao)4-55。顯(xian)微(wei)組織為回火馬(ma)氏體(ti)(ti)和(he)少量逆(ni)變奧氏體(ti)(ti)。
二(er)、焊(han)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(jie)材料選用哈(ha)爾濱(bin)焊接(jie)研(yan)究所研(yan)制的焊絲HS13/5L，其化學(xue)成分見表4-56。
（3）焊(han)接(jie)參(can)數電弧電壓為24～32V，焊(han)接(jie)電流為220～280A（平焊(han)和(he)橫焊(han)）、210～240A（立(li)焊(han)），焊(han)接(jie)速度為150～450mm／min。
（4）焊(han)(han)(han)前(qian)(qian)準備 采用(yong)碳(tan)弧氣刨刨制(zhi)坡(po)口，坡(po)口及清根(gen)后的金屬(shu)面需采用(yong)砂輪或(huo)旋轉銼將(jiang)滲層(ceng)打磨掉(diao)，直至露出金屬(shu)光澤(ze)；焊(han)(han)(han)前(qian)(qian)預熱用(yong)煤氣管(guan)均勻加(jia)熱，確認待焊(han)(han)(han)區(qu)溫度在(zai)80～100℃后方可施焊(han)(han)(han)。道(dao)間溫度控制(zhi)在(zai)150℃以下，而且(qie)必須進行層(ceng)間清理，除掉(diao)焊(han)(han)(han)渣等雜(za)物(wu)。
三(san)、退火處理對力學性(xing)能的影響
采用(yong)相同的試板(ban)、焊(han)材及(ji)焊(han)接參數焊(han)接兩組試板(ban)：一組焊(han)接后(hou)(hou)進行（590±10）℃保溫(wen)4h的退(tui)火熱處(chu)(chu)理；另一組處(chu)(chu)于焊(han)態。兩組試板(ban)經UT檢查合格(ge)后(hou)(hou)，按ASTWIX-1989標準進行力(li)學性能(neng)考核，結(jie)果見表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中可(ke)以看出：熱處(chu)(chu)理后(hou)(hou)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)的抗拉強度(du)和(he)硬(ying)度(du)比(bi)熱處(chu)(chu)理前略(lve)有降低(di)，彎曲和(he)沖(chong)擊性能(neng)明顯好于熱處(chu)(chu)理前，也就(jiu)是(shi)說熱處(chu)(chu)理后(hou)(hou)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)的塑性和(he)韌性大幅提高；焊(han)態的彎曲試樣，在彎曲不到10°時(shi)，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)處(chu)(chu)就(jiu)明顯開裂。
四(si)、不(bu)同拘束(shu)度(du)對焊縫裂紋的影響
產品整體(ti)構件猶如(ru)一(yi)個大型柜(ju)(ju)形結構，柜(ju)(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)上頂板(ban)、下(xia)底板(ban)、中(zhong)(zhong)間隔(ge)板(ban)、兩邊側板(ban)和肋(lei)板(ban)為碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)材料，柜(ju)(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)襯板(ban)均(jun)為馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)。在(zai)裝配過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)有馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)之間焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)、馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)與碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)和碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)之間的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)需要(yao)(yao)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)。在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，常出現500～800mm長的(de)(de)整段焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后(hou)，都發(fa)生(sheng)(sheng)過(guo)(guo)整條(tiao)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)或馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)與碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)發(fa)生(sheng)(sheng)脆(cui)斷(duan)，厚(hou)度方向也幾乎裂透，并伴隨較大的(de)(de)聲響，斷(duan)面整齊光滑。產生(sheng)(sheng)脆(cui)斷(duan)的(de)(de)主要(yao)(yao)原因是整體(ti)構件焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)處在(zai)拘(ju)束度過(guo)(guo)大情況下(xia)產生(sheng)(sheng)過(guo)(guo)大的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應力而造(zao)成的(de)(de)，通過(guo)(guo)對焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)順序的(de)(de)調整，用減輕(qing)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)(de)拘(ju)束度方法解決了這一(yi)難題。
焊接(jie)過程中原(yuan)先的焊接(jie)順序(xu)為：
1）先對(dui)碳鋼環板與(yu)馬(ma)氏(shi)體不銹鋼襯板的進行(xing)整條(tiao)環縫進行(xing)焊接。
2）再(zai)對碳鋼合(he)縫(feng)板與馬(ma)氏體不銹鋼襯板的整條縱縫(feng)進行焊(han)焊(han)接。
3）然后(hou)對碳鋼肋板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯(chen)板的(de)整體縱縫進行焊(han)接。
4）最后(hou)對碳(tan)鋼板之間焊(han)縫和馬(ma)氏(shi)體不銹鋼襯板之間焊(han)縫分別進行焊(han)接(jie)。
經多次探討改(gai)變的原先(xian)的焊接順序：
1）先對(dui)碳(tan)鋼環板與(yu)馬氏體(ti)不銹鋼襯(chen)板的(de)整條(tiao)環縫焊(han)改(gai)為斷續(xu)焊(han)，減(jian)少焊(han)后(hou)產生較(jiao)大的(de)拘束應(ying)力。
2）同樣(yang)對碳鋼肋板與馬氏(shi)體不銹鋼襯板的整條縱(zong)縫改為斷(duan)續焊，仍能減少(shao)焊后(hou)產(chan)生較(jiao)大(da)的拘束應力。
3）碳鋼板之(zhi)間的焊縫和馬氏體(ti)不(bu)銹鋼襯板之(zhi)間焊縫仍(reng)為(wei)分別一(yi)次(ci)焊成。
4）在碳鋼肋板與(yu)馬氏體不銹鋼襯板縱縫的斷(duan)續焊上進行滿(man)焊。
5）再在碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板環(huan)縫的斷續(xu)焊(han)上進(jin)行滿焊(han)。
6）最(zui)后(hou)對碳鋼合縫板與(yu)馬氏體不(bu)銹鋼襯板縱縫進行(xing)滿焊。
在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)襯板(ban)(ban)(ban)本體的環焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時(shi)，碳鋼(gang)環板(ban)(ban)(ban)與馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)襯板(ban)(ban)(ban)不(bu)要全部(bu)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)好，讓兩端的碳鋼(gang)合(he)縫(feng)(feng)板(ban)(ban)(ban)與馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)襯板(ban)(ban)(ban)處于(yu)自(zi)由狀(zhuang)態，拘束度大大降低(di)，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應力得以(yi)有效(xiao)釋放，避免了(le)焊(han)(han)(han)(han)(han)態淬硬(ying)性較(jiao)強的馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在(zai)較(jiao)大拘束度和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應力下形(xing)(xing)成延時(shi)脆斷(duan)和(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內部(bu)裂(lie)紋，焊(han)(han)(han)(han)(han)后經(jing)UT探(tan)傷檢(jian)查(cha)，各(ge)種焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)裂(lie)紋明顯減(jian)少。構件整體裝配定位焊(han)(han)(han)(han)(han)后，在(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時(shi)不(bu)會導致明顯焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變(bian)形(xing)(xing)的前提下，盡可能先焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時(shi)從中(zhong)間(jian)向兩端背向對稱施焊(han)(han)(han)(han)(han)，盡可能降低(di)構件拘束度，減(jian)少焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應力，可以(yi)有效(xiao)地避免焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)延時(shi)宏觀開裂(lie)。
總之，通過焊后熱處(chu)理和(he)調整焊接順序(xu)，降低構件(jian)的拘(ju)束(shu)度(du)，控制(zhi)焊縫宏觀延遲裂紋，保證(zheng)了(le)產(chan)品的質(zhi)量。
