大厚度、封閉結構馬氏體不銹鋼修復補焊工藝

李君

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

沙陀電站轉輪上冠采用ZG0Cr13Ni5Mo，在加工過程中，因圖紙改版，誤將24個分布圓孔加工為20個孔，需要采用補焊的方式修復錯位孔后重新加工。轉輪上冠連軸孔為轉輪與主軸連接部位，承受非常大的扭矩，且由于焊接量大，結構拘束度大，對補焊工藝提出了更大的要求。

2 修復結構與母材焊接性分析

2.1 錯位孔結構分析

沙陀上冠直徑為Φ5530mm、高1588mm，腔內深1288mm,聯軸孔為通孔，直徑為Φ150mm，深330mm,均勻分布20個，連軸孔及補焊位置見圖1。孔的位置及相對封閉的結構造成補焊時拘束度比較大，加上鑄鋼件的低塑韌特性，在焊接過程中極易出現裂紋。

圖1 陰影部位為補焊位置

2.2 母材焊接性分析

0Cr13Ni5Mo這種Cr-Ni系馬氏體不銹鋼是通過添加奧氏體形成元素Ni來取代部分C以改善馬氏體不銹鋼的組織和性能，并加入元素Mo提高其強度和耐腐蝕性。雖然韌性、焊接性優于Fe-Cr-C系馬氏體，但其淬硬傾向也很大，在擴散氫及殘余應力的作用下，連續冷卻到120℃以下時，冷裂傾向更為嚴重。其次，這種鋼的熱導率低，易過熱，焊接時溫度超過1150℃以上的熱影響區內，產生粗大的馬氏體組織，引起脆性提高。

3 修復、補焊工藝方案

3.1 補焊方法的選擇

目前，常用的手工焊接方法有焊條電弧焊SMAW、鎢極氬弧焊GTAW和熔化極氣體保護焊GMAW。SMAW效率適中，電弧相對分散，且其熱影響區較大；GTAW電弧較集中，焊縫成型號，但其工作效率較低；考慮到補焊量較大，選擇了焊接效率較高，且應用廣泛的GMAW焊接方法。以95%Ar+5%CO2作為保護氣體，能降低液體金屬表面張力，從而能降低射流過度臨界電流，提高熔滴過渡穩定性。

3.2 焊接材料的選擇

選擇直徑為Φ1.2mm的HS367M焊絲作為補焊材料，HS367M的合金成份為0Cr17Ni6MnMo，位于舍夫勒相圖中的三相區A+M+F。相對于與母材同材質的焊接材料HS13/5L，淬硬傾向小，冷裂敏感性降低，且具有良好的塑性、韌性；相對于奧氏體材質的焊接材料ER316L、ER309L，具有較高的強度，且易于焊后超聲波探傷UT對其質量進行檢查。

3.3 焊接結構設計

設計一個襯墊塊置于每個通孔的中間位置，點焊固定，如圖2所示。厚110mm的襯墊塊加工K型坡口，這種結構型式可以減小補焊的填充量，且空間更易于焊工進行施焊。為保證在襯墊塊坡口處不產生未焊透現象，在襯墊塊的一側坡口焊接3層后，在背面清根，并進行著色滲透PT探傷檢查，確認合格后，交替對稱施焊修復通孔。

圖2

3.4 其它防止冷裂紋的工藝措施

a.焊前預熱和層間溫度控制在100℃～150℃。預熱能減緩焊縫的冷卻速率，從而降低補焊區域的拘束度，并且較高的溫度有助于擴散氫的溢出。保持層間溫度可以防止過熱在熱影響區形成粗大的馬氏體組織。

b.采用多層多道焊的方法，嚴格控制線熱輸入量，焊接工藝規范見表1。焊接過程中，配合捶擊消除焊接殘余應力的方式，要求達到表面均勻塑性變形。

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c.焊后進行消氫處理，在溫度未小于100℃前，將補焊區域加熱至250℃，保溫4小時，然后以30℃/h的冷卻速度降到室溫。

4 補焊、修復結果

4.1 按照上述工藝措施補焊后，對補焊區域進行著色滲透PT、超聲波UT探傷檢查，沒有發現超標缺陷。

4.2 此上冠與下環組合焊接后，進行了整體退火處理，退火后探傷也無超標缺陷。并且，機組已運行了兩年時間，電站無任何不良反饋。

5 結論

5.1 對于ZG0Cr13Ni5Mo的補焊修復過程中，控制焊接殘余應力與擴散氫的含量是防止冷裂紋的主要工藝因素。

5.2 采用GMAW焊接方法、HS367焊接材料補焊ZG0Cr13Ni5Mo母材，可以有效地防止冷裂紋的發生，證明上述補焊工藝是可靠的。

[1]邢麗娜.水電行業用超級馬氏體不銹鋼合金化特點[J].山西冶金,2009（4）:1～3.

[2]于啟湛，丁成鋼等.不銹鋼的焊接[M].北京：機械工業出版社，2009.9：225～250.