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[摘 要]本文介绍了混流式水轮机叶片材料缺陷修补技术特性。阐述了低碳马氏体不锈钢叶片材料的缺陷修补及修复后独特的处理工艺， 即充分体现了铸件材料的性能、铸造质量、缺陷修补等技术；又为公司大中型水轮机的设计和制造，提供可靠的技术支撑。
[关键词]低碳马氏体不锈钢、缺陷修补、叶片材料
中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0398-01
前言
低碳马氏体不锈钢叶片在中、高比速混流式水輪机转轮中的缺陷现象，在世界各地普遍存在，在投运后水轮机转轮叶片都有不同程度的出现了裂纹等缺陷，严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。因此；混流式水轮机叶片材料缺陷修复技术也越来越受到水电行业的青睐。
本文结合当前低碳马氏体不锈钢的应用前景和马氏体不锈钢的焊接缺陷问题；采用对叶片缺陷修复进行多次试验，对低碳马氏体不锈钢叶片的缺陷修复技术形成了一套较为完善的技术方案，通过改变焊接材料、优化焊接工艺参数等措施解决了约束低碳马氏体叶片材料缺陷修复问题。
1、叶片主要缺陷分析
目前低碳马氏体锈钢叶片材料的焊接约束性较高，控制焊接裂纹的难度较大，同时低碳马氏体不锈钢缺陷修复对焊接工艺参数及焊接材料要求较高。低碳马氏体叶不锈钢片材料伴随修复过程中，容易出现以下新的裂纹缺陷；
1.1凝固裂纹
因为低碳马氏体不锈钢叶片凝固时形成铁素体，所以对凝固裂纹敏感性较低，但是有些因素会增加其对凝固裂纹的敏感性，如：所用焊接材料锰、铌含量较低或者碳含量偏高等。
1.2再热裂纹
由于缺陷施焊热处理循环的作用或连续多道焊缝对前面焊缝的热作用，使得焊缝金属出现再热裂纹，通常增加焊接热输入、减少应力集中均有利于避免再热裂纹。
2、叶片缺陷修复操作性
混流式水轮机叶片材料为ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni5Mo等，在热处理后具有良好的力学性能。主要作用有抗冲击载荷、高强度、耐腐蚀等优势，但焊接性能要求高，难度大，焊后易产生针状马氏体组织，焊接残余应力大，容易产生冷裂纹。随着碳含量的增加，淬硬性倾向增大，冷裂纹敏感性增大。在缺陷修复过程中预热和焊后热处理过程中还容易产生脆化现象。低碳马氏体锈钢叶片缺陷修复工作所采取措施主要如下；
2.1焊接材料的选择
马氏体不锈钢手工氩弧焊可以材料两种焊材：一种是奥氏体不锈钢焊材；另一种是与木材成份相近的铬不锈钢焊材。采用此种焊材后必须进行600-700℃的高温消应力热处理，手工钨极氩弧焊可选用马氏体不锈钢焊丝ER410NiMo，也可选用奥氏体不锈钢焊丝E309LT1-1。
2.2工艺参数的选择
焊接马氏体不锈钢时，应采用大电流、慢焊接速度，且焊条做横向摆动，以减缓焊缝冷却速度，防止裂纹的产生。
2.3缺陷修复预热
为了提高马氏体不锈钢焊接接头的塑性，减少叶片内应力，防止产生新的裂纹等缺陷，焊前必须进行200℃-400℃的预热。既使采用奥氏体不锈钢焊材焊接，焊前预热200℃-300℃。
2.4焊后热处理
马氏体不锈钢焊后应该缓冷至200℃-150℃时保温1-2h，使奥氏体转变为马氏体后进行700℃左右的高温回火处理，不应在焊件冷却到室温或焊后高温状态下立即回火处理，否则会导致出现粗大的铁素体组织和沿晶界析出碳化物。
3、结论
（1）低碳马氏体锈钢叶片材料缺陷修补。主要问题是产生冷裂纹敏感性较强和冲击韧性下降。焊接方法和焊接材料确定后，获得优质的焊接性能，关键在于工艺措施是否得当，如：焊前预热、控制层温、较小线能量以及焊后热处理等参数。
（2）通过工艺性评定试验，制定出合理的焊接工艺和焊后热处理工艺，并根据现场环境条件下采取有效的工艺控制措施，可以获得综合性能良好的焊接质量。
（3）在世界叶片材料缺陷修复时，只要提前准备工作充分（焊工培训和焊接材料质量控制），严格按照规定的焊接规范参数施焊，完全可以保证低碳马氏体叶片的焊接修复质量。
参考文献
[1] 王然.热处理对马氏体锈钢金相组织及其显微硬度的影响[J].金属热处理.2000（11）：6-8
[2] 沈阳铸造研究所.大型水轮机用不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo.材料与工艺研究.1979.12
[3] 核总上海核工程设计研究院.06Cr13Ni4Mo形变和铸造马氏体不锈钢及焊接材料研究任务书.986
