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馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)。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(yi)、E410NiMo堆焊(han)用藥芯(xin)焊(han)絲配方設計
E410NiMo藥芯(xin)焊絲所用鋼(gang)帶為ER430鋼(gang)帶，其化學成(cheng)分見表(biao)5-73。藥粉主要有礦石粉和金屬粉組成(cheng)，其主要成(cheng)分見表(biao)5-74。
二、幾種焊(han)接(jie)方法對比(bi)的(de)試樣(yang)制(zhi)備與(yu)分析
選水輪機母材為ZG06Cr13Ni5Mo鋼，并將(jiang)定義為0＃試樣，其主要成(cheng)分見表5-75。用E410NiMo藥芯(xin)焊絲堆(dui)(dui)焊3層，按(an)表5-76堆(dui)(dui)焊參數所(suo)制備的(de)堆(dui)(dui)焊的(de)試樣編號為1＃、2和(he)3＃試樣。
其(qi)他(ta)焊(han)(han)接方法的堆焊(han)(han)參(can)數見表5-77，將(jiang)D410NiMo鋼帶的堆焊(han)(han)試樣(yang)編號(hao)為(wei)4＃，G227焊(han)(han)條的堆焊(han)(han)試樣(yang)編號(hao)為(wei)5＃。
1. 不(bu)同堆焊(han)方法試(shi)樣與母(mu)材(cai)試(shi)樣化學(xue)成(cheng)分(fen)進行對比
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(shi)樣的(de)硬度
采(cai)用TH600布氏(shi)硬(ying)度(du)儀進(jin)行測(ce)(ce)(ce)定(ding)，要求在每個試(shi)樣堆焊(han)層(ceng)上測(ce)(ce)(ce)量(liang)5個點，取平均值，測(ce)(ce)(ce)定(ding)結(jie)果見(jian)表5-79。從試(shi)驗(yan)數據可知，水(shui)輪(lun)機母材(cai)的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)較各種焊(han)材(cai)熔敷(fu)金(jin)屬的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)偏低，與熱處(chu)理過的(de)(de)(de)藥芯焊(han)絲(si)堆焊(han)試(shi)件(jian)硬(ying)度(du)相當。藥芯焊(han)絲(si)的(de)(de)(de)熔敷(fu)金(jin)屬的(de)(de)(de)鐵素體含量(liang)低于(yu)水(shui)輪(lun)機母材(cai)、焊(han)帶和(he)焊(han)條的(de)(de)(de)熔敷(fu)金(jin)屬的(de)(de)(de)鐵素體含量(liang)。
3. 各堆焊層的組(zu)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(li)磨損對比試驗
采用MLS-225型濕(shi)式橡膠輪磨(mo)(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)試驗(yan)機。材(cai)料(liao)的(de)(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)能(neng)用磨(mo)(mo)(mo)損(sun)失去(qu)質(zhi)量(liang)(liang)來衡量(liang)(liang)，算出磨(mo)(mo)(mo)損(sun)前后試件(jian)的(de)(de)平(ping)均質(zhi)量(liang)(liang)差。與試驗(yan)時用水輪機母材(cai)相(xiang)比(bi)。對(dui)(dui)(dui)比(bi)件(jian)失去(qu)的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)與測量(liang)(liang)件(jian)失去(qu)的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)之(zhi)比(bi)來衡量(liang)(liang)該(gai)堆焊層的(de)(de)相(xiang)對(dui)(dui)(dui)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)。相(xiang)對(dui)(dui)(dui)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)率＝對(dui)(dui)(dui)比(bi)材(cai)料(liao)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)量(liang)(liang)／0＃試樣材(cai)料(liao)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)量(liang)(liang)。試驗(yan)結果見(jian)表(biao)5-80。
試驗(yan)結果(guo)表明，在上述磨(mo)(mo)損(sun)條件下，各種堆焊方法熔(rong)敷金(jin)屬的(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)性能比(bi)母材(cai)好，熱(re)處理(li)對(dui)材(cai)料耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性能的(de)(de)影響不大，而控(kong)制層間(jian)溫(wen)度(du)對(dui)提高熔(rong)敷金(jin)屬的(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)性能有較好的(de)(de)改(gai)善(shan)作用。總體來看，藥芯(xin)焊絲熔(rong)敷金(jin)屬的(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)性能優(you)于其他堆焊方法。
