00Cr13Ni5Mo馬氏體不銹鋼焊接材料及焊接工藝方法的研究.pdf

1、三峽水輪機(jī)是世界上已經(jīng)建造的和目前正在建造的最大水輪機(jī)之一。每個(gè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的最大外徑10m，重450t，單機(jī)容量700MW。轉(zhuǎn)輪材料采用410NiMo(13％Cr，4％Ni，0.5％Mo)馬氏體不銹鋼。這樣的巨型轉(zhuǎn)輪已經(jīng)超出了常規(guī)制造技術(shù)，國內(nèi)外制造商一致采用拼焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪，即轉(zhuǎn)輪上冠、葉片和下環(huán)分別鑄造，然后整體組焊，焊接接頭的最大厚度達(dá)300毫米，因此，三峽轉(zhuǎn)輪的焊接具有超厚截面、大拘束度、高強(qiáng)馬氏體不銹鋼焊接的特點(diǎn)，如此巨型轉(zhuǎn)輪在國

2、內(nèi)外還沒有先例。 目前，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪焊接與設(shè)計(jì)中，對于轉(zhuǎn)輪母材及焊接接頭僅提出一般的力學(xué)性能要求，而對于直接關(guān)系到轉(zhuǎn)輪安全可靠運(yùn)行的抗斷裂性能，缺乏更為深入的要求。因此，本論文針對三峽水輪機(jī)等大型轉(zhuǎn)輪馬氏體不銹鋼焊接材料及熔敷金屬沖擊性能進(jìn)行了較深入的研究。 本文選用三峽水輪機(jī)應(yīng)用的大氣冶煉的OCr13Ni5Mo實(shí)芯焊絲，以及真空冶煉的OOCr13Ni5Mo實(shí)芯焊絲。試驗(yàn)研究內(nèi)容包括：熔敷金屬沖擊性能研究，主要采用夏比沖擊

3、試驗(yàn)方法，通過掃描電子顯微鏡對斷口表面的分析，X射線衍射對相組織的分析，研究了熔敷金屬的沖擊斷裂行為，為優(yōu)化焊接材料與工藝奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為轉(zhuǎn)輪安全可靠運(yùn)行提供了一定的試驗(yàn)研究依據(jù)。 本文的主要研究結(jié)論為： 1.[N]、 [O]含量對熔敷金屬沖擊性能有明顯影響，其中[O]含量是決定沖擊功的主導(dǎo)因素，過高的[N]含量容易引起焊縫金屬的氣孔缺陷。熔敷金屬中明顯增C時(shí)，沖擊韌性將大幅降低，建議Ar+CO<,2>保護(hù)氣中的CO<

4、,2>含量應(yīng)控制在2％～3％為宜。 2.TIG填絲確實(shí)可大幅提高熔敷金屬的沖擊功，TIG填絲可以做為焊接修復(fù)改善焊縫熔敷金屬沖擊韌性的一個(gè)有效手段。TIG、MAG、高速M(fèi)AG、激光-MAG四種工藝方法中，TIG填絲焊接工藝對熔敷金屬沖擊功的提高是最顯著的(達(dá)250J)，對于修復(fù)改善焊縫熔敷金屬沖擊韌性可以達(dá)到最佳的效果。 3.高速M(fèi)AG和激光-MAG使用大氣HS13/5L時(shí)可以大幅提高經(jīng)過焊后熱處理熔敷金屬的沖擊功，其沖

5、擊功達(dá)到或超過轉(zhuǎn)輪母材及熱影響區(qū)的沖擊功。MAG焊經(jīng)焊后熱處理的大氣HS13/5L焊絲熔敷金屬沖擊功只有80J左右，而高速M(fèi)AG經(jīng)焊后熱處理的大氣HS13/5L焊絲熔敷金屬室溫沖擊功可達(dá)124J以上，激光-MAG經(jīng)焊后熱處理的大氣HS13/5L焊絲熔敷金屬沖擊功可達(dá)142J以上，達(dá)到或超過轉(zhuǎn)輪母材及熱影響區(qū)沖擊功(125J)。 4．激光-MAG復(fù)合在使用真空HS13/5L焊絲時(shí)，不僅可以大幅提高經(jīng)過焊后熱處理熔敷金屬的沖擊功，同