大型马氏体不锈钢转轮气体保护焊焊丝的研制及工艺研究

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要水轮机转轮是水轮机最关键的部件之一，转轮的制造难度大，尺寸精度要求高，转轮的制造质量直接影响机组的运行效率和运行稳定性，是衡量水轮机制造水平的重要标志。由于水轮机转轮在水下运行的特殊工况，要求转轮具备良好的耐磨、耐空化性能，因此在材料的选择上，多以马氏体不锈钢为主，同时，随着水轮发电机组向大型化发展，转轮的尺寸和重量也随之增加，这就给转轮的焊接提出了更高的要求，以往采用的奥氏体型焊材和三相组织焊材已满足不了转轮的焊接质量要求，急需开发马氏体焊材，代替进口焊接材料，用于转轮的焊

2、接。本文以国外同类焊丝为参照，结合国际通用标准，开发研制Cr13Ni5型马氏体不锈钢气体保护焊焊丝，并通过插销试验、裂纹张开位移试验、铁研试验等考核了材料的焊接性以及线能量、预热温度等工艺因素对材料冷裂敏感性的影响;通过焊接工艺试验考核了保护气气体配比、焊接规范参数对缺陷敏感性及对熔敷金属综合力学性能的影响并制定了优化焊接工艺规范。同时对焊缝金属的水下疲劳性能和焊接过热区的组织与相变进行了研究，进一步验证了焊接接头的综合性能，为转轮的安全、稳定运行提供了实验佐证。本文研制的焊丝己形成工业化生产，焊丝的制造质量

3、稳定可靠，并己在多台转轮的焊接上得到应用。尤其是在新岩滩转轮上的应用更具有典型的意义。岩滩转轮直径8159mm>高5001mm，重292T，且与三峡转轮具有相同的水力结构形式，对于三峡转轮的制造来说，这是一个典型的中间试用产品。岩滩转轮己制造完成，于2003年5月投入运行，转轮的制造质量得到用户的高度评价，为三峡转轮的焊接打下了良好的基础。目前该种焊丝已代替进Q材料，应用于三峡14号机转轮的焊接。伴随着三峡转轮的制造成功，该焊丝将得到更广泛的应用，配合OCr13Ni5M。母材，具有广阔的应用前景，必将取得极大

4、的经济效益和社会效益。关键词马氏体不锈钢;水轮机转轮;气体保护焊:焊丝哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTurbineRunnerisoneofthecorepartsofHydraulicTurbine.Generally,criticalrequirementsareproposedforthemanufacturingofRunner.ThequalityofRunnerafectstheefficiencyandstabilityofTurbineoperatingdirectlyandi

5、sakeyissuetoevaluatethelevelofTurbinemanufacturing.Becauseoftheoperatingconditionthatisunderthewater,theRunnersarerequiredtopossessthegoodperformanceofwearandcavitationresistant,theRunnerisusuallymadeofmartensitestainlesssteel.Alongwiththecapacityincreaseof

6、Hydraulicgenerators,theRunner'ssizeandweightarepromoting.Therefore,higherqualityrequirementsareputforward.Theausteniteor3phasesweldingmaterialsusedforRunnerinthepastcouldnotmeettherequirementsofweldingRunner;thereforeitcouldbeverynecessarytodevelopmartensit

7、eweldingmaterial,replacetheoverseaweldingmaterialfortheRunnerwelding.Accordingtotheinternationalstandard,themartensiteweldingwireinGMAWhasbeenproduced.Severaltests,suchastheImplanttest，CTOD，WeldabilitytestingofY-groovecrackingtesthavebeenconductedtoexamthew

8、eldabilityofweldingjoint,theefectsoflinearenergyandpreheatingtemperatureonthecoldcracking.Thegascompositionsandweldingparametershavebeendonetostudytheweldmetalpropertyandthesensitivityofdefects.Inaddit