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(ma)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、試驗材料
試驗(yan)用(yong)板材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學成分(fen)和力學性能分(fen)別見表(biao)(biao)4-54和表(biao)(biao)4-55。顯微組織為(wei)回火馬氏體(ti)和少量逆變奧氏體(ti)。
二(er)、焊接(jie)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(cai)料選用哈爾濱焊(han)接(jie)研(yan)究所研(yan)制(zhi)的焊(han)絲HS13/5L，其化學成(cheng)分見表(biao)4-56。
（3）焊(han)接(jie)參數電(dian)弧電(dian)壓為(wei)24～32V，焊(han)接(jie)電(dian)流為(wei)220～280A（平焊(han)和(he)橫(heng)焊(han)）、210～240A（立焊(han)），焊(han)接(jie)速度為(wei)150～450mm／min。
（4）焊前準備(bei) 采用碳弧(hu)氣刨刨制坡口，坡口及清根后的金(jin)屬面需采用砂輪或(huo)旋轉(zhuan)銼將(jiang)滲層(ceng)打磨掉，直(zhi)至(zhi)露出金(jin)屬光澤；焊前預(yu)熱用煤(mei)氣管均勻(yun)加(jia)熱，確認待焊區溫度(du)在80～100℃后方可(ke)施焊。道間溫度(du)控制在150℃以下，而且必須進行層(ceng)間清理，除掉焊渣(zha)等雜物(wu)。
三、退火處(chu)理對力(li)學(xue)性能的(de)影響
采用相同的(de)試(shi)板(ban)、焊(han)(han)(han)(han)材及焊(han)(han)(han)(han)接參數焊(han)(han)(han)(han)接兩組(zu)試(shi)板(ban)：一組(zu)焊(han)(han)(han)(han)接后進(jin)行（590±10）℃保溫4h的(de)退火熱(re)處(chu)(chu)理(li)；另一組(zu)處(chu)(chu)于焊(han)(han)(han)(han)態(tai)。兩組(zu)試(shi)板(ban)經UT檢查合格后，按ASTWIX-1989標準進(jin)行力學性能(neng)考(kao)核，結(jie)果見(jian)表4-57。從表中可以(yi)看(kan)出：熱(re)處(chu)(chu)理(li)后焊(han)(han)(han)(han)縫的(de)抗拉強(qiang)度(du)和硬(ying)度(du)比熱(re)處(chu)(chu)理(li)前略有降(jiang)低，彎曲和沖擊性能(neng)明顯好于熱(re)處(chu)(chu)理(li)前，也就是說(shuo)熱(re)處(chu)(chu)理(li)后焊(han)(han)(han)(han)縫的(de)塑性和韌性大(da)幅提高；焊(han)(han)(han)(han)態(tai)的(de)彎曲試(shi)樣，在彎曲不到10°時，焊(han)(han)(han)(han)縫處(chu)(chu)就明顯開裂。
四(si)、不同拘束度對焊(han)縫裂紋的(de)影響
產品整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)構(gou)(gou)件猶(you)如一個大(da)(da)型柜形結構(gou)(gou)，柜中的(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下底板(ban)(ban)、中間(jian)隔(ge)板(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)為碳鋼(gang)(gang)(gang)材料，柜中的(de)(de)襯板(ban)(ban)均為馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)。在(zai)(zai)(zai)裝配過(guo)(guo)程(cheng)中有(you)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)之(zhi)間(jian)焊(han)縫、馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)縫和碳鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)之(zhi)間(jian)的(de)(de)焊(han)縫需(xu)要焊(han)接(jie)。在(zai)(zai)(zai)焊(han)接(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中，常出(chu)現500～800mm長的(de)(de)整(zheng)(zheng)段焊(han)縫在(zai)(zai)(zai)焊(han)完5～6h，甚至(zhi)12h后，都發生(sheng)過(guo)(guo)整(zheng)(zheng)條馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)縫或馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)縫發生(sheng)脆斷，厚度方(fang)向也(ye)幾乎(hu)裂(lie)透，并伴隨(sui)較大(da)(da)的(de)(de)聲響，斷面整(zheng)(zheng)齊光滑。產生(sheng)脆斷的(de)(de)主要原因(yin)是整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)構(gou)(gou)件焊(han)接(jie)時，焊(han)縫處(chu)在(zai)(zai)(zai)拘(ju)(ju)束度過(guo)(guo)大(da)(da)情況(kuang)下產生(sheng)過(guo)(guo)大(da)(da)的(de)(de)焊(han)接(jie)應力而(er)造成的(de)(de)，通過(guo)(guo)對焊(han)接(jie)順序的(de)(de)調整(zheng)(zheng)，用減輕焊(han)縫的(de)(de)拘(ju)(ju)束度方(fang)法解決了這一難(nan)題。
