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、試驗材料
試(shi)驗用(yong)板(ban)材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼(gang)板(ban)，主要化學(xue)成(cheng)分和力學(xue)性能分別見(jian)表(biao)4-54和表(biao)4-55。顯(xian)微組(zu)織為(wei)回(hui)火馬氏體和少(shao)量逆變奧氏體。
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）焊接(jie)材料(liao)選用哈(ha)爾濱(bin)焊接(jie)研(yan)究所(suo)研(yan)制的焊絲HS13/5L，其化(hua)學成分見表4-56。
（3）焊(han)(han)接參數電弧電壓(ya)為(wei)(wei)(wei)24～32V，焊(han)(han)接電流為(wei)(wei)(wei)220～280A（平焊(han)(han)和橫焊(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)），焊(han)(han)接速度(du)為(wei)(wei)(wei)150～450mm／min。
（4）焊(han)(han)前準備 采用碳弧氣(qi)刨刨制坡(po)口，坡(po)口及(ji)清根(gen)后的金(jin)屬面需采用砂輪(lun)或(huo)旋轉(zhuan)銼將滲層打磨(mo)掉(diao)，直至露出金(jin)屬光澤；焊(han)(han)前預熱用煤氣(qi)管均勻(yun)加熱，確認待焊(han)(han)區(qu)溫度在80～100℃后方可施(shi)焊(han)(han)。道間(jian)溫度控制在150℃以下(xia)，而且(qie)必須進行層間(jian)清理，除掉(diao)焊(han)(han)渣(zha)等(deng)雜(za)物。
三(san)、退(tui)火(huo)處理對力學性能的影響
采用(yong)相同的(de)試(shi)(shi)板(ban)(ban)、焊(han)(han)材及焊(han)(han)接(jie)參(can)數焊(han)(han)接(jie)兩組(zu)試(shi)(shi)板(ban)(ban)：一組(zu)焊(han)(han)接(jie)后(hou)進行（590±10）℃保溫4h的(de)退火(huo)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理；另一組(zu)處(chu)(chu)(chu)于(yu)焊(han)(han)態。兩組(zu)試(shi)(shi)板(ban)(ban)經UT檢(jian)查合格后(hou)，按(an)ASTWIX-1989標準進行力學性能考(kao)核，結(jie)果見表4-57。從(cong)表中(zhong)可以看出：熱(re)處(chu)(chu)(chu)理后(hou)焊(han)(han)縫的(de)抗拉強度(du)和(he)(he)硬(ying)度(du)比(bi)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理前略有降低，彎曲和(he)(he)沖擊性能明顯好于(yu)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理前，也就(jiu)是(shi)說熱(re)處(chu)(chu)(chu)理后(hou)焊(han)(han)縫的(de)塑性和(he)(he)韌性大(da)幅提高；焊(han)(han)態的(de)彎曲試(shi)(shi)樣(yang)，在彎曲不到10°時，焊(han)(han)縫處(chu)(chu)(chu)就(jiu)明顯開裂。
四、不同(tong)拘束度對焊縫裂(lie)紋的影響(xiang)
產(chan)品(pin)整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)構件猶(you)如一個大型(xing)柜形結(jie)構，柜中的(de)(de)上(shang)頂板(ban)、下底(di)板(ban)、中間(jian)(jian)隔板(ban)、兩邊側(ce)板(ban)和肋板(ban)為碳(tan)鋼(gang)(gang)材料，柜中的(de)(de)襯板(ban)均為馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)。在裝配(pei)過(guo)(guo)程(cheng)中有馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)之間(jian)(jian)焊(han)(han)縫(feng)(feng)、馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)與(yu)碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)和碳(tan)鋼(gang)(gang)板(ban)之間(jian)(jian)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)需要焊(han)(han)接。在焊(han)(han)接過(guo)(guo)程(cheng)中，常出現(xian)500～800mm長的(de)(de)整(zheng)(zheng)段焊(han)(han)縫(feng)(feng)在焊(han)(han)完5～6h，甚至(zhi)12h后，都發生(sheng)(sheng)過(guo)(guo)整(zheng)(zheng)條馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)或(huo)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)與(yu)碳(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)發生(sheng)(sheng)脆斷(duan)，厚度(du)方向也幾(ji)乎裂透，并(bing)伴隨較大的(de)(de)聲響，斷(duan)面(mian)整(zheng)(zheng)齊光滑(hua)。