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(ma)氏體不銹鋼。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、試驗材(cai)料(liao)
試驗用板(ban)材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板(ban)，主要化學(xue)成分和(he)(he)力學(xue)性能分別(bie)見表4-54和(he)(he)表4-55。顯(xian)微組織為回(hui)火馬氏(shi)體和(he)(he)少量逆變(bian)奧氏(shi)體。
二、焊接(jie)工藝(yi)要(yao)點(dian)
（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(xuan)用(yong)哈爾濱焊接研究(jiu)所研制的焊絲HS13/5L，其化學成分見表(biao)4-56。
（3）焊接參數電弧(hu)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(han)前準備 采用碳弧氣(qi)刨(bao)刨(bao)制坡口，坡口及(ji)清根后(hou)的金(jin)(jin)屬(shu)面需采用砂輪或旋(xuan)轉(zhuan)銼(cuo)將滲層打磨掉，直至露(lu)出金(jin)(jin)屬(shu)光澤；焊(han)前預熱用煤氣(qi)管均勻加熱，確認待焊(han)區溫度在80～100℃后(hou)方可(ke)施焊(han)。道間(jian)(jian)溫度控制在150℃以下，而且必須進行層間(jian)(jian)清理，除掉焊(han)渣等雜物。
三、退(tui)火處理對力學性(xing)能的影響
采用相(xiang)同的(de)(de)試(shi)板(ban)、焊(han)材及焊(han)接(jie)參數焊(han)接(jie)兩組(zu)試(shi)板(ban)：一組(zu)焊(han)接(jie)后進行(xing)（590±10）℃保溫(wen)4h的(de)(de)退火熱處(chu)(chu)(chu)理；另一組(zu)處(chu)(chu)(chu)于焊(han)態。兩組(zu)試(shi)板(ban)經UT檢(jian)查(cha)合格(ge)后，按ASTWIX-1989標準(zhun)進行(xing)力學(xue)性能(neng)考核，結果見表4-57。從(cong)表中可以(yi)看出：熱處(chu)(chu)(chu)理后焊(han)縫的(de)(de)抗拉強(qiang)度(du)(du)和硬度(du)(du)比(bi)熱處(chu)(chu)(chu)理前略有(you)降低，彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)和沖擊性能(neng)明顯(xian)好(hao)于熱處(chu)(chu)(chu)理前，也就是說熱處(chu)(chu)(chu)理后焊(han)縫的(de)(de)塑性和韌性大幅提高；焊(han)態的(de)(de)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)試(shi)樣，在(zai)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)不(bu)到10°時，焊(han)縫處(chu)(chu)(chu)就明顯(xian)開裂。
四、不同拘束度(du)對(dui)焊縫(feng)裂紋的影響
產品整體(ti)構件猶如一(yi)個(ge)大(da)型柜(ju)形結構，柜(ju)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)頂板(ban)、下底板(ban)、中(zhong)間隔板(ban)、兩邊側板(ban)和肋(lei)板(ban)為碳鋼(gang)材(cai)料，柜(ju)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)襯板(ban)均(jun)為馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)（04Cr13Ni5Mo）鋼(gang)板(ban)。在裝配過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)有馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)之間焊(han)縫(feng)、馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)與(yu)碳鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)和碳鋼(gang)板(ban)之間的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)需要焊(han)接。在焊(han)接過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，常(chang)出現500～800mm長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)整段(duan)焊(han)縫(feng)在焊(han)完(wan)5～6h，甚至12h后，都(dou)發生(sheng)過(guo)(guo)整條馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)縫(feng)或馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)與(yu)碳鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)發生(sheng)脆斷，厚度(du)方(fang)向也幾乎裂透，并伴(ban)隨較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)聲響，斷面整齊光滑。