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馬氏體不(bu)銹(xiu)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(han)用(yong)藥芯焊(han)絲配方設計
E410NiMo藥(yao)(yao)芯(xin)焊(han)絲(si)所用鋼帶為ER430鋼帶，其(qi)化(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)見表5-73。藥(yao)(yao)粉主要有礦石(shi)粉和金屬(shu)粉組成(cheng)(cheng)，其(qi)主要成(cheng)(cheng)分(fen)見表5-74。
二、幾種焊接方法對(dui)比的試樣制備與分析(xi)
選水輪(lun)機母材為ZG06Cr13Ni5Mo鋼，并(bing)將定義為0＃試(shi)樣，其主(zhu)要成分見表5-75。用(yong)E410NiMo藥芯焊絲堆(dui)焊3層，按表5-76堆(dui)焊參數所制備的堆(dui)焊的試(shi)樣編號(hao)為1＃、2和3＃試(shi)樣。
其(qi)他焊(han)接方(fang)法的堆(dui)焊(han)參數(shu)見(jian)表(biao)5-77，將D410NiMo鋼帶的堆(dui)焊(han)試樣編(bian)號(hao)為(wei)4＃，G227焊(han)條的堆(dui)焊(han)試樣編(bian)號(hao)為(wei)5＃。
1. 不同堆焊方法(fa)試(shi)樣(yang)與母(mu)材試(shi)樣(yang)化(hua)學成分進(jin)行對比(bi)
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. 測定堆焊(han)層試樣的硬度
采用TH600布氏硬(ying)(ying)度(du)(du)儀進行(xing)測定，要求在每個(ge)試樣堆焊(han)(han)層上測量5個(ge)點，取平均值，測定結(jie)果(guo)見表5-79。從試驗(yan)數據可知，水輪機(ji)母材(cai)的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)較各種焊(han)(han)材(cai)熔敷金(jin)屬(shu)(shu)的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)偏低，與(yu)熱處(chu)理過的(de)藥芯焊(han)(han)絲堆焊(han)(han)試件(jian)硬(ying)(ying)度(du)(du)相當。藥芯焊(han)(han)絲的(de)熔敷金(jin)屬(shu)(shu)的(de)鐵素體含量低于水輪機(ji)母材(cai)、焊(han)(han)帶(dai)和焊(han)(han)條(tiao)的(de)熔敷金(jin)屬(shu)(shu)的(de)鐵素體含量。
3. 各堆焊層的組(zu)織(zhi)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(yan)
采用(yong)MLS-225型(xing)濕式橡膠輪磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)試驗機。材料(liao)的耐磨(mo)(mo)性(xing)能用(yong)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)失(shi)(shi)去質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)來衡量(liang)(liang)(liang)(liang)，算出(chu)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)前后試件的平均質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)差。與(yu)試驗時用(yong)水輪機母材相(xiang)比(bi)(bi)。對(dui)比(bi)(bi)件失(shi)(shi)去的質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)與(yu)測量(liang)(liang)(liang)(liang)件失(shi)(shi)去的質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)之(zhi)比(bi)(bi)來衡量(liang)(liang)(liang)(liang)該堆焊層的相(xiang)對(dui)耐磨(mo)(mo)性(xing)。相(xiang)對(dui)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)率＝對(dui)比(bi)(bi)材料(liao)的磨(mo)(mo)損(sun)(sun)量(liang)(liang)(liang)(liang)／0＃試樣(yang)材料(liao)的磨(mo)(mo)損(sun)(sun)量(liang)(liang)(liang)(liang)。試驗結果見表5-80。
