水輪機作為水電站的核心設備，其轉輪的材質要具有耐氣蝕、耐泥沙磨損和抗斷裂性能，通常選用Cr13Ni5馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼。長期使用后不可避免地出現磨損和腐蝕，針對水輪機的修復，堆焊是一種比較理想和簡便的方法。堆焊方法有焊條堆焊、焊帶堆焊和藥芯焊絲堆焊，將這幾種堆焊方法進行了對比試驗。認為藥芯焊絲堆焊具有調整方便、焊接效率高、熔合比低和焊接變形小等優點。
一(yi)、E410NiMo堆焊(han)用藥芯(xin)焊(han)絲(si)配方設計
E410NiMo藥(yao)芯焊(han)絲(si)所用鋼帶為(wei)ER430鋼帶，其(qi)化學成(cheng)分見(jian)表5-73。藥(yao)粉主要(yao)有礦石粉和(he)金屬粉組成(cheng)，其(qi)主要(yao)成(cheng)分見(jian)表5-74。
二、幾種焊接方法對(dui)比的試樣(yang)制備(bei)與(yu)分(fen)析(xi)
選水輪(lun)機(ji)母(mu)材(cai)為(wei)ZG06Cr13Ni5Mo鋼，并將定(ding)義(yi)為(wei)0＃試(shi)(shi)樣，其主(zhu)要成分見表(biao)5-75。用E410NiMo藥(yao)芯焊(han)絲堆焊(han)3層，按表(biao)5-76堆焊(han)參數(shu)所(suo)制備(bei)的(de)堆焊(han)的(de)試(shi)(shi)樣編(bian)號為(wei)1＃、2和3＃試(shi)(shi)樣。
其(qi)他焊(han)接方法的(de)堆焊(han)參數見表(biao)5-77，將D410NiMo鋼(gang)帶(dai)的(de)堆焊(han)試樣編號(hao)為4＃，G227焊(han)條的(de)堆焊(han)試樣編號(hao)為5＃。
1. 不同堆焊方(fang)法試(shi)樣與母材(cai)試(shi)樣化(hua)學成分進(jin)行對比
將堆焊試件切割成57mm×25.5mm×5mm，銑平待檢表面，采用德國布魯克公司生產的Q8 Magellan 火花直讀光譜儀測定試樣的化學成分，見表5-78。從表中可以看出，研發的藥芯焊絲的C、Si、Mn、P、S、Cr等元素與母材接近，而Ni、Mo等元素含量高于母材。Mo的加入，能夠有效提高熔敷金屬的耐汽蝕性能，Ni可以提高鋼的力學性能且能改善耐蝕性和耐酸性。
2. 測定(ding)堆(dui)焊層(ceng)試樣的硬度
采用TH600布(bu)氏硬度儀(yi)進行(xing)測定(ding)，要求(qiu)在每個(ge)試(shi)樣堆焊(han)層(ceng)上測量5個(ge)點，取平均值(zhi)，測定(ding)結果見表5-79。從試(shi)驗(yan)數據(ju)可知，水輪(lun)機(ji)母材的(de)硬度較各種焊(han)材熔敷金屬(shu)的(de)硬度偏(pian)低，與熱處理(li)過的(de)藥(yao)芯焊(han)絲(si)堆焊(han)試(shi)件硬度相當。藥(yao)芯焊(han)絲(si)的(de)熔敷金屬(shu)的(de)鐵(tie)素體含(han)量低于水輪(lun)機(ji)母材、焊(han)帶(dai)和焊(han)條的(de)熔敷金屬(shu)的(de)鐵(tie)素體含(han)量。
3. 各堆焊(han)層的組織分(fen)析(xi)
試樣為10mm×10mm×5mm，腐蝕液（質量分數）為HF 4%+HNO3 4%+H2O 92％，利用MPEG3型號顯微鏡進行觀察與圖像采集。所有堆焊方法下的熔敷金屬組織明顯比母材細密得多，且馬氏體的數量比母材多。因此，堆焊態下的熔敷金屬較母材有更好的耐磨蝕性能。
4. 磨(mo)粒磨(mo)損對比試驗
采用(yong)MLS-225型濕式橡(xiang)膠輪(lun)磨(mo)粒(li)磨(mo)損(sun)試驗(yan)機(ji)。材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)耐磨(mo)性能用(yong)磨(mo)損(sun)失(shi)去質量(liang)(liang)(liang)來衡量(liang)(liang)(liang)，算(suan)出磨(mo)損(sun)前后試件的(de)平均(jun)質量(liang)(liang)(liang)差。與試驗(yan)時用(yong)水輪(lun)機(ji)母材(cai)(cai)(cai)相(xiang)比(bi)。對(dui)(dui)比(bi)件失(shi)去的(de)質量(liang)(liang)(liang)與測量(liang)(liang)(liang)件失(shi)去的(de)質量(liang)(liang)(liang)之比(bi)來衡量(liang)(liang)(liang)該堆焊(han)層的(de)相(xiang)對(dui)(dui)耐磨(mo)性。相(xiang)對(dui)(dui)磨(mo)損(sun)率＝對(dui)(dui)比(bi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)磨(mo)損(sun)量(liang)(liang)(liang)／0＃試樣材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)磨(mo)損(sun)量(liang)(liang)(liang)。試驗(yan)結(jie)果見表5-80。
試驗(yan)結果表(biao)明，在上述磨(mo)損條件下，各種堆焊(han)方(fang)法(fa)(fa)熔(rong)敷(fu)金(jin)屬的耐(nai)磨(mo)粒磨(mo)損性(xing)能比母材(cai)好(hao)，熱處理對(dui)材(cai)料耐(nai)磨(mo)性(xing)能的影響不大，而控(kong)制層(ceng)間溫度對(dui)提高熔(rong)敷(fu)金(jin)屬的耐(nai)磨(mo)粒磨(mo)損性(xing)能有較好(hao)的改善作(zuo)用。總體來(lai)看，藥芯焊(han)絲熔(rong)敷(fu)金(jin)屬的耐(nai)磨(mo)粒磨(mo)損性(xing)能優于(yu)其他堆焊(han)方(fang)法(fa)(fa)。
