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)驗用板(ban)(ban)材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板(ban)(ban)，主要化學成分(fen)和力學性能分(fen)別見表(biao)4-54和表(biao)4-55。顯微組織(zhi)為(wei)回(hui)火馬氏(shi)體(ti)和少量逆變奧氏(shi)體(ti)。
二(er)、焊接(jie)工藝要點(dian)
（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)材料選用哈爾濱焊接(jie)研(yan)究(jiu)所研(yan)制的焊絲(si)HS13/5L，其化學成分見表4-56。
（3）焊(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)電弧電壓(ya)為(wei)24～32V，焊(han)(han)(han)接(jie)電流為(wei)220～280A（平(ping)焊(han)(han)(han)和橫焊(han)(han)(han)）、210～240A（立(li)焊(han)(han)(han)），焊(han)(han)(han)接(jie)速度(du)為(wei)150～450mm／min。
（4）焊前準備(bei) 采用(yong)碳(tan)弧氣(qi)刨刨制(zhi)坡口(kou)，坡口(kou)及清(qing)根后(hou)的(de)金屬面需采用(yong)砂輪或旋轉銼將滲(shen)層打磨掉，直(zhi)至露出(chu)金屬光(guang)澤(ze)；焊前預(yu)熱用(yong)煤(mei)氣(qi)管(guan)均勻(yun)加熱，確認待焊區溫度在80～100℃后(hou)方(fang)可施焊。道間溫度控制(zhi)在150℃以下，而(er)且(qie)必須進行層間清(qing)理，除掉焊渣等雜物。
三、退火處(chu)理對力學性(xing)能的影響
采(cai)用相同(tong)的(de)試(shi)板(ban)、焊(han)材及(ji)焊(han)接(jie)參數焊(han)接(jie)兩組(zu)(zu)試(shi)板(ban)：一組(zu)(zu)焊(han)接(jie)后(hou)進行(xing)（590±10）℃保溫4h的(de)退(tui)火熱(re)處理；另一組(zu)(zu)處于(yu)焊(han)態。兩組(zu)(zu)試(shi)板(ban)經UT檢(jian)查合格后(hou)，按ASTWIX-1989標準進行(xing)力學性(xing)能考(kao)核，結果見表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中(zhong)可(ke)以看出(chu)：熱(re)處理后(hou)焊(han)縫的(de)抗拉強度(du)和硬(ying)度(du)比熱(re)處理前略有降低，彎曲和沖(chong)擊性(xing)能明顯好于(yu)熱(re)處理前，也(ye)就(jiu)是說熱(re)處理后(hou)焊(han)縫的(de)塑性(xing)和韌性(xing)大幅提(ti)高；焊(han)態的(de)彎曲試(shi)樣(yang)，在彎曲不到10°時，焊(han)縫處就(jiu)明顯開裂。
四(si)、不同(tong)拘束度(du)對(dui)焊縫裂紋的影響
產(chan)品(pin)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)構件猶(you)如一(yi)個大(da)型柜(ju)形結構，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)上頂板(ban)、下底板(ban)、中(zhong)(zhong)間(jian)隔板(ban)、兩邊(bian)側板(ban)和肋板(ban)為碳(tan)(tan)鋼材料，柜(ju)中(zhong)(zhong)的(de)襯板(ban)均為馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼（04Cr13Ni5Mo）鋼板(ban)。在(zai)裝(zhuang)配(pei)過(guo)程中(zhong)(zhong)有(you)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼之間(jian)焊(han)(han)(han)縫(feng)、馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼與碳(tan)(tan)鋼的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)和碳(tan)(tan)鋼板(ban)之間(jian)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)需(xu)要焊(han)(han)(han)接(jie)。在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)過(guo)程中(zhong)(zhong)，常出現500～800mm長的(de)整(zheng)段(duan)焊(han)(han)(han)縫(feng)在(zai)焊(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發生過(guo)整(zheng)條馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)縫(feng)或馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼與碳(tan)(tan)鋼的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)發生脆(cui)斷(duan)，厚度方向也幾乎裂透(tou)，并伴隨(sui)較(jiao)大(da)的(de)聲響，斷(duan)面整(zheng)齊(qi)光滑(hua)。產(chan)生脆(cui)斷(duan)的(de)主(zhu)要原(yuan)因(yin)是(shi)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)構件焊(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)縫(feng)處在(zai)拘束度過(guo)大(da)情況下產(chan)生過(guo)大(da)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力而造成的(de)，通過(guo)對焊(han)(han)(han)接(jie)順序的(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)(han)(han)縫(feng)的(de)拘束度方法解決了這一(yi)難題(ti)。
