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低碳馬氏體不銹鋼(gang)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(cai)料
試(shi)驗用板材為(wei)(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學成分(fen)和(he)力學性能分(fen)別(bie)見表(biao)4-54和(he)表(biao)4-55。顯(xian)微組織(zhi)為(wei)(wei)回火馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)和(he)少量逆變奧氏(shi)體(ti)(ti)。
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）焊接材料選用哈爾濱焊接研究所研制(zhi)的焊絲HS13/5L，其化學(xue)成分見(jian)表4-56。
（3）焊(han)(han)(han)接(jie)參數(shu)電弧電壓為24～32V，焊(han)(han)(han)接(jie)電流(liu)為220～280A（平焊(han)(han)(han)和橫焊(han)(han)(han)）、210～240A（立焊(han)(han)(han)），焊(han)(han)(han)接(jie)速度(du)為150～450mm／min。
（4）焊(han)前(qian)準備 采用(yong)碳弧氣刨刨制(zhi)(zhi)坡口(kou)，坡口(kou)及清根(gen)后的金(jin)屬面需采用(yong)砂輪或(huo)旋轉銼(cuo)將滲(shen)層打磨掉，直至露出金(jin)屬光澤(ze)；焊(han)前(qian)預熱用(yong)煤氣管均勻(yun)加熱，確認待焊(han)區溫度(du)在(zai)80～100℃后方可施焊(han)。道(dao)間(jian)溫度(du)控制(zhi)(zhi)在(zai)150℃以下，而且必須(xu)進行層間(jian)清理，除掉焊(han)渣等雜物。
三、退火處理對力學性能的影響
采(cai)用相同的(de)(de)試(shi)板(ban)、焊(han)材及焊(han)接(jie)(jie)參數焊(han)接(jie)(jie)兩(liang)組(zu)試(shi)板(ban)：一組(zu)焊(han)接(jie)(jie)后進行（590±10）℃保溫4h的(de)(de)退火熱(re)處(chu)(chu)理(li)；另(ling)一組(zu)處(chu)(chu)于焊(han)態。兩(liang)組(zu)試(shi)板(ban)經(jing)UT檢查(cha)合格(ge)后，按ASTWIX-1989標(biao)準進行力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)考(kao)核，結果見(jian)表(biao)4-57。從表(biao)中可以(yi)看出：熱(re)處(chu)(chu)理(li)后焊(han)縫(feng)的(de)(de)抗拉強度和(he)硬度比熱(re)處(chu)(chu)理(li)前略有降低(di)，彎曲(qu)和(he)沖(chong)擊性(xing)(xing)能(neng)明顯(xian)好(hao)于熱(re)處(chu)(chu)理(li)前，也就(jiu)是說熱(re)處(chu)(chu)理(li)后焊(han)縫(feng)的(de)(de)塑性(xing)(xing)和(he)韌(ren)性(xing)(xing)大幅提高；焊(han)態的(de)(de)彎曲(qu)試(shi)樣(yang)，在彎曲(qu)不到10°時，焊(han)縫(feng)處(chu)(chu)就(jiu)明顯(xian)開(kai)裂。
四、不同(tong)拘束度對焊(han)縫(feng)裂紋的影響
產品整(zheng)體(ti)(ti)(ti)構(gou)件猶如(ru)一個(ge)大(da)型柜形結(jie)構(gou)，柜中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)上頂板(ban)(ban)、下底板(ban)(ban)、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)間隔板(ban)(ban)、兩邊側板(ban)(ban)和肋板(ban)(ban)為(wei)碳鋼(gang)(gang)材料(liao)，柜中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)襯板(ban)(ban)均為(wei)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)。在裝配過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)有馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)之間焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)、馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)與(yu)碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)和碳鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)之間的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)需要(yao)焊(han)(han)接(jie)(jie)。在焊(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，常出現500～800mm長(chang)的(de)(de)(de)整(zheng)段焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在焊(han)(han)完5～6h，甚至12h后，都發生過(guo)(guo)整(zheng)條馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)或馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)與(yu)碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)發生脆斷(duan)(duan)，厚度方向(xiang)也幾乎裂透，并(bing)伴隨較大(da)的(de)(de)(de)聲(sheng)響，斷(duan)(duan)面(mian)整(zheng)齊(qi)光滑(hua)。