浙江至德钢业有限公司承接水电产品包括混流式水轮机转轮的上冠、下环、转轮及贯流式水轮机转轮室的球形衬板，材料均为04Cr13Ni5Mo，属于低碳马氏体不锈钢。在贯流式水轮机转轮室焊接生产过程中，经常出现拼接焊缝成形时断裂、焊缝延时宏观开裂和内部微观裂纹等问题。为此，通过对04Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊缝热处理前后的力学性能和调整焊接顺序来降低构件的拘束度进行了试验并解决或控制裂纹的发生。
一、试验材料
试验用板材为5mm厚04Cr13Ni5Mo钢板，主要化学成分和力学性能分别见表4-54和表4-55。显微组织为回火马氏体和少量逆变奥氏体。
二、焊接工艺要点
（1）焊接方法选用混合气体保护焊。保护气体（体积分数）为95％Ar＋5％CO2混合气体。
（2）焊接材料选用哈尔滨焊接研究所研制的焊丝HS13/5L，其化学成分见表4-56。
（3）焊接参数电弧电压为24～32V，焊接电流为220～280A（平焊和横焊）、210～240A（立焊），焊接速度为150～450mm／min。
（4）焊前准备 采用碳弧气刨刨制坡口，坡口及清根后的金属面需采用砂轮或旋转锉将渗层打磨掉，直至露出金属光泽；焊前预热用煤气管均匀加热，确认待焊区温度在80～100℃后方可施焊。道间温度控制在150℃以下，而且必须进行层间清理，除掉焊渣等杂物。
三、退火处理对力学性能的影响
采用相同的试板、焊材及焊接参数焊接两组试板：一组焊接后进行（590±10）℃保温4h的退火热处理；另一组处于焊态。两组试板经UT检查合格后，按ASTWIX-1989标准进行力学性能考核，结果见表4-57。从表中可以看出：热处理后焊缝的抗拉强度和硬度比热处理前略有降低，弯曲和冲击性能明显好于热处理前，也就是说热处理后焊缝的塑性和韧性大幅提高；焊态的弯曲试样，在弯曲不到10°时，焊缝处就明显开裂。
四、不同拘束度对焊缝裂纹的影响
产品整体构件犹如一个大型柜形结构，柜中的上顶板、下底板、中间隔板、两边侧板和肋板为碳钢材料，柜中的衬板均为马氏体不锈钢（04Cr13Ni5Mo）钢板。在装配过程中有马氏体不锈钢之间焊缝、马氏体不锈钢与碳钢的焊缝和碳钢板之间的焊缝需要焊接。在焊接过程中，常出现500～800mm长的整段焊缝在焊完5～6h，甚至12h后，都发生过整条马氏体不锈钢焊缝或马氏体不锈钢与碳钢的焊缝发生脆断，厚度方向也几乎裂透，并伴随较大的声响，断面整齐光滑。产生脆断的主要原因是整体构件焊接时，焊缝处在拘束度过大情况下产生过大的焊接应力而造成的，通过对焊接顺序的调整，用减轻焊缝的拘束度方法解决了这一难题。
焊接过程中原先的焊接顺序为：
1）先对碳钢环板与马氏体不锈钢衬板的进行整条环缝进行焊接。
2）再对碳钢合缝板与马氏体不锈钢衬板的整条纵缝进行焊焊接。
3）然后对碳钢肋板与马氏体不锈钢衬板的整体纵缝进行焊接。
4）最后对碳钢板之间焊缝和马氏体不锈钢衬板之间焊缝分别进行焊接。
经多次探讨改变的原先的焊接顺序：
1）先对碳钢环板与马氏体不锈钢衬板的整条环缝焊改为断续焊，减少焊后产生较大的拘束应力。
2）同样对碳钢肋板与马氏体不锈钢衬板的整条纵缝改为断续焊，仍能减少焊后产生较大的拘束应力。
3）碳钢板之间的焊缝和马氏体不锈钢衬板之间焊缝仍为分别一次焊成。
4）在碳钢肋板与马氏体不锈钢衬板纵缝的断续焊上进行满焊。
5）再在碳钢环板与马氏体不锈钢衬板环缝的断续焊上进行满焊。
6）最后对碳钢合缝板与马氏体不锈钢衬板纵缝进行满焊。
在焊接马氏体不锈钢衬板本体的环焊缝时，碳钢环板与马氏体不锈钢衬板不要全部焊接好，让两端的碳钢合缝板与马氏体不锈钢衬板处于自由状态，拘束度大大降低，焊接应力得以有效释放，避免了焊态淬硬性较强的马氏体不锈钢焊缝在较大拘束度和焊接应力下形成延时脆断和焊缝内部裂纹，焊后经UT探伤检查，各种焊接裂纹明显减少。构件整体装配定位焊后，在保证焊接马氏体不锈钢焊缝时不会导致明显焊接变形的前提下，尽可能先焊接马氏体不锈钢焊缝。焊接时从中间向两端背向对称施焊，尽可能降低构件拘束度，减少焊接应力，可以有效地避免焊缝延时宏观开裂。
总之，通过焊后热处理和调整焊接顺序，降低构件的拘束度，控制焊缝宏观延迟裂纹，保证了产品的质量。
