浙江至德鋼業(yè)有限公司承接水電產(chǎn)品包括混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的上冠、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪及貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室的球形襯板，材料均為04Cr13Ni5Mo，屬于低碳馬氏體不銹鋼。在貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室焊接生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)拼接焊縫成形時(shí)斷裂、焊縫延時(shí)宏觀開裂和內(nèi)部微觀裂紋等問(wèn)題。為此，通過(guò)對(duì)04Cr13Ni5Mo低碳馬氏體不銹鋼焊縫熱處理前后的力學(xué)性能和調(diào)整焊接順序來(lái)降低構(gòu)件的拘束度進(jìn)行了試驗(yàn)并解決或控制裂紋的發(fā)生。
一、試驗(yàn)材料
試驗(yàn)用板材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表4-54和表4-55。顯微組織為回火馬氏體和少量逆變奧氏體。
二、焊接工藝要點(diǎn)
（1）焊接方法選用混合氣體保護(hù)焊。保護(hù)氣體（體積分?jǐn)?shù)）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的焊絲HS13/5L，其化學(xué)成分見表4-56。
（3）焊接參數(shù)電弧電壓為24～32V，焊接電流為220～280A（平焊和橫焊）、210～240A（立焊），焊接速度為150～450mm／min。
（4）焊前準(zhǔn)備 采用碳弧氣刨刨制坡口，坡口及清根后的金屬面需采用砂輪或旋轉(zhuǎn)銼將滲層打磨掉，直至露出金屬光澤；焊前預(yù)熱用煤氣管均勻加熱，確認(rèn)待焊區(qū)溫度在80～100℃后方可施焊。道間溫度控制在150℃以下，而且必須進(jìn)行層間清理，除掉焊渣等雜物。
三、退火處理對(duì)力學(xué)性能的影響
采用相同的試板、焊材及焊接參數(shù)焊接兩組試板：一組焊接后進(jìn)行（590±10）℃保溫4h的退火熱處理；另一組處于焊態(tài)。兩組試板經(jīng)UT檢查合格后，按ASTWIX-1989標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)性能考核，結(jié)果見表4-57。從表中可以看出：熱處理后焊縫的抗拉強(qiáng)度和硬度比熱處理前略有降低，彎曲和沖擊性能明顯好于熱處理前，也就是說(shuō)熱處理后焊縫的塑性和韌性大幅提高；焊態(tài)的彎曲試樣，在彎曲不到10°時(shí)，焊縫處就明顯開裂。
四、不同拘束度對(duì)焊縫裂紋的影響
產(chǎn)品整體構(gòu)件猶如一個(gè)大型柜形結(jié)構(gòu)，柜中的上頂板、下底板、中間隔板、兩邊側(cè)板和肋板為碳鋼材料，柜中的襯板均為馬氏體不銹鋼（04Cr13Ni5Mo）鋼板。在裝配過(guò)程中有馬氏體不銹鋼之間焊縫、馬氏體不銹鋼與碳鋼的焊縫和碳鋼板之間的焊縫需要焊接。在焊接過(guò)程中，常出現(xiàn)500～800mm長(zhǎng)的整段焊縫在焊完5～6h，甚至12h后，都發(fā)生過(guò)整條馬氏體不銹鋼焊縫或馬氏體不銹鋼與碳鋼的焊縫發(fā)生脆斷，厚度方向也幾乎裂透，并伴隨較大的聲響，斷面整齊光滑。產(chǎn)生脆斷的主要原因是整體構(gòu)件焊接時(shí)，焊縫處在拘束度過(guò)大情況下產(chǎn)生過(guò)大的焊接應(yīng)力而造成的，通過(guò)對(duì)焊接順序的調(diào)整，用減輕焊縫的拘束度方法解決了這一難題。
焊接過(guò)程中原先的焊接順序?yàn)椋?/span>
1）先對(duì)碳鋼環(huán)板與馬氏體不銹鋼襯板的進(jìn)行整條環(huán)縫進(jìn)行焊接。
2）再對(duì)碳鋼合縫板與馬氏體不銹鋼襯板的整條縱縫進(jìn)行焊焊接。
3）然后對(duì)碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整體縱縫進(jìn)行焊接。
4）最后對(duì)碳鋼板之間焊縫和馬氏體不銹鋼襯板之間焊縫分別進(jìn)行焊接。
經(jīng)多次探討改變的原先的焊接順序：
1）先對(duì)碳鋼環(huán)板與馬氏體不銹鋼襯板的整條環(huán)縫焊改為斷續(xù)焊，減少焊后產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。
2）同樣對(duì)碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整條縱縫改為斷續(xù)焊，仍能減少焊后產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。
3）碳鋼板之間的焊縫和馬氏體不銹鋼襯板之間焊縫仍為分別一次焊成。
4）在碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板縱縫的斷續(xù)焊上進(jìn)行滿焊。
5）再在碳鋼環(huán)板與馬氏體不銹鋼襯板環(huán)縫的斷續(xù)焊上進(jìn)行滿焊。
6）最后對(duì)碳鋼合縫板與馬氏體不銹鋼襯板縱縫進(jìn)行滿焊。
在焊接馬氏體不銹鋼襯板本體的環(huán)焊縫時(shí)，碳鋼環(huán)板與馬氏體不銹鋼襯板不要全部焊接好，讓兩端的碳鋼合縫板與馬氏體不銹鋼襯板處于自由狀態(tài)，拘束度大大降低，焊接應(yīng)力得以有效釋放，避免了焊態(tài)淬硬性較強(qiáng)的馬氏體不銹鋼焊縫在較大拘束度和焊接應(yīng)力下形成延時(shí)脆斷和焊縫內(nèi)部裂紋，焊后經(jīng)UT探傷檢查，各種焊接裂紋明顯減少。構(gòu)件整體裝配定位焊后，在保證焊接馬氏體不銹鋼焊縫時(shí)不會(huì)導(dǎo)致明顯焊接變形的前提下，盡可能先焊接馬氏體不銹鋼焊縫。焊接時(shí)從中間向兩端背向?qū)ΨQ施焊，盡可能降低構(gòu)件拘束度，減少焊接應(yīng)力，可以有效地避免焊縫延時(shí)宏觀開裂。
總之，通過(guò)焊后熱處理和調(diào)整焊接順序，降低構(gòu)件的拘束度，控制焊縫宏觀延遲裂紋，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
