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(yan)材料
試(shi)驗用板材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化(hua)學成分和力(li)學性(xing)能分別(bie)見表4-54和表4-55。顯微組(zu)織為(wei)回火(huo)馬(ma)氏體和少量逆(ni)變(bian)奧氏體。
二、焊接工藝要(yao)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)材料選(xuan)用哈爾濱焊(han)接(jie)研究所研制(zhi)的焊(han)絲HS13/5L，其化學成分見表4-56。
（3）焊(han)接參數(shu)電(dian)弧電(dian)壓(ya)為(wei)24～32V，焊(han)接電(dian)流為(wei)220～280A（平焊(han)和橫焊(han)）、210～240A（立(li)焊(han)），焊(han)接速度為(wei)150～450mm／min。
（4）焊(han)前準備 采(cai)(cai)用(yong)碳弧氣刨刨制坡(po)口，坡(po)口及(ji)清根后的金屬面需采(cai)(cai)用(yong)砂輪或旋(xuan)轉銼將滲層(ceng)打磨掉，直(zhi)至露出金屬光澤；焊(han)前預熱(re)用(yong)煤氣管(guan)均勻加熱(re)，確(que)認待焊(han)區溫度(du)在(zai)80～100℃后方(fang)可(ke)施焊(han)。道(dao)間溫度(du)控制在(zai)150℃以下，而(er)且(qie)必須進行層(ceng)間清理，除掉焊(han)渣等雜物(wu)。
三、退火處理對力學性(xing)能的影(ying)響
采用相同的(de)(de)試板、焊(han)(han)(han)材及焊(han)(han)(han)接(jie)參數焊(han)(han)(han)接(jie)兩組(zu)試板：一組(zu)焊(han)(han)(han)接(jie)后(hou)進(jin)行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退(tui)火熱(re)(re)(re)(re)處(chu)理(li)；另(ling)一組(zu)處(chu)于(yu)焊(han)(han)(han)態。兩組(zu)試板經UT檢查合格后(hou)，按ASTWIX-1989標準進(jin)行(xing)力學性(xing)(xing)(xing)能考(kao)核，結(jie)果見表4-57。從表中可以看出：熱(re)(re)(re)(re)處(chu)理(li)后(hou)焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)抗拉(la)強度(du)(du)和硬度(du)(du)比熱(re)(re)(re)(re)處(chu)理(li)前略有降低，彎曲和沖擊(ji)性(xing)(xing)(xing)能明顯(xian)好于(yu)熱(re)(re)(re)(re)處(chu)理(li)前，也就(jiu)是(shi)說熱(re)(re)(re)(re)處(chu)理(li)后(hou)焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)塑(su)性(xing)(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)(xing)大(da)幅提(ti)高(gao)；焊(han)(han)(han)態的(de)(de)彎曲試樣，在彎曲不到10°時，焊(han)(han)(han)縫處(chu)就(jiu)明顯(xian)開裂(lie)。
四、不同拘(ju)束度對(dui)焊縫裂紋的影響
產(chan)(chan)品整(zheng)體(ti)(ti)構件(jian)猶如一個大型柜(ju)形結構，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)上頂板(ban)(ban)(ban)、下(xia)底板(ban)(ban)(ban)、中(zhong)(zhong)間(jian)隔板(ban)(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)(ban)為(wei)碳(tan)鋼(gang)(gang)材料，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)(de)襯板(ban)(ban)(ban)均為(wei)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)。在(zai)裝配過(guo)程中(zhong)(zhong)有(you)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)之間(jian)焊(han)(han)縫(feng)、馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)和碳(tan)鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)之間(jian)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)需要(yao)焊(han)(han)接。在(zai)焊(han)(han)接過(guo)程中(zhong)(zhong)，常出(chu)現500～800mm長的(de)(de)整(zheng)段焊(han)(han)縫(feng)在(zai)焊(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發(fa)生(sheng)過(guo)整(zheng)條馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)或馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)發(fa)生(sheng)脆斷(duan)，厚(hou)度方向也幾乎(hu)裂(lie)透(tou)，并伴隨較大的(de)(de)聲響，斷(duan)面整(zheng)齊光滑。產(chan)(chan)生(sheng)脆斷(duan)的(de)(de)主要(yao)原因是整(zheng)體(ti)(ti)構件(jian)焊(han)(han)接時(shi)，焊(han)(han)縫(feng)處(chu)在(zai)拘束度過(guo)大情況下(xia)產(chan)(chan)生(sheng)過(guo)大的(de)(de)焊(han)(han)接應力而造成的(de)(de)，通過(guo)對焊(han)(han)接順序的(de)(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)(han)縫(feng)的(de)(de)拘束度方法(fa)解決了(le)這一難題。
