水輪機作為水電站的核心設備，其轉輪的材質要具有耐氣蝕、耐泥沙磨損和抗斷裂性能，通常選用Cr13Ni5馬氏體不銹(xiu)鋼。長期使用后不可避免地出現磨損和腐蝕，針對水輪機的修復，堆焊是一種比較理想和簡便的方法。堆焊方法有焊條堆焊、焊帶堆焊和藥芯焊絲堆焊，將這幾種堆焊方法進行了對比試驗。認為藥芯焊絲堆焊具有調整方便、焊接效率高、熔合比低和焊接變形小等優點。
一、E410NiMo堆焊(han)(han)用藥芯焊(han)(han)絲配方設計
E410NiMo藥芯焊絲所用(yong)鋼(gang)帶為ER430鋼(gang)帶，其化學成(cheng)分見表5-73。藥粉主(zhu)(zhu)要(yao)有礦石粉和金(jin)屬粉組成(cheng)，其主(zhu)(zhu)要(yao)成(cheng)分見表5-74。
二、幾種焊接方法(fa)對比(bi)的(de)試樣制備(bei)與分析
選水輪機母材為(wei)ZG06Cr13Ni5Mo鋼，并將定義(yi)為(wei)0＃試樣，其(qi)主要成分見表5-75。用E410NiMo藥芯焊(han)絲堆焊(han)3層，按表5-76堆焊(han)參(can)數所制備的(de)堆焊(han)的(de)試樣編號為(wei)1＃、2和3＃試樣。
其他焊(han)接方法的(de)堆焊(han)參數見(jian)表(biao)5-77，將D410NiMo鋼(gang)帶的(de)堆焊(han)試樣(yang)(yang)編號(hao)為4＃，G227焊(han)條的(de)堆焊(han)試樣(yang)(yang)編號(hao)為5＃。
1. 不同堆焊方法試(shi)樣(yang)(yang)與母材(cai)試(shi)樣(yang)(yang)化學(xue)成分進行對比
將堆焊試件切割成57mm×25.5mm×5mm，銑平待檢表面，采用德國布魯克公司生產的Q8 Magellan 火花直讀光譜儀測定試樣的化學成分，見表5-78。從表中可以看出，研發的藥芯焊絲的C、Si、Mn、P、S、Cr等元素與母材接近，而Ni、Mo等元素含量高于母材。Mo的加入，能夠有效提高熔敷金屬的耐汽蝕性能，Ni可以提高鋼的力學性能且能改善耐蝕性和耐酸性。
2. 測(ce)定堆焊(han)層試(shi)樣的硬度
采用TH600布氏硬(ying)度儀進行測(ce)定(ding)，要求在每(mei)個(ge)試(shi)樣堆焊(han)(han)(han)層上(shang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)5個(ge)點，取平均值，測(ce)定(ding)結(jie)果見表5-79。從試(shi)驗數(shu)據可(ke)知，水(shui)輪機母材的(de)(de)硬(ying)度較各種焊(han)(han)(han)材熔敷金屬的(de)(de)硬(ying)度偏低，與熱處(chu)理過的(de)(de)藥(yao)芯焊(han)(han)(han)絲(si)堆焊(han)(han)(han)試(shi)件硬(ying)度相當(dang)。藥(yao)芯焊(han)(han)(han)絲(si)的(de)(de)熔敷金屬的(de)(de)鐵(tie)素(su)體含量(liang)(liang)(liang)低于(yu)水(shui)輪機母材、焊(han)(han)(han)帶和焊(han)(han)(han)條的(de)(de)熔敷金屬的(de)(de)鐵(tie)素(su)體含量(liang)(liang)(liang)。
3. 各(ge)堆焊層(ceng)的組織分析(xi)
試樣為10mm×10mm×5mm，腐蝕液（質量分數）為HF 4%+HNO3 4%+H2O 92％，利用MPEG3型號顯微鏡進行觀察與圖像采集。所有堆焊方法下的熔敷金屬組織明顯比母材細密得多，且馬氏體的數量比母材多。因此，堆焊態下的熔敷金屬較母材有更好的耐磨蝕性能。
4. 磨粒磨損對比試驗
采用(yong)MLS-225型濕式橡膠輪(lun)(lun)磨粒磨損(sun)試(shi)驗機。材(cai)料的(de)(de)(de)耐(nai)磨性(xing)能(neng)用(yong)磨損(sun)失(shi)去(qu)(qu)質量(liang)(liang)來衡量(liang)(liang)，算出磨損(sun)前(qian)后試(shi)件(jian)的(de)(de)(de)平(ping)均質量(liang)(liang)差。與試(shi)驗時(shi)用(yong)水輪(lun)(lun)機母材(cai)相(xiang)比。對比件(jian)失(shi)去(qu)(qu)的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)與測量(liang)(liang)件(jian)失(shi)去(qu)(qu)的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)之比來衡量(liang)(liang)該堆焊層的(de)(de)(de)相(xiang)對耐(nai)磨性(xing)。相(xiang)對磨損(sun)率＝對比材(cai)料的(de)(de)(de)磨損(sun)量(liang)(liang)／0＃試(shi)樣材(cai)料的(de)(de)(de)磨損(sun)量(liang)(liang)。試(shi)驗結果見表5-80。
試驗(yan)結果(guo)表明，在上述磨(mo)(mo)損(sun)條(tiao)件下(xia)，各種堆焊(han)方法熔敷(fu)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)耐磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)性能比母材好(hao)，熱處理對(dui)材料耐磨(mo)(mo)性能的(de)影響不(bu)大，而控制(zhi)層間(jian)溫(wen)度(du)對(dui)提高(gao)熔敷(fu)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)耐磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)性能有較好(hao)的(de)改善作用。總體來看，藥芯(xin)焊(han)絲熔敷(fu)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)耐磨(mo)(mo)粒(li)磨(mo)(mo)損(sun)性能優于其(qi)他堆焊(han)方法。