產生脆斷(duan)(duan)的(de)(de)(de)主要(yao)原(yuan)因是(shi)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)構(gou)件焊(han)(han)接(jie)(jie)時，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)處在拘束度過(guo)(guo)大(da)情況下產生過(guo)(guo)大(da)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)應力而造成(cheng)的(de)(de)(de)，通過(guo)(guo)對(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)順(shun)序(xu)的(de)(de)(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)拘束度方法解決了這一難題。
焊接(jie)過(guo)程中(zhong)原先的焊接(jie)順序為：
1）先對碳鋼(gang)環板(ban)與(yu)馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)襯板(ban)的(de)進行(xing)整條(tiao)環縫進行(xing)焊接。
2）再對碳鋼合縫板(ban)與馬氏體不銹(xiu)鋼襯板(ban)的整條縱縫進(jin)行焊(han)焊(han)接。
3）然后對(dui)碳鋼肋板與(yu)馬氏體不(bu)銹鋼襯(chen)板的整體縱縫進行焊接。
4）最(zui)后對(dui)碳鋼(gang)板(ban)之間焊縫和馬氏(shi)體不銹鋼(gang)襯(chen)板(ban)之間焊縫分別進行焊接。
經多次探討改變的(de)原先的(de)焊接順序：
1）先對(dui)碳鋼環板(ban)與馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼襯板(ban)的整(zheng)條環縫焊改(gai)為(wei)斷續焊，減少焊后產生較大(da)的拘束應力。
2）同(tong)樣對碳(tan)鋼肋板與馬氏(shi)體不銹鋼襯(chen)板的整條縱縫改為(wei)斷續焊，仍(reng)能減少焊后產生較(jiao)大的拘束應力(li)。
3）碳鋼(gang)板(ban)之間的焊(han)縫和馬氏體不(bu)銹鋼(gang)襯板(ban)之間焊(han)縫仍(reng)為分別(bie)一次焊(han)成。
4）在碳鋼肋(lei)板(ban)與馬(ma)氏體不(bu)銹鋼襯板(ban)縱縫的斷續焊上(shang)進行滿焊。
5）再在(zai)碳鋼環板與馬氏體不銹鋼襯板環縫的斷續焊(han)上進行滿焊(han)。
6）最后對(dui)碳鋼合縫(feng)板與馬氏體不(bu)銹鋼襯(chen)板縱縫(feng)進行滿焊(han)。
在焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)板(ban)(ban)本體(ti)的環焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時(shi)(shi)，碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)環板(ban)(ban)與(yu)馬(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)板(ban)(ban)不(bu)(bu)(bu)要全部焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)好(hao)，讓兩端的碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)合縫(feng)(feng)(feng)板(ban)(ban)與(yu)馬(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)襯(chen)板(ban)(ban)處于自由(you)狀(zhuang)態(tai)，拘束(shu)(shu)度(du)大(da)大(da)降(jiang)低(di)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)得以(yi)有效(xiao)釋放，避免了焊(han)(han)(han)態(tai)淬硬(ying)性較強的馬(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在較大(da)拘束(shu)(shu)度(du)和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)下形(xing)成延時(shi)(shi)脆斷和焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)內部裂(lie)紋(wen)，焊(han)(han)(han)后經UT探傷檢查，各種(zhong)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)裂(lie)紋(wen)明顯(xian)減少。構件整體(ti)裝配定位焊(han)(han)(han)后，在保(bao)證焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)會(hui)導致(zhi)明顯(xian)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變形(xing)的前提(ti)下，盡(jin)可(ke)能(neng)先(xian)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)馬(ma)(ma)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時(shi)(shi)從(cong)中間向(xiang)兩端背向(xiang)對稱施(shi)焊(han)(han)(han)，盡(jin)可(ke)能(neng)降(jiang)低(di)構件拘束(shu)(shu)度(du)，減少焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應力(li)，可(ke)以(yi)有效(xiao)地避免焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)延時(shi)(shi)宏觀(guan)開(kai)裂(lie)。
總之，通過(guo)焊后(hou)熱處理和(he)調整(zheng)焊接順序，降低(di)構件的拘束度，控(kong)制焊縫宏觀延遲裂(lie)紋，保證(zheng)了產(chan)品的質量。
