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(ti)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
試驗用板材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學(xue)成分和力學(xue)性(xing)能分別見表4-54和表4-55。顯微組織為回(hui)火馬(ma)氏體和少量(liang)逆(ni)變奧氏體。
二、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(bin)焊接研究所研制的焊絲(si)HS13/5L，其化(hua)學成(cheng)分見表(biao)4-56。
（3）焊(han)接(jie)參數(shu)電弧電壓(ya)為(wei)24～32V，焊(han)接(jie)電流(liu)為(wei)220～280A（平(ping)焊(han)和橫(heng)焊(han)）、210～240A（立焊(han)），焊(han)接(jie)速度為(wei)150～450mm／min。
（4）焊(han)前(qian)(qian)準備 采用(yong)碳弧氣刨(bao)刨(bao)制(zhi)坡(po)口，坡(po)口及(ji)清根后的金屬面需采用(yong)砂輪或旋轉(zhuan)銼將滲層(ceng)打磨(mo)掉，直至露出金屬光澤(ze)；焊(han)前(qian)(qian)預(yu)熱(re)用(yong)煤氣管均勻加熱(re)，確認待焊(han)區溫度(du)在80～100℃后方可(ke)施焊(han)。道(dao)間溫度(du)控制(zhi)在150℃以下，而且(qie)必須進行層(ceng)間清理，除(chu)掉焊(han)渣(zha)等雜物。
三、退火處理對(dui)力學(xue)性能的影響(xiang)
采用相(xiang)同的試(shi)(shi)板、焊(han)(han)(han)(han)材及焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)參數焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)兩組(zu)試(shi)(shi)板：一組(zu)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)后(hou)(hou)(hou)進行(xing)（590±10）℃保溫4h的退(tui)火熱處(chu)(chu)理(li)；另一組(zu)處(chu)(chu)于(yu)焊(han)(han)(han)(han)態。兩組(zu)試(shi)(shi)板經(jing)UT檢查合格后(hou)(hou)(hou)，按ASTWIX-1989標(biao)準(zhun)進行(xing)力學性能(neng)(neng)考核，結果見表(biao)4-57。從(cong)表(biao)中可以看出：熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou)(hou)焊(han)(han)(han)(han)縫的抗拉強度和(he)(he)硬度比熱處(chu)(chu)理(li)前(qian)略有降低，彎(wan)曲(qu)(qu)和(he)(he)沖擊(ji)性能(neng)(neng)明顯好于(yu)熱處(chu)(chu)理(li)前(qian)，也就(jiu)是說熱處(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou)(hou)焊(han)(han)(han)(han)縫的塑性和(he)(he)韌(ren)性大(da)幅提高；焊(han)(han)(han)(han)態的彎(wan)曲(qu)(qu)試(shi)(shi)樣，在彎(wan)曲(qu)(qu)不到10°時，焊(han)(han)(han)(han)縫處(chu)(chu)就(jiu)明顯開裂。
四、不同拘束(shu)度對焊縫裂紋的影響(xiang)
產品(pin)整(zheng)體(ti)(ti)(ti)構件猶如一個大型柜(ju)形結構，柜(ju)中(zhong)的(de)上頂板(ban)、下底板(ban)、中(zhong)間(jian)隔板(ban)、兩邊側板(ban)和(he)肋板(ban)為(wei)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)料，柜(ju)中(zhong)的(de)襯板(ban)均為(wei)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)。在裝配過程中(zhong)有馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)之間(jian)焊(han)(han)縫(feng)(feng)、馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)與(yu)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)和(he)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)之間(jian)的(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)需要焊(han)(han)接(jie)。在焊(han)(han)接(jie)過程中(zhong)，常出現(xian)500～800mm長的(de)整(zheng)段焊(han)(han)縫(feng)(feng)在焊(han)(han)完5～6h，甚(shen)至12h后，都發生過整(zheng)條馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)或馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)與(yu)碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)發生脆(cui)(cui)斷，厚度(du)方向也幾乎裂透，并伴隨較(jiao)大的(de)聲響(xiang)，斷面整(zheng)齊光滑(hua)。產生脆(cui)(cui)斷的(de)主要原因是整(zheng)體(ti)(ti)(ti)構件焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)縫(feng)(feng)處在拘(ju)束度(du)過大情況下產生過大的(de)焊(han)(han)接(jie)應(ying)力而造成的(de)，通過對焊(han)(han)接(jie)順(shun)序的(de)調整(zheng)，用減輕焊(han)(han)縫(feng)(feng)的(de)拘(ju)束度(du)方法解決了這(zhe)一難(nan)題。