5. 沖蝕磨損對比試驗
為了(le)模擬水(shui)輪機在實際工(gong)作時(shi)所遭受的(de)含沙(sha)(sha)水(shui)流沖蝕磨(mo)損情況，采用北京(jing)工(gong)業大學自制的(de)水(shui)沙(sha)(sha)沖蝕磨(mo)損試驗機來測(ce)定試樣的(de)耐含沙(sha)(sha)水(shui)流磨(mo)蝕的(de)能力。
試樣尺寸為(wei)57mm×25mm×10mm，將試樣裝在試樣臺上，按試驗(yan)機的(de)(de)(de)(de)(de)運行(xing)(xing)步驟進(jin)(jin)行(xing)(xing)試驗(yan)。每沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)2h后(hou)(hou)停機，取出試樣并放入盛有丙酮溶液(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)燒杯中(zhong)，在超聲波清洗儀中(zhong)清洗3～5min，干燥后(hou)(hou)采用BS224S電子(zi)天(tian)平(ping)進(jin)(jin)行(xing)(xing)試樣質(zhi)量(liang)(liang)(liang)測量(liang)(liang)(liang)，精確到0.0001g。材料的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)(mo)性能(neng)用磨(mo)(mo)(mo)損(sun)前后(hou)(hou)失去(qu)(qu)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)均值(zhi)來(lai)考核。一共進(jin)(jin)行(xing)(xing)8h，對比(bi)藥(yao)(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲試件和其他(ta)堆焊(han)(han)方(fang)法(fa)試件失去(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)與(yu)母材失去(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)之比(bi)來(lai)衡量(liang)(liang)(liang)該方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)相對耐(nai)(nai)磨(mo)(mo)(mo)性。相對磨(mo)(mo)(mo)損(sun)率＝對比(bi)材料的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)量(liang)(liang)(liang)／0號(hao)試件的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)量(liang)(liang)(liang)。試驗(yan)結果見表(biao)5-81。從表(biao)中(zhong)可知，各種焊(han)(han)接方(fang)法(fa)熔(rong)敷金屬(shu)耐(nai)(nai)沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)性能(neng)與(yu)母材相當。熱處理(li)對藥(yao)(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲堆焊(han)(han)層(ceng)耐(nai)(nai)沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)性能(neng)影(ying)響不大，而控(kong)制層(ceng)間溫度能(neng)較明(ming)顯地(di)提高藥(yao)(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲熔(rong)敷金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)沖(chong)蝕(shi)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)性能(neng)。總體上可以認(ren)為(wei)，除(chu)焊(han)(han)帶(dai)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接方(fang)法(fa)外(wai)，焊(han)(han)條和藥(yao)(yao)芯(xin)焊(han)(han)絲的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)沖(chong)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)性堆焊(han)(han)層(ceng)較好。
通過上述試驗(yan)可(ke)(ke)以認(ren)為(wei)，用藥芯焊(han)絲堆焊(han)磨(mo)(mo)損的(de)水輪機是可(ke)(ke)行的(de)，如果層(ceng)間溫(wen)度(du)控制在150～200℃，堆焊(han)熔敷金屬的(de)耐磨(mo)(mo)粒磨(mo)(mo)損和耐沖(chong)蝕磨(mo)(mo)損性(xing)能(neng)為(wei)最(zui)佳。