焊(han)接過程中原先的焊(han)接順序為(wei)：
1）先對碳(tan)鋼(gang)環板(ban)與馬氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)襯板(ban)的進(jin)行(xing)整條環縫進(jin)行(xing)焊(han)接。
2）再對碳鋼(gang)合縫板與(yu)馬氏體不銹鋼(gang)襯板的整條縱縫進行焊焊接。
3）然后(hou)對碳鋼肋板(ban)與(yu)馬氏體不(bu)銹鋼襯板(ban)的整體縱縫進行(xing)焊接(jie)。
4）最后對碳(tan)鋼板(ban)之(zhi)間焊縫(feng)和馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)之(zhi)間焊縫(feng)分別進行焊接。
經(jing)多次探(tan)討改變的(de)原(yuan)先的(de)焊接順序：
1）先(xian)對碳鋼環板與(yu)馬(ma)氏(shi)體不銹鋼襯板的整條環縫焊改(gai)為斷續焊，減(jian)少焊后(hou)產生(sheng)較大的拘(ju)束應(ying)力。
2）同樣(yang)對(dui)碳鋼肋板(ban)與馬氏體不(bu)銹鋼襯板(ban)的整(zheng)條縱(zong)縫改為斷續(xu)焊，仍能(neng)減少焊后產生較大的拘束應力(li)。
3）碳鋼板之(zhi)間(jian)的焊(han)縫和馬氏體不銹鋼襯板之(zhi)間(jian)焊(han)縫仍為分別一(yi)次焊(han)成。
4）在碳鋼肋板(ban)與馬氏體不銹鋼襯板(ban)縱(zong)縫的斷(duan)續焊上(shang)進行滿焊。
5）再在碳鋼環板與馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼襯板環縫的斷續焊上進行滿焊。
6）最后對碳鋼合縫板與馬氏體(ti)不銹鋼襯板縱(zong)縫進行滿焊。
在焊(han)(han)(han)接(jie)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)本(ben)體(ti)(ti)(ti)的(de)環焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時(shi)，碳鋼(gang)(gang)環板(ban)與馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)不(bu)要全部焊(han)(han)(han)接(jie)好，讓兩(liang)端(duan)的(de)碳鋼(gang)(gang)合(he)縫(feng)(feng)(feng)板(ban)與馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)處于自由狀態，拘束度(du)大(da)大(da)降低(di)，焊(han)(han)(han)接(jie)應力得(de)以有效釋放，避免(mian)了焊(han)(han)(han)態淬硬(ying)性較強的(de)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在較大(da)拘束度(du)和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)應力下形成延時(shi)脆(cui)斷和(he)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)內部裂紋，焊(han)(han)(han)后經UT探傷(shang)檢查，各種焊(han)(han)(han)接(jie)裂紋明(ming)顯減少(shao)。構件整體(ti)(ti)(ti)裝配(pei)定(ding)位焊(han)(han)(han)后，在保證焊(han)(han)(han)接(jie)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時(shi)不(bu)會導致明(ming)顯焊(han)(han)(han)接(jie)變形的(de)前(qian)提下，盡(jin)可能先(xian)焊(han)(han)(han)接(jie)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)接(jie)時(shi)從中間向(xiang)兩(liang)端(duan)背向(xiang)對稱施(shi)焊(han)(han)(han)，盡(jin)可能降低(di)構件拘束度(du)，減少(shao)焊(han)(han)(han)接(jie)應力，可以有效地避免(mian)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)延時(shi)宏(hong)觀開裂。
總之(zhi)，通(tong)過(guo)焊(han)后熱處理和調整焊(han)接順序，降低構件的(de)拘束(shu)度，控制焊(han)縫宏觀延遲(chi)裂紋，保(bao)證了(le)產(chan)品的(de)質量。