焊(han)接過程(cheng)中原(yuan)先的焊(han)接順序為(wei)：
1）先對碳鋼環(huan)板(ban)與馬氏體(ti)不銹鋼襯板(ban)的進行(xing)整條環(huan)縫進行(xing)焊接。
2）再(zai)對碳鋼合縫板(ban)與馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)的整條縱縫進行焊焊接。
3）然(ran)后對碳鋼肋板(ban)(ban)與馬氏體不(bu)銹鋼襯(chen)板(ban)(ban)的整體縱縫(feng)進行焊接。
4）最后對碳鋼板之間焊(han)縫和馬氏體不銹鋼襯板之間焊(han)縫分(fen)別進行焊(han)接(jie)。
經(jing)多次探(tan)討改變的原(yuan)先的焊接順序：
1）先對碳鋼環板(ban)與馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼襯板(ban)的整條環縫焊(han)改為斷續焊(han)，減少焊(han)后(hou)產生較大的拘(ju)束應力(li)。
2）同樣對(dui)碳鋼肋板與(yu)馬氏(shi)體不銹鋼襯板的整條縱(zong)縫改為斷續焊(han)，仍能減少焊(han)后(hou)產生(sheng)較大的拘(ju)束(shu)應力。
3）碳鋼板之間(jian)的焊(han)縫和(he)馬氏體不銹鋼襯板之間(jian)焊(han)縫仍為分(fen)別一(yi)次焊(han)成(cheng)。
4）在碳鋼(gang)肋板與馬氏(shi)體不銹鋼(gang)襯(chen)板縱縫的斷(duan)續焊上進(jin)行滿焊。
5）再在碳鋼(gang)環板(ban)與馬氏體不銹鋼(gang)襯板(ban)環縫的(de)斷續焊上進(jin)行滿焊。
6）最后對碳鋼合縫板與馬氏(shi)體不銹鋼襯板縱(zong)縫進(jin)行滿焊。
在焊(han)(han)(han)(han)接(jie)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯板本(ben)體(ti)(ti)的(de)環焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)時(shi)，碳鋼(gang)(gang)環板與(yu)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯板不(bu)(bu)要全部(bu)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)好，讓(rang)兩端的(de)碳鋼(gang)(gang)合縫(feng)板與(yu)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)襯板處于自由狀(zhuang)態，拘束度大大降低，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)應力(li)得(de)以有(you)效釋放，避免了焊(han)(han)(han)(han)態淬(cui)硬性較強的(de)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)在較大拘束度和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)應力(li)下形成(cheng)延時(shi)脆(cui)斷和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)內(nei)部(bu)裂(lie)(lie)紋，焊(han)(han)(han)(han)后經(jing)UT探(tan)傷檢查，各種焊(han)(han)(han)(han)接(jie)裂(lie)(lie)紋明(ming)顯(xian)減少。構件整體(ti)(ti)裝配定位焊(han)(han)(han)(han)后，在保證焊(han)(han)(han)(han)接(jie)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)時(shi)不(bu)(bu)會導(dao)致明(ming)顯(xian)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)變形的(de)前提下，盡(jin)可(ke)能先焊(han)(han)(han)(han)接(jie)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)從(cong)中間(jian)向兩端背向對(dui)稱施焊(han)(han)(han)(han)，盡(jin)可(ke)能降低構件拘束度，減少焊(han)(han)(han)(han)接(jie)應力(li)，可(ke)以有(you)效地避免焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)延時(shi)宏觀開裂(lie)(lie)。
總之，通過焊后熱處理和調整焊接(jie)順序，降低(di)構件(jian)的(de)拘束(shu)度，控制焊縫宏觀延遲(chi)裂紋，保證(zheng)了產品的(de)質(zhi)量(liang)。