焊(han)接過程中原先的(de)焊(han)接順序為：
1）先(xian)對碳鋼(gang)(gang)環(huan)板(ban)與馬(ma)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)襯板(ban)的進行(xing)整(zheng)條環(huan)縫進行(xing)焊接(jie)。
2）再對碳鋼合縫板(ban)與馬(ma)氏(shi)體不銹(xiu)鋼襯板(ban)的(de)整條縱縫進行焊(han)焊(han)接(jie)。
3）然后對(dui)碳鋼肋板與馬(ma)氏體不銹鋼襯板的整體縱縫(feng)進(jin)行焊(han)接。
4）最后對碳鋼(gang)板之間焊縫和馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯板之間焊縫分別進(jin)行焊接(jie)。
經多次探討改(gai)變(bian)的原先的焊接順序：
1）先對(dui)碳鋼環(huan)板與馬氏(shi)體不銹(xiu)鋼襯板的整條環(huan)縫焊改為斷續焊，減(jian)少焊后產生較(jiao)大的拘束應力。
2）同樣(yang)對碳鋼肋板與馬氏(shi)體不銹鋼襯板的(de)整條(tiao)縱(zong)縫改為斷續焊，仍能減少焊后(hou)產(chan)生較大的(de)拘束(shu)應力。
3）碳鋼板(ban)之間的(de)焊縫和馬氏(shi)體不(bu)銹鋼襯板(ban)之間焊縫仍(reng)為分別一次焊成。
4）在(zai)碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板縱縫的斷續焊上進行(xing)滿焊。
5）再在碳(tan)鋼環板(ban)與(yu)馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)環縫的斷續焊(han)上進行滿焊(han)。
6）最后對碳鋼合縫(feng)板(ban)與馬氏體不銹鋼襯板(ban)縱縫(feng)進行滿焊。
在焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板本體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)環焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時(shi)，碳鋼(gang)(gang)環板與馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板不(bu)要(yao)全部焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)好，讓兩端的(de)碳鋼(gang)(gang)合(he)縫(feng)(feng)板與馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯(chen)板處于自由狀態(tai)，拘束度(du)(du)大(da)大(da)降(jiang)低，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力(li)得以(yi)有(you)效釋放，避免了焊(han)(han)(han)(han)(han)態(tai)淬硬性較強的(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在較大(da)拘束度(du)(du)和焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力(li)下(xia)形成延時(shi)脆斷和焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內部裂紋，焊(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)裂紋明(ming)顯(xian)減少(shao)。構(gou)件(jian)整體(ti)(ti)(ti)(ti)裝配定位焊(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)，在保證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時(shi)不(bu)會(hui)導致明(ming)顯(xian)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)變形的(de)前提下(xia)，盡可能(neng)先(xian)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)從中間向兩端背(bei)向對(dui)稱施焊(han)(han)(han)(han)(han)，盡可能(neng)降(jiang)低構(gou)件(jian)拘束度(du)(du)，減少(shao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力(li)，可以(yi)有(you)效地避免焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)延時(shi)宏觀(guan)開裂。
總之，通過(guo)焊后熱處(chu)理和(he)調整焊接(jie)順序(xu)，降(jiang)低構件的拘束度，控制焊縫宏觀延遲(chi)裂紋(wen)，保證了產品的質量。