產(chan)生(sheng)(sheng)脆斷(duan)的(de)(de)主要原因(yin)是整(zheng)(zheng)體(ti)(ti)構件焊(han)(han)接時，焊(han)(han)縫(feng)(feng)處在拘(ju)束度(du)過(guo)(guo)大情況(kuang)下產(chan)生(sheng)(sheng)過(guo)(guo)大的(de)(de)焊(han)(han)接應力而造(zao)成(cheng)的(de)(de)，通過(guo)(guo)對焊(han)(han)接順(shun)序的(de)(de)調整(zheng)(zheng)，用減輕焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)拘(ju)束度(du)方法(fa)解(jie)決(jue)了這一難題(ti)。
焊(han)接過(guo)程(cheng)中原先的焊(han)接順序為：
1）先(xian)對碳鋼環板(ban)與(yu)馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼襯(chen)板(ban)的進行整(zheng)條環縫進行焊接。
2）再對碳鋼(gang)合縫板(ban)與馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯板(ban)的(de)整條(tiao)縱縫進行焊焊接(jie)。
3）然后(hou)對碳鋼肋(lei)板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板的整(zheng)體縱縫進行(xing)焊(han)接。
4）最后對碳鋼(gang)板之間(jian)焊縫(feng)和馬氏體不銹鋼(gang)襯板之間(jian)焊縫(feng)分別(bie)進(jin)行焊接(jie)。
經多次探討改變的原先的焊接順序：
1）先對(dui)碳鋼環(huan)板與(yu)馬氏體不銹鋼襯板的(de)整條環(huan)縫焊改為(wei)斷續焊，減(jian)少焊后產生較大(da)的(de)拘束應(ying)力。
2）同樣對(dui)碳鋼(gang)肋板與馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)襯板的整(zheng)條(tiao)縱縫改為斷(duan)續焊，仍(reng)能減少焊后產(chan)生較大(da)的拘束(shu)應力。
3）碳鋼板(ban)之(zhi)(zhi)間(jian)的焊縫(feng)和馬氏體不銹鋼襯(chen)板(ban)之(zhi)(zhi)間(jian)焊縫(feng)仍為分別一次(ci)焊成。
4）在碳鋼(gang)肋板(ban)與(yu)馬氏(shi)體不銹鋼(gang)襯板(ban)縱縫的斷續(xu)焊上(shang)進行(xing)滿焊。
5）再在碳鋼環板與(yu)馬(ma)氏體(ti)不銹鋼襯板環縫(feng)的(de)斷續焊上進(jin)行(xing)滿(man)焊。
6）最后(hou)對碳(tan)鋼合(he)縫板與馬氏體不銹鋼襯板縱縫進行滿焊(han)。
在焊(han)(han)接馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)襯板本體(ti)(ti)的環焊(han)(han)縫時，碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)環板與(yu)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)襯板不(bu)(bu)(bu)(bu)要全(quan)部焊(han)(han)接好，讓兩端(duan)的碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)合(he)縫板與(yu)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)襯板處于自由狀(zhuang)態，拘束(shu)度大大降低(di)，焊(han)(han)接應力(li)得(de)以有(you)效(xiao)釋放，避(bi)免了(le)焊(han)(han)態淬硬性(xing)較強的馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫在較大拘束(shu)度和焊(han)(han)接應力(li)下形成延(yan)時脆斷(duan)和焊(han)(han)縫內(nei)部裂(lie)紋，焊(han)(han)后經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)接裂(lie)紋明顯(xian)減少(shao)。構件整體(ti)(ti)裝配(pei)定位焊(han)(han)后，在保證焊(han)(han)接馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫時不(bu)(bu)(bu)(bu)會(hui)導致明顯(xian)焊(han)(han)接變形的前提下，盡可能先焊(han)(han)接馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫。焊(han)(han)接時從(cong)中間向兩端(duan)背向對稱(cheng)施焊(han)(han)，盡可能降低(di)構件拘束(shu)度，減少(shao)焊(han)(han)接應力(li)，可以有(you)效(xiao)地(di)避(bi)免焊(han)(han)縫延(yan)時宏觀開裂(lie)。
總之，通(tong)過焊后熱處理和調整焊接順序，降低構件的拘束度，控制焊縫宏觀延遲裂紋，保證了產品(pin)的質(zhi)量。
