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轉(zhuǎn)輪的上冠、下環(huán)、轉(zhuǎn)輪及貫流式水輪機轉(zhuǎn)輪室的球形襯板，材料均為04Cr13Ni5Mo，屬于低碳馬氏體不銹鋼。在貫流式水輪機轉(zhuǎn)輪室焊接生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)拼接焊縫成形時斷裂、焊縫延時宏觀開裂和內(nèi)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(diào)整焊接順序來降低構(gòu)件的拘束度進行了試驗并解決或控制裂紋的發(fā)生。
一、試驗材料
試驗用板材為5mm厚04Cr13Ni5Mo鋼板，主要化學成分和力學性能分別見表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
（1）焊接方法選用混合氣體保護焊。保護氣體（體積分數(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；焊前預熱用煤氣管均勻加熱，確認待焊區(qū)溫度在80～100℃后方可施焊。道間溫度控制在150℃以下，而且必須進行層間清理，除掉焊渣等雜物。
三、退火處理對力學性能的影響
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標準進行力學性能考核，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，焊縫處就明顯開裂。
四、不同拘束度對焊縫裂紋的影響
產(chǎn)品整體構(gòu)件猶如一個大型柜形結(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。在焊接過程中，常出現(xiàn)500～800mm長的整段焊縫在焊完5～6h，甚至12h后，都發(fā)生過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，焊縫處在拘束度過大情況下產(chǎn)生過大的焊接應力而造成的，通過對焊接順序的調(diào)整，用減輕焊縫的拘束度方法解決了這一難題。
焊接過程中原先的焊接順序為：
1）先對碳鋼環(huán)板與馬氏體不銹鋼襯板的進行整條環(huán)縫進行焊接。
2）再對碳鋼合縫板與馬氏體不銹鋼襯板的整條縱縫進行焊焊接。
3）然后對碳鋼肋板與馬氏體不銹鋼襯板的整體縱縫進行焊接。
4）最后對碳鋼板之間焊縫和馬氏體不銹鋼襯板之間焊縫分別進行焊接。
經(jīng)多次探討改變的原先的焊接順序：
1）先對碳鋼環(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)生較大的拘束應力。
2）同樣對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)焊上進行滿焊。
6）最后對碳鋼合縫板與馬氏體不銹鋼襯板縱縫進行滿焊。
在焊接馬氏體不銹鋼襯板本體的環(huán)焊縫時，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，焊接應力得以有效釋放，避免了焊態(tài)淬硬性較強的馬氏體不銹鋼焊縫在較大拘束度和焊接應力下形成延時脆斷和焊縫內(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不會導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，減少焊接應力，可以有效地避免焊縫延時宏觀開裂。
總之，通過焊后熱處理和調(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。