焊(han)接(jie)過程中原先(xian)的焊(han)接(jie)順序為(wei)：
1）先對碳鋼環板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板的進(jin)行整條(tiao)環縫進(jin)行焊接(jie)。
2）再(zai)對(dui)碳鋼合縫(feng)板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板的整條縱縫(feng)進行焊焊接。
3）然后對(dui)碳(tan)鋼肋板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板的整體縱縫(feng)進行(xing)焊接。
4）最后(hou)對碳(tan)鋼板(ban)之間焊縫和馬氏(shi)體(ti)不銹鋼襯(chen)板(ban)之間焊縫分別(bie)進行焊接(jie)。
經多次探討改變的(de)原先的(de)焊(han)接(jie)順(shun)序：
1）先對碳鋼環板(ban)與馬氏體(ti)不銹鋼襯板(ban)的整條(tiao)環縫焊改(gai)為斷續焊，減少焊后產生較大的拘束應力。
2）同樣(yang)對碳鋼肋板與(yu)馬氏體不銹鋼襯板的整條縱(zong)縫改為斷續焊(han)，仍能(neng)減少焊(han)后產生較大的拘束應(ying)力。
3）碳鋼板(ban)之間(jian)的焊縫和馬氏體不銹(xiu)鋼襯(chen)板(ban)之間(jian)焊縫仍(reng)為分別(bie)一次焊成。
4）在碳鋼(gang)肋(lei)板(ban)與馬(ma)氏體不銹鋼(gang)襯板(ban)縱(zong)縫的斷續焊上進行(xing)滿焊。
5）再在碳鋼環板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯(chen)板環縫(feng)的斷續焊上(shang)進行滿焊。
6）最后(hou)對碳鋼合縫(feng)板與(yu)馬氏體不銹鋼襯板縱縫(feng)進行(xing)滿焊。
在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板(ban)本體(ti)的環焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時，碳鋼(gang)(gang)環板(ban)與馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板(ban)不(bu)(bu)(bu)要全部焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)好，讓(rang)兩(liang)端的碳鋼(gang)(gang)合縫(feng)(feng)(feng)板(ban)與馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板(ban)處于自(zi)由狀態(tai)，拘(ju)(ju)束度(du)大(da)大(da)降低，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力得以有效(xiao)釋放，避免了(le)焊(han)(han)(han)態(tai)淬硬性較強的馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在(zai)較大(da)拘(ju)(ju)束度(du)和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力下形(xing)成延時脆斷和焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)內(nei)部裂(lie)(lie)紋(wen)，焊(han)(han)(han)后經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)裂(lie)(lie)紋(wen)明(ming)顯(xian)減(jian)少。構件(jian)整體(ti)裝配定位(wei)焊(han)(han)(han)后，在(zai)保證焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時不(bu)(bu)(bu)會導致明(ming)顯(xian)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變形(xing)的前提(ti)下，盡可(ke)能(neng)先焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時從中(zhong)間(jian)向兩(liang)端背(bei)向對稱施焊(han)(han)(han)，盡可(ke)能(neng)降低構件(jian)拘(ju)(ju)束度(du)，減(jian)少焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力，可(ke)以有效(xiao)地避免焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)延時宏觀開(kai)裂(lie)(lie)。
總之，通過焊(han)后熱處理(li)和調整焊(han)接(jie)順序，降低(di)構件(jian)的(de)拘束度，控(kong)制焊(han)縫宏觀延遲裂紋，保證了產品的(de)質(zhi)量。