產生(sheng)脆斷的(de)(de)(de)(de)(de)主要原因(yin)是整體(ti)構件焊(han)接時，焊(han)縫(feng)處在拘束度(du)過(guo)(guo)大(da)情況下產生(sheng)過(guo)(guo)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接應力而造(zao)成的(de)(de)(de)(de)(de)，通過(guo)(guo)對焊(han)接順序(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)調整，用減輕焊(han)縫(feng)的(de)(de)(de)(de)(de)拘束度(du)方(fang)法解決了這一(yi)難題。
焊(han)接(jie)過程中原先的焊(han)接(jie)順(shun)序為：
1）先對(dui)碳鋼環(huan)板(ban)與(yu)馬氏體不銹鋼襯板(ban)的進(jin)(jin)行(xing)整條環(huan)縫進(jin)(jin)行(xing)焊接。
2）再對(dui)碳鋼(gang)合縫板(ban)與馬氏體不(bu)銹鋼(gang)襯板(ban)的整(zheng)條縱縫進行焊焊接。
3）然后對碳鋼(gang)肋板與馬氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)襯板的整體(ti)縱縫進行焊接。
4）最后(hou)對碳鋼(gang)板(ban)之間焊(han)縫和馬氏體(ti)不銹鋼(gang)襯板(ban)之間焊(han)縫分別進行焊(han)接。
經(jing)多次探(tan)討(tao)改(gai)變的原(yuan)先的焊接順序：
1）先對(dui)碳鋼環板(ban)與馬氏(shi)體不銹鋼襯板(ban)的整條環縫(feng)焊改為(wei)斷續焊，減少焊后產(chan)生較大的拘束應力(li)。
2）同樣對碳鋼肋板與馬(ma)氏體不銹鋼襯板的(de)整條(tiao)縱縫(feng)改為斷續焊，仍(reng)能(neng)減(jian)少焊后產生較大的(de)拘束應力。
3）碳鋼(gang)板(ban)之間的焊(han)縫和馬(ma)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)襯板(ban)之間焊(han)縫仍為分別一(yi)次焊(han)成(cheng)。
4）在(zai)碳(tan)鋼(gang)肋板與(yu)馬氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)襯板縱縫的斷續焊上(shang)進行滿焊。
5）再在(zai)碳鋼環板與(yu)馬氏體不(bu)銹鋼襯板環縫的斷續(xu)焊上(shang)進行滿焊。
6）最后對碳鋼合縫板與馬氏(shi)體不銹鋼襯板縱縫進(jin)行滿焊。
在(zai)焊(han)(han)(han)接馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板(ban)本體(ti)的(de)(de)(de)環(huan)焊(han)(han)(han)縫時(shi)，碳(tan)(tan)鋼環(huan)板(ban)與(yu)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板(ban)不(bu)(bu)(bu)要全部焊(han)(han)(han)接好，讓兩(liang)端(duan)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)鋼合縫板(ban)與(yu)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼襯(chen)板(ban)處于自由狀態，拘(ju)束度(du)大大降(jiang)低，焊(han)(han)(han)接應(ying)力(li)得(de)以有效釋放(fang)，避(bi)免了焊(han)(han)(han)態淬硬性較強的(de)(de)(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)縫在(zai)較大拘(ju)束度(du)和焊(han)(han)(han)接應(ying)力(li)下形成延時(shi)脆斷和焊(han)(han)(han)縫內部裂(lie)紋，焊(han)(han)(han)后(hou)經UT探傷檢查，各種(zhong)焊(han)(han)(han)接裂(lie)紋明顯減少。構件整(zheng)體(ti)裝配定位(wei)焊(han)(han)(han)后(hou)，在(zai)保證(zheng)焊(han)(han)(han)接馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)縫時(shi)不(bu)(bu)(bu)會導(dao)致明顯焊(han)(han)(han)接變形的(de)(de)(de)前提下，盡(jin)可能先焊(han)(han)(han)接馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)縫。焊(han)(han)(han)接時(shi)從(cong)中間(jian)向兩(liang)端(duan)背向對稱施焊(han)(han)(han)，盡(jin)可能降(jiang)低構件拘(ju)束度(du)，減少焊(han)(han)(han)接應(ying)力(li)，可以有效地(di)避(bi)免焊(han)(han)(han)縫延時(shi)宏(hong)觀(guan)開裂(lie)。
總之，通過焊(han)后(hou)熱處理(li)和調整焊(han)接順序，降(jiang)低構件的拘束度，控制焊(han)縫宏觀延遲裂(lie)紋，保(bao)證了產品(pin)的質量。
