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、試驗材(cai)料
試(shi)驗用板材(cai)為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化(hua)學成分和力學性能分別(bie)見表(biao)4-54和表(biao)4-55。顯(xian)微組(zu)織為(wei)回火(huo)馬氏體和少量(liang)逆(ni)變奧氏體。
二、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）焊接材料(liao)選(xuan)用(yong)哈(ha)爾濱焊接研(yan)究所研(yan)制(zhi)的焊絲HS13/5L，其化學(xue)成(cheng)分見表4-56。
（3）焊(han)(han)接參數電弧電壓(ya)為24～32V，焊(han)(han)接電流(liu)為220～280A（平焊(han)(han)和橫焊(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)），焊(han)(han)接速(su)度為150～450mm／min。
（4）焊(han)前準備 采用碳(tan)弧氣刨刨制(zhi)坡(po)口(kou)，坡(po)口(kou)及(ji)清(qing)根(gen)后(hou)的(de)金屬面需采用砂(sha)輪或旋轉銼將滲層打磨(mo)掉，直至露出金屬光(guang)澤；焊(han)前預(yu)熱用煤氣管均勻加熱，確認(ren)待(dai)焊(han)區溫度在80～100℃后(hou)方可施焊(han)。道(dao)間(jian)溫度控制(zhi)在150℃以下，而且必須進行層間(jian)清(qing)理(li)，除(chu)掉焊(han)渣等雜物。
三、退火處理對(dui)力學性(xing)能(neng)的影響
采用相同的(de)(de)試(shi)(shi)板、焊(han)材及焊(han)接參數焊(han)接兩(liang)組試(shi)(shi)板：一組焊(han)接后進行（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退火(huo)熱(re)處理；另一組處于焊(han)態。兩(liang)組試(shi)(shi)板經UT檢查合格后，按ASTWIX-1989標準進行力學(xue)性(xing)能(neng)考(kao)核(he)，結果(guo)見表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中可(ke)以看(kan)出：熱(re)處理后焊(han)縫的(de)(de)抗拉強度(du)(du)和硬度(du)(du)比熱(re)處理前略(lve)有降低，彎(wan)曲(qu)和沖(chong)擊性(xing)能(neng)明顯(xian)好于熱(re)處理前，也就(jiu)是(shi)說(shuo)熱(re)處理后焊(han)縫的(de)(de)塑性(xing)和韌(ren)性(xing)大幅提高；焊(han)態的(de)(de)彎(wan)曲(qu)試(shi)(shi)樣，在彎(wan)曲(qu)不到(dao)10°時(shi)，焊(han)縫處就(jiu)明顯(xian)開(kai)裂。
四、不同拘束度對(dui)焊縫裂(lie)紋的影(ying)響
產品(pin)整(zheng)體(ti)構(gou)件猶如一個大(da)(da)型柜(ju)形結(jie)構(gou)，柜(ju)中的(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下底(di)板(ban)(ban)、中間(jian)隔板(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)為碳(tan)鋼(gang)(gang)材料，柜(ju)中的(de)(de)襯板(ban)(ban)均為馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)。在裝配過(guo)程(cheng)中有馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)之間(jian)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)、馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)與碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)和碳(tan)鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)之間(jian)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)需(xu)要焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)程(cheng)中，常(chang)出現500～800mm長的(de)(de)整(zheng)段(duan)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)在焊(han)(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發生(sheng)過(guo)整(zheng)條馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)或馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)與碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)發生(sheng)脆斷(duan)，厚度(du)(du)方(fang)向也幾乎裂透(tou)，并伴隨較大(da)(da)的(de)(de)聲(sheng)響(xiang)，斷(duan)面整(zheng)齊(qi)光(guang)滑(hua)。產生(sheng)脆斷(duan)的(de)(de)主(zhu)要原因(yin)是整(zheng)體(ti)構(gou)件焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)處在拘束(shu)度(du)(du)過(guo)大(da)(da)情(qing)況下產生(sheng)過(guo)大(da)(da)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力而造成的(de)(de)，通過(guo)對(dui)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)順(shun)序的(de)(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)的(de)(de)拘束(shu)度(du)(du)方(fang)法(fa)解(jie)決了這一難題。
焊(han)接過程中原先的焊(han)接順(shun)序為：
1）先對碳(tan)鋼(gang)(gang)環板(ban)與馬氏體不銹鋼(gang)(gang)襯板(ban)的進(jin)行整條環縫進(jin)行焊接。
2）再(zai)對(dui)碳鋼(gang)合縫板(ban)與馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)的整條縱縫進行焊焊接。
3）然后對碳鋼肋板(ban)與馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼襯板(ban)的整體縱縫進行(xing)焊接。
4）最后(hou)對(dui)碳鋼板之(zhi)間焊(han)縫和馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板之(zhi)間焊(han)縫分別進(jin)行焊(han)接(jie)。
經(jing)多次探討改(gai)變的原先的焊(han)接順序：
1）先對碳鋼環板與馬氏體不銹鋼襯板的整條環縫(feng)焊改(gai)為(wei)斷續焊，減(jian)少焊后產(chan)生較大的拘(ju)束(shu)應力。
2）同樣對碳鋼(gang)肋板與馬氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)襯板的整條縱縫改(gai)為斷續(xu)焊(han)，仍能減少焊(han)后產生較大的拘束應力。
3）碳鋼板之間的焊縫和馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼襯板之間焊縫仍(reng)為分別一次焊成。
4）在碳鋼肋板與馬(ma)氏體不銹鋼襯板縱縫的斷續焊上進(jin)行滿(man)焊。
5）再在碳鋼環板與馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼襯板環縫的斷續(xu)焊(han)上進行滿焊(han)。
6）最(zui)后對碳鋼合縫(feng)(feng)板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板縱(zong)縫(feng)(feng)進行滿焊。
在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)板本體(ti)的環(huan)焊(han)(han)(han)縫時，碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)環(huan)板與(yu)(yu)馬(ma)(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)板不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)要(yao)全(quan)部(bu)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)好，讓兩端的碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)合縫板與(yu)(yu)馬(ma)(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)板處(chu)于自(zi)由狀(zhuang)態，拘(ju)束(shu)度(du)大(da)大(da)降(jiang)低，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應(ying)力得以有效釋放，避免(mian)了焊(han)(han)(han)態淬硬性較(jiao)強的馬(ma)(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫在(zai)較(jiao)大(da)拘(ju)束(shu)度(du)和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應(ying)力下形(xing)成延時脆斷(duan)和焊(han)(han)(han)縫內部(bu)裂紋，焊(han)(han)(han)后經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)裂紋明顯減少。構件整體(ti)裝配(pei)定(ding)位焊(han)(han)(han)后，在(zai)保證焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫時不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)會導致明顯焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變形(xing)的前提下，盡可(ke)能先焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時從中間(jian)向兩端背向對(dui)稱施焊(han)(han)(han)，盡可(ke)能降(jiang)低構件拘(ju)束(shu)度(du)，減少焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應(ying)力，可(ke)以有效地避免(mian)焊(han)(han)(han)縫延時宏觀開裂。
總之，通過(guo)焊后熱(re)處理和調整焊接順序，降低構件的拘束度，控制焊縫宏觀延遲裂紋(wen)，保證了產品的質量(liang)。