5. 沖蝕磨(mo)損(sun)對比試驗
為了模擬水(shui)(shui)輪機(ji)在實際工作時所遭受的含沙(sha)水(shui)(shui)流(liu)沖蝕(shi)磨損(sun)情(qing)況，采用北京工業大學(xue)自(zi)制的水(shui)(shui)沙(sha)沖蝕(shi)磨損(sun)試驗機(ji)來測定試樣的耐含沙(sha)水(shui)(shui)流(liu)磨蝕(shi)的能力(li)。
試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)尺寸為57mm×25mm×10mm，將試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)裝(zhuang)在試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)臺(tai)上(shang)，按試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機的(de)運(yun)行步驟進(jin)行試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。每沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)2h后(hou)停機，取出(chu)試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)并(bing)放(fang)入盛有(you)丙酮溶液的(de)燒杯中(zhong)，在超聲波清(qing)洗儀中(zhong)清(qing)洗3～5min，干燥后(hou)采(cai)用(yong)(yong)BS224S電(dian)子天平(ping)進(jin)行試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)質(zhi)量(liang)測量(liang)，精確到0.0001g。材(cai)(cai)料(liao)的(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)能(neng)(neng)用(yong)(yong)磨(mo)(mo)損(sun)前(qian)后(hou)失去質(zhi)量(liang)的(de)平(ping)均(jun)值來考核。一共進(jin)行8h，對(dui)比藥(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲(si)(si)(si)試(shi)(shi)(shi)(shi)件和(he)其(qi)他堆(dui)焊(han)(han)方(fang)法試(shi)(shi)(shi)(shi)件失去的(de)質(zhi)量(liang)與母材(cai)(cai)失去的(de)質(zhi)量(liang)之比來衡(heng)量(liang)該方(fang)法的(de)相(xiang)對(dui)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性(xing)。相(xiang)對(dui)磨(mo)(mo)損(sun)率＝對(dui)比材(cai)(cai)料(liao)的(de)磨(mo)(mo)損(sun)量(liang)／0號試(shi)(shi)(shi)(shi)件的(de)磨(mo)(mo)損(sun)量(liang)。試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)結果見表5-81。從表中(zhong)可(ke)知，各種焊(han)(han)接方(fang)法熔敷(fu)金屬耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)能(neng)(neng)與母材(cai)(cai)相(xiang)當。熱處理對(dui)藥(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲(si)(si)(si)堆(dui)焊(han)(han)層耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)能(neng)(neng)影(ying)響(xiang)不大，而控制層間溫度能(neng)(neng)較明顯地提高(gao)藥(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲(si)(si)(si)熔敷(fu)金屬的(de)耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)能(neng)(neng)。總體上(shang)可(ke)以(yi)認(ren)為，除焊(han)(han)帶的(de)焊(han)(han)接方(fang)法外，焊(han)(han)條和(he)藥(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲(si)(si)(si)的(de)耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)磨(mo)(mo)損(sun)性(xing)堆(dui)焊(han)(han)層較好。
通過(guo)上述試驗可以認為，用藥(yao)芯(xin)焊(han)絲堆焊(han)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損的(de)水(shui)輪機(ji)是可行(xing)的(de)，如(ru)果層間溫度控制(zhi)在(zai)150～200℃，堆焊(han)熔敷金屬的(de)耐磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)(mo)(mo)損和耐沖蝕磨(mo)(mo)(mo)(mo)損性能為最佳。
