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(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(shi)驗材料(liao)
試驗用板(ban)材為5mm厚(hou)04Cr13Ni5Mo鋼板(ban)，主要化(hua)學成分(fen)(fen)和(he)力學性能分(fen)(fen)別見表4-54和(he)表4-55。顯(xian)微組(zu)織為回火馬氏(shi)體和(he)少量逆變奧氏(shi)體。
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(xuan)用哈爾濱焊(han)接(jie)研(yan)究所研(yan)制的焊(han)絲HS13/5L，其化學成分見表4-56。
（3）焊(han)(han)接(jie)(jie)參(can)數電(dian)弧電(dian)壓為(wei)24～32V，焊(han)(han)接(jie)(jie)電(dian)流為(wei)220～280A（平(ping)焊(han)(han)和橫(heng)焊(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)），焊(han)(han)接(jie)(jie)速度為(wei)150～450mm／min。
（4）焊前準備 采用(yong)碳弧氣刨刨制(zhi)坡(po)口，坡(po)口及清(qing)根后的金屬面需采用(yong)砂(sha)輪或旋轉銼將滲(shen)層(ceng)(ceng)打磨(mo)掉，直至露出(chu)金屬光澤；焊前預熱用(yong)煤氣管(guan)均(jun)勻加熱，確認待焊區(qu)溫(wen)度在(zai)80～100℃后方(fang)可(ke)施焊。道(dao)間溫(wen)度控(kong)制(zhi)在(zai)150℃以下，而且必須(xu)進行層(ceng)(ceng)間清(qing)理，除掉焊渣等雜物(wu)。
三、退火處理對力學性能的影響
采(cai)用相同的(de)試板、焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)材及焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接參(can)數焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接兩組(zu)試板：一(yi)組(zu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接后進行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)退火熱處(chu)(chu)理(li)；另一(yi)組(zu)處(chu)(chu)于(yu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)態。兩組(zu)試板經UT檢(jian)查合格(ge)后，按ASTWIX-1989標準進行(xing)力學(xue)性能考核，結(jie)果(guo)見表4-57。從表中可以看(kan)出：熱處(chu)(chu)理(li)后焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)抗拉強度(du)(du)和(he)(he)硬度(du)(du)比熱處(chu)(chu)理(li)前(qian)略有降低，彎(wan)曲和(he)(he)沖擊性能明顯好(hao)于(yu)熱處(chu)(chu)理(li)前(qian)，也就是說熱處(chu)(chu)理(li)后焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)塑性和(he)(he)韌性大(da)幅提高；焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)態的(de)彎(wan)曲試樣(yang)，在彎(wan)曲不到10°時，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫處(chu)(chu)就明顯開裂。
四、不同拘(ju)束度(du)對焊縫裂(lie)紋的影(ying)響
產品整(zheng)(zheng)體構件猶(you)如一個(ge)大(da)(da)(da)型柜形結構，柜中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)上頂板(ban)、下底板(ban)、中(zhong)(zhong)(zhong)間隔(ge)板(ban)、兩(liang)邊側板(ban)和(he)肋(lei)板(ban)為(wei)碳(tan)鋼(gang)材料，柜中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)襯(chen)板(ban)均為(wei)馬(ma)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)板(ban)。在裝配過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)有馬(ma)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)之間焊縫、馬(ma)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊縫和(he)碳(tan)鋼(gang)板(ban)之間的(de)(de)(de)焊縫需要(yao)焊接(jie)。在焊接(jie)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)，常出現500～800mm長的(de)(de)(de)整(zheng)(zheng)段焊縫在焊完5～6h，甚至12h后，都發生(sheng)過(guo)(guo)(guo)整(zheng)(zheng)條馬(ma)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)焊縫或(huo)馬(ma)氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)與碳(tan)鋼(gang)的(de)(de)(de)焊縫發生(sheng)脆(cui)(cui)斷，厚度(du)(du)方向也幾(ji)乎(hu)裂透，并伴隨較大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)聲響，斷面整(zheng)(zheng)齊光滑。產生(sheng)脆(cui)(cui)斷的(de)(de)(de)主要(yao)原因是整(zheng)(zheng)體構件焊接(jie)時，焊縫處在拘束(shu)度(du)(du)過(guo)(guo)(guo)大(da)(da)(da)情況下產生(sheng)過(guo)(guo)(guo)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)焊接(jie)應力而造成的(de)(de)(de)，通過(guo)(guo)(guo)對焊接(jie)順序(xu)的(de)(de)(de)調(diao)整(zheng)(zheng)，用減輕焊縫的(de)(de)(de)拘束(shu)度(du)(du)方法解決了這一難題(ti)。