[4] 周振丰.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社.1988
[5] 傅积和，孙玉林.焊接数据资料手册.北京：机械工业出版社.1994
[关键词]低碳马氏体不锈钢、缺陷修补、叶片材料
中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0398-01
前言
低碳马氏体不锈钢叶片在中、高比速混流式水輪机转轮中的缺陷现象，在世界各地普遍存在，在投运后水轮机转轮叶片都有不同程度的出现了裂纹等缺陷，严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。因此；混流式水轮机叶片材料缺陷修复技术也越来越受到水电行业的青睐。
本文结合当前低碳马氏体不锈钢的应用前景和马氏体不锈钢的焊接缺陷问题；采用对叶片缺陷修复进行多次试验，对低碳马氏体不锈钢叶片的缺陷修复技术形成了一套较为完善的技术方案，通过改变焊接材料、优化焊接工艺参数等措施解决了约束低碳马氏体叶片材料缺陷修复问题。
1、叶片主要缺陷分析
目前低碳马氏体锈钢叶片材料的焊接约束性较高，控制焊接裂纹的难度较大，同时低碳马氏体不锈钢缺陷修复对焊接工艺参数及焊接材料要求较高。低碳马氏体叶不锈钢片材料伴随修复过程中，容易出现以下新的裂纹缺陷；
1.1凝固裂纹
因为低碳马氏体不锈钢叶片凝固时形成铁素体，所以对凝固裂纹敏感性较低，但是有些因素会增加其对凝固裂纹的敏感性，如：所用焊接材料锰、铌含量较低或者碳含量偏高等。
1.2再热裂纹
由于缺陷施焊热处理循环的作用或连续多道焊缝对前面焊缝的热作用，使得焊缝金属出现再热裂纹，通常增加焊接热输入、减少应力集中均有利于避免再热裂纹。
2、叶片缺陷修复操作性
混流式水轮机叶片材料为ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni5Mo等，在热处理后具有良好的力学性能。主要作用有抗冲击载荷、高强度、耐腐蚀等优势，但焊接性能要求高，难度大，焊后易产生针状马氏体组织，焊接残余应力大，容易产生冷裂纹。随着碳含量的增加，淬硬性倾向增大，冷裂纹敏感性增大。在缺陷修复过程中预热和焊后热处理过程中还容易产生脆化现象。低碳马氏体锈钢叶片缺陷修复工作所采取措施主要如下；
2.1焊接材料的选择
马氏体不锈钢手工氩弧焊可以材料两种焊材：一种是奥氏体不锈钢焊材；另一种是与木材成份相近的铬不锈钢焊材。采用此种焊材后必须进行600-700℃的高温消应力热处理，手工钨极氩弧焊可选用马氏体不锈钢焊丝ER410NiMo，也可选用奥氏体不锈钢焊丝E309LT1-1。
2.2工艺参数的选择
焊接马氏体不锈钢时，应采用大电流、慢焊接速度，且焊条做横向摆动，以减缓焊缝冷却速度，防止裂纹的产生。
2.3缺陷修复预热
为了提高马氏体不锈钢焊接接头的塑性，减少叶片内应力，防止产生新的裂纹等缺陷，焊前必须进行200℃-400℃的预热。既使采用奥氏体不锈钢焊材焊接，焊前预热200℃-300℃。
2.4焊后热处理
马氏体不锈钢焊后应该缓冷至200℃-150℃时保温1-2h，使奥氏体转变为马氏体后进行700℃左右的高温回火处理，不应在焊件冷却到室温或焊后高温状态下立即回火处理，否则会导致出现粗大的铁素体组织和沿晶界析出碳化物。
3、结论
（1）低碳马氏体锈钢叶片材料缺陷修补。主要问题是产生冷裂纹敏感性较强和冲击韧性下降。焊接方法和焊接材料确定后，获得优质的焊接性能，关键在于工艺措施是否得当，如：焊前预热、控制层温、较小线能量以及焊后热处理等参数。
（2）通过工艺性评定试验，制定出合理的焊接工艺和焊后热处理工艺，并根据现场环境条件下采取有效的工艺控制措施，可以获得综合性能良好的焊接质量。
（3）在世界叶片材料缺陷修复时，只要提前准备工作充分（焊工培训和焊接材料质量控制），严格按照规定的焊接规范参数施焊，完全可以保证低碳马氏体叶片的焊接修复质量。
参考文献
[1] 王然.热处理对马氏体锈钢金相组织及其显微硬度的影响[J].金属热处理.2000（11）：6-8
[2] 沈阳铸造研究所.大型水轮机用不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo.材料与工艺研究.1979.12
[3] 核总上海核工程设计研究院.06Cr13Ni4Mo形变和铸造马氏体不锈钢及焊接材料研究任务书.986
[4] 周振丰.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社.1988
[5] 傅积和，孙玉林.焊接数据资料手册.北京：机械工业出版社.1994