马氏体沉淀硬化不锈钢焊口开裂_大厚度\封闭结构马氏体不锈钢修复补焊工艺

　　摘要：沙陀水电站转轮上冠的连轴孔加工错位，采用气体保护焊的方法对错位孔进行补焊，获得了良好的效果。本文对其补焊工艺措施进行了论述。 　　关键词：ZG0Cr13Ni5Mo；HS367M；冷裂纹；补焊工艺
　　中图分类号：TG455文献标识码：A
　　1 引言
　　沙陀电站转轮上冠采用ZG0Cr13Ni5Mo，在加工过程中，因图纸改版，误将24个分布圆孔加工为20个孔，需要采用补焊的方式修复错位孔后重新加工。转轮上冠连轴孔为转轮与主轴连接部位，承受非常大的扭矩，且由于焊接量大，结构拘束度大，对补焊工艺提出了更大的要求。
　　2 修复结构与母材焊接性分析
　　2.1 错位孔结构分析
　　沙陀上冠直径为Φ5530mm、高1588mm，腔内深1288mm,联轴孔为通孔，直径为Φ150mm，深330mm,均匀分布20个，连轴孔及补焊位置见图1。孔的位置及相对封闭的结构造成补焊时拘束度比较大，加上铸钢件的低塑韧特性，在焊接过程中极易出现裂纹。
　　图1 阴影部位为补焊位置
　　2.2 母材焊接性分析
　　0Cr13Ni5Mo这种Cr-Ni系马氏体不锈钢是通过添加奥氏体形成元素Ni来取代部分C以改善马氏体不锈钢的组织和性能，并加入元素Mo提高其强度和耐腐蚀性。虽然韧性、焊接性优于Fe-Cr-C系马氏体，但其淬硬倾向也很大，在扩散氢及残余应力的作用下，连续冷却到120℃以下时，冷裂倾向更为严重。其次，这种钢的热导率低，易过热，焊接时温度超过1150℃以上的热影响区内，产生粗大的马氏体组织，引起脆性提高。
　　3 修复、补焊工艺方案
　　3.1 补焊方法的选择
　　目前，常用的手工焊接方法有焊条电弧焊SMAW、钨极氩弧焊GTAW和熔化极气体保护焊GMAW。SMAW效率适中，电弧相对分散，且其热影响区较大；GTAW电弧较集中，焊缝成型号，但其工作效率较低；考虑到补焊量较大，选择了焊接效率较高，且应用广泛的GMAW焊接方法。以95%Ar+5%CO2作为保护气体，能降低液体金属表面张力，从而能降低射流过度临界电流，提高熔滴过渡稳定性。
　　3.2 焊接材料的选择
　　选择直径为Φ1.2mm的HS367M焊丝作为补焊材料，HS367M的合金成份为0Cr17Ni6MnMo，位于舍夫勒相图中的三相区A+M+F。相对于与母材同材质的焊接材料HS13/5L，淬硬倾向小，冷裂敏感性降低，且具有良好的塑性、韧性；相对于奥氏体材质的焊接材料ER316L、ER309L，具有较高的强度，且易于焊后超声波探伤UT对其质量进行检查。
　　3.3 焊接结构设计
　　设计一个衬垫块置于每个通孔的中间位置，点焊固定，如图2所示。厚110mm的衬垫块加工K型坡口，这种结构型式可以减小补焊的填充量，且空间更易于焊工进行施焊。为保证在衬垫块坡口处不产生未焊透现象，在衬垫块的一侧坡口焊接3层后，在背面清根，并进行着色渗透PT探伤检查，确认合格后，交替对称施焊修复通孔。
　　图2
　　3.4其它防止冷裂纹的工艺措施
　　a．焊前预热和层间温度控制在100℃～150℃。预热能减缓焊缝的冷却速率，从而降低补焊区域的拘束度，并且较高的温度有助于扩散氢的溢出。保持层间温度可以防止过热在热影响区形成粗大的马氏体组织。
　　b．采用多层多道焊的方法，严格控制线热输入量，焊接工艺规范见表1。焊接过程中，配合捶击消除焊接残余应力的方式，要求达到表面均匀塑性变形。
　　表1 焊接工艺规范
　　c．焊后进行消氢处理，在温度未小于100℃前，将补焊区域加热至250℃，保温4小时，然后以30℃/h的冷却速度降到室温。
　　4 补焊、修复结果
　　4.1 按照上述工艺措施补焊后，对补焊区域进行着色渗透PT、超声波UT探伤检查，没有发现超标缺陷。
　　4.2 此上冠与下环组合焊接后，进行了整体退火处理，退火后探伤也无超标缺陷。并且，机组已运行了两年时间，电站无任何不良反馈。
　　5 结论
　　5.1 对于ZG0Cr13Ni5Mo的补焊修复过程中，控制焊接残余应力与扩散氢的含量是防止冷裂纹的主要工艺因素。
　　5.2 采用GMAW焊接方法、HS367焊接材料补焊ZG0Cr13Ni5Mo母材，可以有效地防止冷裂纹的发生，证明上述补焊工艺是可靠的。
　　参考文献
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　　[2]于启湛，丁成钢等.不锈钢的焊接[M].北京：机械工业出版社，2009.9：225～250.
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