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(bu)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(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、試驗材料
試(shi)驗(yan)用板材為(wei)5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學(xue)成分(fen)(fen)和力(li)學(xue)性能分(fen)(fen)別見表4-54和表4-55。顯微組織為(wei)回火馬氏體和少量逆變奧氏體。
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(han)接材料(liao)選用哈爾濱焊(han)接研究(jiu)所研制(zhi)的焊(han)絲HS13/5L，其(qi)化學成分見表4-56。
（3）焊接參(can)數(shu)電弧電壓為(wei)24～32V，焊接電流為(wei)220～280A（平焊和橫焊）、210～240A（立焊），焊接速度為(wei)150～450mm／min。
（4）焊(han)前準備(bei) 采(cai)用碳弧氣(qi)刨刨制坡口(kou)，坡口(kou)及清(qing)根后(hou)的(de)金屬(shu)面需采(cai)用砂輪(lun)或(huo)旋轉銼將滲層打磨掉，直至(zhi)露出金屬(shu)光澤；焊(han)前預熱用煤氣(qi)管均勻加熱，確(que)認待(dai)焊(han)區溫度(du)在80～100℃后(hou)方(fang)可施焊(han)。道(dao)間溫度(du)控制在150℃以下，而(er)且(qie)必須進(jin)行層間清(qing)理(li)，除掉焊(han)渣(zha)等(deng)雜(za)物。
三、退火處理對力學(xue)性能(neng)的(de)影響
采用相同的試板(ban)、焊(han)(han)(han)材及焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)參(can)數焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)兩(liang)組試板(ban)：一組焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)后(hou)進行(xing)（590±10）℃保溫4h的退火熱處理(li)；另(ling)一組處于(yu)焊(han)(han)(han)態。兩(liang)組試板(ban)經UT檢查(cha)合格后(hou)，按ASTWIX-1989標準進行(xing)力學性能考核(he)，結果見表4-57。從表中可以看出：熱處理(li)后(hou)焊(han)(han)(han)縫的抗拉強度和(he)(he)硬度比熱處理(li)前略(lve)有降低，彎曲(qu)和(he)(he)沖擊(ji)性能明(ming)(ming)顯(xian)好于(yu)熱處理(li)前，也就是說熱處理(li)后(hou)焊(han)(han)(han)縫的塑性和(he)(he)韌性大幅(fu)提(ti)高；焊(han)(han)(han)態的彎曲(qu)試樣(yang)，在彎曲(qu)不(bu)到(dao)10°時，焊(han)(han)(han)縫處就明(ming)(ming)顯(xian)開裂。
四、不(bu)同(tong)拘束度對焊縫裂紋的影響
產(chan)(chan)品整體(ti)構件猶(you)如一(yi)(yi)個大型柜形結構，柜中(zhong)的(de)(de)(de)上頂板(ban)、下(xia)底(di)板(ban)、中(zhong)間隔板(ban)、兩邊側板(ban)和肋板(ban)為(wei)碳鋼(gang)(gang)材(cai)料，柜中(zhong)的(de)(de)(de)襯板(ban)均為(wei)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)板(ban)。在(zai)(zai)裝(zhuang)配過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)有馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)之間焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)、馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)和碳鋼(gang)(gang)板(ban)之間的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)需要焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)，常(chang)出現500～800mm長的(de)(de)(de)整段(duan)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)完5～6h，甚(shen)至12h后(hou)，都發生(sheng)過(guo)(guo)(guo)整條馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)或(huo)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)與碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)發生(sheng)脆斷，厚度方(fang)向也(ye)幾乎裂(lie)透，并伴(ban)隨較大的(de)(de)(de)聲(sheng)響，斷面整齊光(guang)滑。產(chan)(chan)生(sheng)脆斷的(de)(de)(de)主要原因是整體(ti)構件焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)處在(zai)(zai)拘(ju)束度過(guo)(guo)(guo)大情況下(xia)產(chan)(chan)生(sheng)過(guo)(guo)(guo)大的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力而造成(cheng)的(de)(de)(de)，通過(guo)(guo)(guo)對(dui)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)順(shun)序(xu)的(de)(de)(de)調整，用(yong)減輕(qing)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)拘(ju)束度方(fang)法解決了這一(yi)(yi)難題。