試驗結(jie)果(guo)表明(ming)，在上述磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)條件下，各種堆(dui)焊(han)方法熔敷金屬的(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)性(xing)能比母材好，熱處理對材料耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)性(xing)能的(de)影響不大(da)，而控制層(ceng)間溫度對提高熔敷金屬的(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)性(xing)能有較好的(de)改(gai)善作用。總體來看，藥芯焊(han)絲熔敷金屬的(de)耐(nai)磨(mo)(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)性(xing)能優于其他堆(dui)焊(han)方法。
5. 沖蝕磨損對(dui)比(bi)試驗
為了模擬(ni)水(shui)(shui)輪機在實際工作時所遭受的含(han)沙(sha)(sha)水(shui)(shui)流沖蝕(shi)磨損情況，采用北京工業大學自制的水(shui)(shui)沙(sha)(sha)沖蝕(shi)磨損試驗機來測定試樣(yang)的耐含(han)沙(sha)(sha)水(shui)(shui)流磨蝕(shi)的能(neng)力。
試(shi)樣尺寸為57mm×25mm×10mm，將試(shi)樣裝(zhuang)在(zai)試(shi)樣臺上，按試(shi)驗(yan)機的(de)(de)(de)(de)運行(xing)(xing)(xing)步驟進行(xing)(xing)(xing)試(shi)驗(yan)。每沖(chong)蝕磨(mo)(mo)損(sun)(sun)2h后停機，取出試(shi)樣并放入(ru)盛(sheng)有(you)丙酮溶液的(de)(de)(de)(de)燒杯中(zhong)，在(zai)超聲波清洗(xi)(xi)儀中(zhong)清洗(xi)(xi)3～5min，干燥后采用BS224S電子(zi)天(tian)平進行(xing)(xing)(xing)試(shi)樣質(zhi)(zhi)量測量，精確到(dao)0.0001g。材(cai)料的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性能(neng)(neng)用磨(mo)(mo)損(sun)(sun)前后失去質(zhi)(zhi)量的(de)(de)(de)(de)平均值(zhi)來考(kao)核(he)。一共進行(xing)(xing)(xing)8h，對(dui)比(bi)藥(yao)芯焊(han)(han)絲(si)(si)試(shi)件和其他(ta)堆(dui)焊(han)(han)方(fang)法試(shi)件失去的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量與母(mu)材(cai)失去的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量之比(bi)來衡量該方(fang)法的(de)(de)(de)(de)相對(dui)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)性。相對(dui)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)率＝對(dui)比(bi)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)量／0號試(shi)件的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)量。試(shi)驗(yan)結果(guo)見表5-81。從(cong)表中(zhong)可知，各種焊(han)(han)接方(fang)法熔(rong)敷金(jin)屬(shu)耐(nai)(nai)沖(chong)蝕磨(mo)(mo)損(sun)(sun)性能(neng)(neng)與母(mu)材(cai)相當。熱處理對(dui)藥(yao)芯焊(han)(han)絲(si)(si)堆(dui)焊(han)(han)層耐(nai)(nai)沖(chong)蝕磨(mo)(mo)損(sun)(sun)性能(neng)(neng)影響(xiang)不大，而(er)控制層間溫度能(neng)(neng)較明顯地提高藥(yao)芯焊(han)(han)絲(si)(si)熔(rong)敷金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)沖(chong)蝕磨(mo)(mo)損(sun)(sun)性能(neng)(neng)。總體(ti)上可以認為，除焊(han)(han)帶(dai)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接方(fang)法外，焊(han)(han)條和藥(yao)芯焊(han)(han)絲(si)(si)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)沖(chong)磨(mo)(mo)損(sun)(sun)性堆(dui)焊(han)(han)層較好(hao)。
通過上(shang)述試驗可(ke)以認(ren)為(wei)，用藥芯焊(han)絲(si)堆焊(han)磨(mo)損的水(shui)輪機(ji)是可(ke)行(xing)的，如果層(ceng)間(jian)溫度控制在(zai)150～200℃，堆焊(han)熔敷(fu)金(jin)屬的耐(nai)(nai)磨(mo)粒磨(mo)損和(he)耐(nai)(nai)沖蝕磨(mo)損性能(neng)為(wei)最佳。
