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(shi)體不銹(xiu)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(bu)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(shi)驗材料
試驗用板(ban)材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼(gang)板(ban)，主要化學(xue)成分和力(li)學(xue)性能(neng)分別見表(biao)4-54和表(biao)4-55。顯微組(zu)織為(wei)回火馬氏(shi)體和少量逆變(bian)奧(ao)氏(shi)體。
二、焊接工藝(yi)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）焊接(jie)材料選用哈(ha)爾(er)濱焊接(jie)研(yan)(yan)究所研(yan)(yan)制的焊絲HS13/5L，其(qi)化學(xue)成分(fen)見表4-56。
（3）焊接(jie)(jie)參數電弧電壓為24～32V，焊接(jie)(jie)電流為220～280A（平焊和橫(heng)焊）、210～240A（立焊），焊接(jie)(jie)速度為150～450mm／min。
（4）焊前準(zhun)備(bei) 采(cai)用碳弧氣(qi)刨(bao)刨(bao)制坡口，坡口及清根后(hou)的金屬面需采(cai)用砂輪或旋轉銼將滲(shen)層打磨掉(diao)，直至露出金屬光澤；焊前預熱用煤氣(qi)管均勻加熱，確認待焊區溫度在80～100℃后(hou)方可施焊。道間溫度控制在150℃以下，而且必須(xu)進行層間清理，除掉(diao)焊渣等雜物。
三、退火(huo)處理對力學性能的影響
采用相同的(de)(de)試(shi)板(ban)、焊(han)(han)材及焊(han)(han)接(jie)(jie)參數(shu)焊(han)(han)接(jie)(jie)兩組(zu)(zu)試(shi)板(ban)：一組(zu)(zu)焊(han)(han)接(jie)(jie)后進行（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退(tui)火熱(re)處理；另一組(zu)(zu)處于(yu)焊(han)(han)態。兩組(zu)(zu)試(shi)板(ban)經UT檢查合格后，按(an)ASTWIX-1989標準進行力學(xue)性(xing)能考核，結果見表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中可以看出：熱(re)處理后焊(han)(han)縫的(de)(de)抗拉強(qiang)度(du)和硬度(du)比熱(re)處理前略(lve)有降低(di)，彎曲和沖擊性(xing)能明(ming)(ming)顯好于(yu)熱(re)處理前，也就是說(shuo)熱(re)處理后焊(han)(han)縫的(de)(de)塑(su)性(xing)和韌(ren)性(xing)大幅提高；焊(han)(han)態的(de)(de)彎曲試(shi)樣(yang)，在彎曲不(bu)到10°時，焊(han)(han)縫處就明(ming)(ming)顯開裂。
四、不同拘束度對焊縫裂紋的影響
產(chan)品(pin)整(zheng)體構件猶如一個大(da)型柜形(xing)結構，柜中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)上頂板(ban)(ban)(ban)、下(xia)底板(ban)(ban)(ban)、中(zhong)(zhong)(zhong)間隔(ge)板(ban)(ban)(ban)、兩(liang)邊側板(ban)(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)(ban)為(wei)碳鋼(gang)(gang)(gang)材料，柜中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)襯板(ban)(ban)(ban)均為(wei)馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)。在(zai)裝配過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)之間焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)、馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)和碳鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)(ban)(ban)之間的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)需要焊(han)(han)(han)(han)(han)接。在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，常出現(xian)500～800mm長的(de)(de)整(zheng)段焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發生(sheng)(sheng)(sheng)過(guo)(guo)整(zheng)條馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)或馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)發生(sheng)(sheng)(sheng)脆斷(duan)(duan)，厚度(du)方向也幾乎裂透，并伴隨較大(da)的(de)(de)聲響，斷(duan)(duan)面整(zheng)齊光滑。產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)脆斷(duan)(duan)的(de)(de)主要原因是整(zheng)體構件焊(han)(han)(han)(han)(han)接時(shi)，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)處在(zai)拘束(shu)度(du)過(guo)(guo)大(da)情(qing)況下(xia)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)過(guo)(guo)大(da)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接應力而造成(cheng)的(de)(de)，通(tong)過(guo)(guo)對焊(han)(han)(han)(han)(han)接順序的(de)(de)調整(zheng)，用(yong)減輕焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)的(de)(de)拘束(shu)度(du)方法(fa)解決了這一難題。
焊(han)(han)接(jie)過(guo)程中原先的焊(han)(han)接(jie)順序為：
1）先對碳鋼環板與馬氏體不銹(xiu)鋼襯(chen)板的進行整(zheng)條(tiao)環縫進行焊接。
2）再對碳鋼(gang)合縫板與馬氏體不銹鋼(gang)襯(chen)板的整條縱縫進行焊焊接。
3）然后對(dui)碳鋼肋板與馬氏(shi)體不銹鋼襯板的整體縱縫進行焊接(jie)。
4）最后對碳鋼(gang)(gang)板(ban)之間焊(han)(han)縫和馬(ma)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)襯板(ban)之間焊(han)(han)縫分別進行焊(han)(han)接。
經多次探(tan)討改變的原先(xian)的焊接順序：
1）先(xian)對碳鋼(gang)環板(ban)與馬(ma)氏體不(bu)銹鋼(gang)襯(chen)板(ban)的整條環縫焊(han)改為斷續焊(han)，減少焊(han)后產(chan)生較大的拘(ju)束應力。
2）同樣對碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整條(tiao)縱縫(feng)改為斷續焊(han)，仍能減(jian)少焊(han)后產生較大的拘束(shu)應力。
3）碳鋼(gang)板之間(jian)的焊縫(feng)和馬氏體不銹鋼(gang)襯板之間(jian)焊縫(feng)仍(reng)為分別(bie)一次(ci)焊成。
4）在碳(tan)鋼肋(lei)板與(yu)馬(ma)氏體不(bu)銹鋼襯板縱縫的斷(duan)續焊上(shang)進行滿焊。
5）再在碳鋼環板與馬氏體不銹鋼襯(chen)板環縫的斷續焊上(shang)進行(xing)滿(man)焊。
6）最后(hou)對碳鋼合(he)縫板與馬氏體不(bu)銹鋼襯板縱縫進行(xing)滿(man)焊。
在(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板本體的環(huan)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時，碳(tan)鋼環(huan)板與馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板不(bu)要全部焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)好，讓兩端的碳(tan)鋼合(he)縫(feng)(feng)板與馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板處于自(zi)由狀態，拘(ju)束(shu)度大大降(jiang)低(di)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)得以有效(xiao)釋放，避(bi)免了焊(han)(han)(han)(han)態淬硬(ying)性較強(qiang)的馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在(zai)較大拘(ju)束(shu)度和焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)下(xia)形(xing)成延時脆斷和焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內部裂紋(wen)，焊(han)(han)(han)(han)后(hou)(hou)經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)裂紋(wen)明顯(xian)減少。構件(jian)整體裝配定(ding)位焊(han)(han)(han)(han)后(hou)(hou)，在(zai)保(bao)證焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時不(bu)會(hui)導致明顯(xian)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變形(xing)的前提下(xia)，盡(jin)(jin)可能先焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時從(cong)中間向兩端背向對稱施焊(han)(han)(han)(han)，盡(jin)(jin)可能降(jiang)低(di)構件(jian)拘(ju)束(shu)度，減少焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)，可以有效(xiao)地避(bi)免焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)延時宏觀開(kai)裂。
總之，通過(guo)焊后熱處理和調整焊接順序，降低(di)構件的拘束(shu)度(du)，控制焊縫宏觀延(yan)遲裂紋，保證(zheng)了產品(pin)的質量。