焊(han)接過(guo)程中原(yuan)先的焊(han)接順序(xu)為：
1）先對碳鋼環(huan)板(ban)與(yu)馬氏體不銹鋼襯板(ban)的進行(xing)整條(tiao)環(huan)縫(feng)進行(xing)焊(han)接(jie)。
2）再對(dui)碳(tan)鋼合縫板(ban)(ban)與馬氏體不銹鋼襯板(ban)(ban)的(de)整(zheng)條縱縫進(jin)行焊(han)焊(han)接。
3）然后對碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整體縱縫(feng)進行焊接(jie)。
4）最后對碳鋼(gang)板之(zhi)間焊縫和(he)馬氏體不銹鋼(gang)襯板之(zhi)間焊縫分別(bie)進行焊接。
經(jing)多次探討改(gai)變(bian)的原先的焊接順序：
1）先對碳鋼(gang)環(huan)板與(yu)馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯板的整(zheng)條環(huan)縫(feng)焊(han)改(gai)為斷(duan)續(xu)焊(han)，減少焊(han)后產生較(jiao)大的拘束(shu)應(ying)力。
2）同(tong)樣(yang)對(dui)碳鋼肋(lei)板與(yu)馬氏體不銹(xiu)鋼襯(chen)板的(de)整條縱(zong)縫改為斷續焊(han)，仍能(neng)減少焊(han)后產生較大(da)的(de)拘束應力(li)。
3）碳鋼板(ban)之(zhi)間(jian)的焊縫和馬氏體不銹鋼襯板(ban)之(zhi)間(jian)焊縫仍為(wei)分別一次焊成(cheng)。
4）在碳鋼肋板(ban)與馬氏體不銹鋼襯板(ban)縱縫(feng)的斷(duan)續焊(han)上進行(xing)滿焊(han)。
5）再在碳鋼環板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板環縫(feng)的斷(duan)續焊(han)上進行(xing)滿(man)焊(han)。
6）最后(hou)對碳鋼合縫(feng)板與馬(ma)氏體不銹鋼襯(chen)板縱縫(feng)進(jin)行滿(man)焊(han)。
在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)(ban)本體(ti)(ti)的(de)環(huan)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)時，碳(tan)鋼(gang)環(huan)板(ban)(ban)與馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)(ban)不(bu)(bu)要全部(bu)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)好，讓兩(liang)端的(de)碳(tan)鋼(gang)合縫(feng)板(ban)(ban)與馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)(ban)處于自由狀態(tai)，拘(ju)束(shu)度大大降低，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力(li)得以(yi)有效釋放，避免(mian)了焊(han)(han)(han)(han)(han)態(tai)淬硬性較強的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)在(zai)較大拘(ju)束(shu)度和焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力(li)下形成延時脆斷(duan)和焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)內(nei)部(bu)裂(lie)紋(wen)，焊(han)(han)(han)(han)(han)后經UT探傷檢查，各種(zhong)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)裂(lie)紋(wen)明顯減少。構件(jian)整體(ti)(ti)裝配定位焊(han)(han)(han)(han)(han)后，在(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)時不(bu)(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)明顯焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)變形的(de)前提下，盡(jin)可(ke)能(neng)先(xian)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時從中(zhong)間(jian)向兩(liang)端背向對稱施焊(han)(han)(han)(han)(han)，盡(jin)可(ke)能(neng)降低構件(jian)拘(ju)束(shu)度，減少焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力(li)，可(ke)以(yi)有效地避免(mian)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)延時宏觀開裂(lie)。
總之，通過焊后熱處理和調整焊接(jie)順序，降低構件的拘束度，控(kong)制焊縫宏(hong)觀延(yan)遲(chi)裂紋，保證了產品的質(zhi)量。
