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、試驗材料(liao)
試驗(yan)用板材為(wei)5mm厚(hou)04Cr13Ni5Mo鋼板，主要(yao)化學成(cheng)分和(he)力(li)學性(xing)能分別見表4-54和(he)表4-55。顯微(wei)組織為(wei)回火馬氏體和(he)少量逆變(bian)奧氏體。
二(er)、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)研究所研制的焊(han)絲HS13/5L，其化學成分見(jian)表4-56。
（3）焊(han)(han)(han)接參數電弧(hu)電壓為24～32V，焊(han)(han)(han)接電流為220～280A（平焊(han)(han)(han)和橫(heng)焊(han)(han)(han)）、210～240A（立(li)焊(han)(han)(han)），焊(han)(han)(han)接速度為150～450mm／min。
（4）焊(han)(han)(han)前(qian)準備(bei) 采(cai)用(yong)(yong)碳(tan)弧氣刨刨制(zhi)坡(po)口(kou)，坡(po)口(kou)及清(qing)根后(hou)的金屬(shu)面需采(cai)用(yong)(yong)砂輪或旋轉銼(cuo)將滲(shen)層打(da)磨掉，直至(zhi)露出金屬(shu)光(guang)澤(ze)；焊(han)(han)(han)前(qian)預(yu)熱用(yong)(yong)煤氣管均勻加熱，確認待(dai)焊(han)(han)(han)區溫(wen)度(du)在80～100℃后(hou)方可施焊(han)(han)(han)。道間溫(wen)度(du)控制(zhi)在150℃以下(xia)，而且必須(xu)進行(xing)層間清(qing)理，除掉焊(han)(han)(han)渣等(deng)雜物。
三、退火處(chu)理對力(li)學性能的影響
采用相同的(de)(de)試(shi)(shi)(shi)板、焊(han)材及焊(han)接參數焊(han)接兩組試(shi)(shi)(shi)板：一組焊(han)接后(hou)進(jin)行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退火熱處(chu)(chu)理(li)；另一組處(chu)(chu)于(yu)焊(han)態。兩組試(shi)(shi)(shi)板經UT檢查(cha)合格(ge)后(hou)，按ASTWIX-1989標準進(jin)行(xing)力學性(xing)能(neng)考核，結果見表4-57。從表中(zhong)可(ke)以(yi)看出：熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)焊(han)縫(feng)的(de)(de)抗拉強度和硬(ying)度比熱處(chu)(chu)理(li)前略(lve)有(you)降低(di)，彎(wan)曲(qu)和沖擊性(xing)能(neng)明顯(xian)好于(yu)熱處(chu)(chu)理(li)前，也就是說熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)焊(han)縫(feng)的(de)(de)塑性(xing)和韌性(xing)大幅提高；焊(han)態的(de)(de)彎(wan)曲(qu)試(shi)(shi)(shi)樣，在彎(wan)曲(qu)不(bu)到10°時，焊(han)縫(feng)處(chu)(chu)就明顯(xian)開(kai)裂。
四、不同拘束(shu)度對焊縫裂紋(wen)的(de)影響
產(chan)品(pin)整(zheng)(zheng)體(ti)構件猶如一個大型柜形結構，柜中的(de)上頂板(ban)(ban)(ban)、下(xia)底板(ban)(ban)(ban)、中間(jian)隔板(ban)(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)(ban)和(he)肋板(ban)(ban)(ban)為碳鋼(gang)(gang)材料(liao)，柜中的(de)襯板(ban)(ban)(ban)均為馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)。在(zai)裝配過(guo)(guo)程中有馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)之(zhi)間(jian)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)、馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)和(he)碳鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)之(zhi)間(jian)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)需要焊(han)(han)(han)接(jie)。在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)過(guo)(guo)程中，常出現(xian)500～800mm長的(de)整(zheng)(zheng)段焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在(zai)焊(han)(han)(han)完5～6h，甚(shen)至12h后(hou)，都發生過(guo)(guo)整(zheng)(zheng)條(tiao)馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)或馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)發生脆斷，厚度(du)(du)方(fang)向也幾乎(hu)裂(lie)透，并伴隨較(jiao)大的(de)聲(sheng)響，斷面整(zheng)(zheng)齊(qi)光(guang)滑。