焊接過程中(zhong)原先的焊接順序為：
1）先對碳鋼(gang)環(huan)板與馬氏體不銹鋼(gang)襯板的(de)進行整條環(huan)縫進行焊(han)接。
2）再對碳鋼(gang)合縫(feng)板與馬氏體不銹鋼(gang)襯板的整條縱縫(feng)進(jin)行焊焊接。
3）然后(hou)對碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整體縱縫(feng)進行焊接。
4）最后對碳鋼板之(zhi)間(jian)焊(han)(han)縫(feng)和馬(ma)氏體不銹鋼襯板之(zhi)間(jian)焊(han)(han)縫(feng)分別進行(xing)焊(han)(han)接。
經多次探討改(gai)變的原先的焊接順序：
1）先(xian)對(dui)碳鋼(gang)環(huan)板(ban)與(yu)馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)襯(chen)板(ban)的整條(tiao)環(huan)縫焊(han)改為(wei)斷續焊(han)，減少(shao)焊(han)后(hou)產(chan)生較大(da)的拘束(shu)應(ying)力。
2）同樣對(dui)碳鋼(gang)肋板與馬氏體不銹鋼(gang)襯板的(de)整(zheng)條縱縫(feng)改(gai)為(wei)斷續焊(han)，仍(reng)能減少焊(han)后(hou)產生(sheng)較大(da)的(de)拘(ju)束(shu)應力。
3）碳鋼(gang)(gang)板之間(jian)的焊縫和馬氏體不銹鋼(gang)(gang)襯板之間(jian)焊縫仍為分別一次焊成。
4）在碳(tan)鋼肋板(ban)(ban)與馬(ma)氏體不銹鋼襯(chen)板(ban)(ban)縱縫的斷續焊(han)上進行滿(man)焊(han)。
5）再(zai)在碳鋼環(huan)板與馬氏體不銹鋼襯板環(huan)縫的斷續焊上進行滿(man)焊。
6）最后(hou)對碳鋼合縫板(ban)與(yu)馬氏體不銹(xiu)鋼襯板(ban)縱縫進行滿(man)焊(han)。
在(zai)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)襯板本體(ti)的(de)(de)環(huan)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時(shi)，碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)環(huan)板與馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)襯板不(bu)要(yao)全部焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)好(hao)，讓(rang)兩(liang)端的(de)(de)碳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)合縫(feng)(feng)板與馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)襯板處于自由狀態，拘束(shu)(shu)度(du)大(da)(da)大(da)(da)降低(di)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力得以(yi)有(you)效(xiao)釋放，避免(mian)了焊(han)(han)(han)(han)態淬硬性較(jiao)強的(de)(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)在(zai)較(jiao)大(da)(da)拘束(shu)(shu)度(du)和焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力下(xia)(xia)形成(cheng)延(yan)(yan)時(shi)脆斷和焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)內部裂(lie)(lie)紋，焊(han)(han)(han)(han)后(hou)經UT探傷檢查，各種焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)裂(lie)(lie)紋明顯(xian)減少。構(gou)件整體(ti)裝配(pei)定(ding)位焊(han)(han)(han)(han)后(hou)，在(zai)保證焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)時(shi)不(bu)會導致明顯(xian)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變形的(de)(de)前(qian)提下(xia)(xia)，盡可能先焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)從(cong)中間向(xiang)兩(liang)端背向(xiang)對稱(cheng)施(shi)焊(han)(han)(han)(han)，盡可能降低(di)構(gou)件拘束(shu)(shu)度(du)，減少焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)應力，可以(yi)有(you)效(xiao)地(di)避免(mian)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)延(yan)(yan)時(shi)宏觀(guan)開(kai)裂(lie)(lie)。
總之，通過焊后熱處理和調整焊接順序，降低構件(jian)的拘(ju)束(shu)度，控制焊縫宏(hong)觀延遲裂(lie)紋，保證(zheng)了產品的質(zhi)量(liang)。