5. 沖蝕磨損對(dui)比(bi)試驗
為(wei)了(le)模擬水輪機(ji)(ji)在實際工作時所遭受的含(han)沙水流沖(chong)蝕(shi)磨損(sun)情況，采用北京工業大學自制(zhi)的水沙沖(chong)蝕(shi)磨損(sun)試驗機(ji)(ji)來(lai)測定試樣的耐(nai)含(han)沙水流磨蝕(shi)的能力。
試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)尺寸為57mm×25mm×10mm，將試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)裝在試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)臺上，按試(shi)(shi)(shi)驗(yan)機(ji)的(de)(de)運(yun)行步驟進行試(shi)(shi)(shi)驗(yan)。每(mei)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)2h后(hou)(hou)停機(ji)，取出試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)并放(fang)入盛有丙酮溶液的(de)(de)燒杯中，在超(chao)聲波清洗(xi)儀中清洗(xi)3～5min，干燥后(hou)(hou)采用(yong)BS224S電(dian)子天平進行試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)測量(liang)(liang)，精確到(dao)0.0001g。材(cai)料(liao)的(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)性能用(yong)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)前(qian)后(hou)(hou)失(shi)去質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)的(de)(de)平均值(zhi)來(lai)考核。一共進行8h，對比藥(yao)芯焊(han)(han)(han)絲試(shi)(shi)(shi)件(jian)和其他堆焊(han)(han)(han)方(fang)法試(shi)(shi)(shi)件(jian)失(shi)去的(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)與(yu)母(mu)材(cai)失(shi)去的(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)之比來(lai)衡量(liang)(liang)該方(fang)法的(de)(de)相對耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)(mo)(mo)性。相對磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)率＝對比材(cai)料(liao)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)量(liang)(liang)／0號試(shi)(shi)(shi)件(jian)的(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)量(liang)(liang)。試(shi)(shi)(shi)驗(yan)結果見表5-81。從表中可(ke)知，各種焊(han)(han)(han)接方(fang)法熔敷(fu)(fu)金屬(shu)耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)性能與(yu)母(mu)材(cai)相當。熱處理對藥(yao)芯焊(han)(han)(han)絲堆焊(han)(han)(han)層(ceng)耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)性能影響不(bu)大，而控制(zhi)層(ceng)間溫(wen)度(du)能較明(ming)顯(xian)地提(ti)高藥(yao)芯焊(han)(han)(han)絲熔敷(fu)(fu)金屬(shu)的(de)(de)耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)性能。總體(ti)上可(ke)以(yi)認(ren)為，除焊(han)(han)(han)帶的(de)(de)焊(han)(han)(han)接方(fang)法外，焊(han)(han)(han)條和藥(yao)芯焊(han)(han)(han)絲的(de)(de)耐(nai)(nai)沖(chong)(chong)磨(mo)(mo)(mo)(mo)損(sun)(sun)(sun)性堆焊(han)(han)(han)層(ceng)較好。
通過上述試(shi)驗可(ke)以認為，用藥芯焊(han)絲堆焊(han)磨(mo)損的(de)水輪機是可(ke)行的(de)，如果(guo)層間溫度(du)控制在(zai)150～200℃，堆焊(han)熔敷(fu)金屬的(de)耐磨(mo)粒磨(mo)損和(he)耐沖蝕磨(mo)損性能為最(zui)佳。