產(chan)生脆斷的(de)主(zhu)要原因是整(zheng)(zheng)體(ti)構件焊(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)處(chu)在(zai)拘束度(du)(du)過(guo)(guo)大情況下(xia)產(chan)生過(guo)(guo)大的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)應力(li)而造成(cheng)的(de)，通過(guo)(guo)對焊(han)(han)(han)接(jie)順序(xu)的(de)調(diao)整(zheng)(zheng)，用減輕焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)拘束度(du)(du)方(fang)法解決了這(zhe)一難(nan)題(ti)。
焊(han)接過程中(zhong)原先的焊(han)接順序為：
1）先對碳(tan)鋼(gang)環板與(yu)馬氏體不銹鋼(gang)襯(chen)板的(de)進(jin)行整條(tiao)環縫(feng)進(jin)行焊(han)接。
2）再對(dui)碳鋼(gang)(gang)合縫(feng)板(ban)與馬氏體不銹鋼(gang)(gang)襯(chen)板(ban)的(de)整(zheng)條縱縫(feng)進行焊(han)焊(han)接。
3）然后對碳鋼(gang)肋(lei)板與馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯板的整體縱縫進行(xing)焊接(jie)。
4）最后對碳鋼板(ban)之(zhi)間焊(han)縫(feng)和馬氏(shi)體不銹鋼襯(chen)板(ban)之(zhi)間焊(han)縫(feng)分別進(jin)行焊(han)接。
經多次探(tan)討改變的(de)原先(xian)的(de)焊接順(shun)序：
1）先對碳鋼(gang)環板與馬氏(shi)體不銹鋼(gang)襯板的整(zheng)條環縫(feng)焊(han)改為斷續(xu)焊(han)，減(jian)少焊(han)后產(chan)生(sheng)較大的拘束應(ying)力。
2）同樣對(dui)碳鋼肋板與(yu)馬氏體不銹鋼襯(chen)板的(de)整條(tiao)縱縫改為斷續焊，仍能減少焊后產生較大的(de)拘束應力。
3）碳(tan)鋼板之(zhi)間的焊(han)(han)縫(feng)和馬氏(shi)體不(bu)銹鋼襯板之(zhi)間焊(han)(han)縫(feng)仍為分別一次焊(han)(han)成。
4）在碳鋼(gang)肋板與(yu)馬(ma)氏(shi)體不銹鋼(gang)襯(chen)板縱(zong)縫的(de)斷續焊(han)上進(jin)行滿焊(han)。
5）再在碳鋼(gang)環板與馬(ma)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)襯板環縫的斷續焊(han)上(shang)進行滿(man)焊(han)。
6）最后對碳鋼(gang)合(he)縫板(ban)與馬氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板(ban)縱縫進行(xing)滿焊。
在焊(han)(han)接馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)本體的(de)環焊(han)(han)縫(feng)時，碳鋼(gang)(gang)(gang)環板(ban)(ban)與(yu)馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)不(bu)(bu)要全部焊(han)(han)接好，讓兩端的(de)碳鋼(gang)(gang)(gang)合縫(feng)板(ban)(ban)與(yu)馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)襯板(ban)(ban)處于自由狀態，拘束度(du)大(da)大(da)降(jiang)低，焊(han)(han)接應(ying)力得以有(you)效釋放，避(bi)免了焊(han)(han)態淬(cui)硬性(xing)較強的(de)馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)在較大(da)拘束度(du)和(he)(he)焊(han)(han)接應(ying)力下形成(cheng)延時脆斷和(he)(he)焊(han)(han)縫(feng)內部裂紋(wen)，焊(han)(han)后(hou)經(jing)UT探傷檢(jian)查，各種焊(han)(han)接裂紋(wen)明顯減少。構件(jian)整體裝配定位焊(han)(han)后(hou)，在保證(zheng)焊(han)(han)接馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)時不(bu)(bu)會導致(zhi)明顯焊(han)(han)接變形的(de)前提下，盡(jin)可能(neng)先焊(han)(han)接馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)接時從中間向(xiang)兩端背向(xiang)對(dui)稱(cheng)施焊(han)(han)，盡(jin)可能(neng)降(jiang)低構件(jian)拘束度(du)，減少焊(han)(han)接應(ying)力，可以有(you)效地避(bi)免焊(han)(han)縫(feng)延時宏(hong)觀開裂。
總之，通(tong)過焊后熱處理(li)和調整(zheng)焊接順序，降低(di)構(gou)件的(de)拘束度，控制焊縫宏觀延(yan)遲裂紋，保證了產品的(de)質(zhi)量。
