汽轮机的焊接转子相对于整锻转子、套装转子具有设计灵活、节约成本等优势，因此获得了广泛应用. 汽轮机转子的焊接大多采用多层多道窄间隙焊接的方法. 焊接过程中，接头各部分组织差异明显，导致不同区域性能不均一，显著影响服役过程中的疲劳、蠕变性能，以及关于接头中一定长度的裂纹能否稳定存在的断裂韧度等性能[1-2].
目前关于焊接转子的断裂韧度研究主要集中在母材及焊缝等韧性区域的非尺寸敏感参数断裂韧度值(JIC)测试. 岳增武等人[3]研究了不同温度下汽轮机低压转子钢30Cr2Ni4MoV的断裂韧度. 郭谦等人[4-5]测试了9Cr/CrMoV异种焊接接头母材、热影响区和焊缝的断裂韧度，但热影响区由于韧度较差，仅仅测出了其平面应变断裂韧度条件值(KQ)，故无法采用统一标准物理量综合对比各微区断裂韧度之间的差异；同时，对整个焊接接头只测试了母材、热影响区及焊缝的断裂韧度，没有进一步细化分析各微区性能. 鉴于以上研究，有必要对整个厚板焊接接头不同微区组织包括母材、热影响区细晶区及粗晶区、焊缝内柱状晶区及等轴晶区的断裂韧度采用统一标准分别进行测试，进而综合评价整个焊接接头的断裂韧度.
㉔［日］大村敦志、河上正二、漥田充见、水野纪子编:《比较家族法研究》，商事法务株式会社2012年版，第166页。
文中以150 mm厚CrMoV转子钢为研究对象，采用窄间隙埋弧焊方法，进行多层多道焊接，分别测试母材(BM)、两相区(ICHAZ)、热影响区细晶区(FGHAZ)和粗晶区(CGHAZ)、焊缝内等轴晶区(EGWM)和柱状晶区(CGWM)的断裂韧度(Jm)，并结合微区内的组织与断口形态，研究微区组织与断裂韧度的关联性，进而对整个接头的断裂韧度进行综合评定.
试验材料为CrMoV转子钢，供货状态为调质处理，组织为奥氏体回火组织. 焊接时首先采用TIG焊打底，随后将150 mm厚板采用多层多道窄间隙埋弧焊方法进行对接，单道焊接电流为500 A，焊接电压为30 V，焊接速度为0.5 m/min. 焊丝直径为1.2 mm. 母材及填充材料成分如表1所示. 焊接完成后进行焊后热处理580 ℃，保温20 h.
表 1 CrMoV转子钢及填充焊丝的化学成分(质量分数，%)
Table 1 Chemical compositions of rotor steel CrMoV and filler wire
材料 C Si Mn Cr Ni Mo CrMoV ≤0.27 ≤0.15 ≤0.33 2.1 ～ 2.5 2.0 ～ 2.4 ≤0.9焊丝 0.1 0.2 1.5 0.58 2.24 0.49
接头不同微区断裂韧度表征采用其特征值Jm表征，采用标准三点弯曲试样(厚度为15 mm，宽度为30 mm)，依据断裂韧度测试国家标准GB-T 28896-2012[6]进行试验. 其具体取样位置如图1所示. 试验完成后用4%的硝酸酒精溶液腐蚀接头，在显微镜(Zeiss Image A2m)和扫描电镜 (JSM 7600F)下对不同微区金相组织进行观察.
图1 试样取样位置和尺寸(mm)
Fig. 1 Position for measuring fracture toughness
通常在评价韧性材料抗裂纹扩展能力时一般用JIC表示，但JIC值是根据裂纹不同扩展长度对应所需能量而求出的，该值对于微区内组织很难得出(主要因为微区尺寸小于裂纹稳态扩展尺寸). 另外，焊接热影响区粗晶区脆性较差，近似于弹性断裂，塑性断裂特征JIC值不适合. 断裂韧度特征值Jm是裂纹失稳扩展所需要的最大能量，其值越大表明抗裂纹扩展能力越强. 当为弹性材料时其应力强度因子KIC值可转化为Jm，因此为统一衡量材料各微区断裂韧度之差异，统一采用测量各微区Jm值. Jm值计算式为
式中：Fm为施加的最大力(kN)；S为跨距(mm)；B为试样厚度(mm)；BN为两侧槽之间试样的净厚度(mm)；W为试样的宽度(mm)；g1(a0/W)为应力强度因子系数(可通过查表求得)；υ为泊松比，E为弹性模量(GPa)；Up为力和施力点位移曲线下的面积的塑性分量(J).
根据测量结果，求出各微区内Jm值如表2所示，其中热影响区粗晶区(CGHAZ)、焊缝内柱状晶区均发生脆性断裂. 裂纹尖端所在区域的判定如图2所示，通过测量尖端位置距离熔合线距离，再结合焊缝的宏观整体形貌(图2a，2e所示)，从而准确判定所在微区. 因此，热影响区细晶位置(FGHAZ，距离熔合线0.88 mm)Jm值最高，可达1 265 kJ/m2，而热影响区粗晶位置为476 kJ/m2(CGHAZ，距离熔合线0.5 mm). 焊缝内柱状晶区Jm(CGWM)值最低，为195 kJ/m2. 焊缝内细晶区(EGWM)最低为311 kJ/m2. 整个接头断裂韧度Jm值从高到低依次顺序为热影响区细晶区、母材、热影响区粗晶区、焊缝内等轴晶区及焊缝内柱状晶区，可以发现在热影响区狭窄的范围内(1.8 mm)，微区断裂韧度发生了急剧的变化. 所有微区测量位置微观组织如图3椭圆标注区域所示.
在PLL合成频率源的设计中，为得到高精度的输出信号，一般由高精度的有源温补晶振提供高稳定性的输入信号。若在VCO与数字N分频器之间接入前置倍频器，PLL合成频率源的输出频率便可达到GHz数量级。
表 2 各个微观区域Jm测量值
Table 2 Jm values of different micro-zones
测量位置 最大施加力Fm/kN 塑性分量Up/kJ断裂韧度Jm/(kJ·m–2)BM-1 40.8 76.3 714 BM-2 40.9 71.4 699 FGHAZ1 38.4 56.1 565 FGHAZ2 42.6 138 1 265 CGHAZ 39.0 45.5 476 CGWM-1 31.9 17.3 208 CGWM-2 30.9 17.2 195 EGWM-1 36.2 36.2 311 EGWM-2 35.5 35.5 378
图2 Jm测量值裂纹尖端所在位置判定
Fig. 2 Location of the crack tip in Jm measurement
图3 和图4中显示了接头各微区的微观组织形貌，可以看出整个焊接接头各个微区的差异主要集中在晶粒尺寸及碳化物的数量和分布上. 晶粒尺寸较小，晶界较多，对裂纹扩展阻碍较强，可以提高焊缝的断裂韧度. 相关文献[7-8]表明，晶内分布的细小弥散的碳化物，不易引起位错塞积导致局部的应力集中而诱发微裂纹，同时可以使得微裂纹扩展路径发生偏转，从而提高材料的断裂韧度.
图3 接头内各微区金相图
Fig. 3 Micro-zone optical image
图4 典型接头内各微区碳化物形貌
Fig. 4 Carbide morphology in the welded joint
断裂韧度最高区域的热影响区细晶，组织经过焊接热循环后，由于其温度高于奥氏体完全转变温度，但由于高温停留时间较短，奥氏体晶粒来不及长大，尺寸较小. 通过Image-Pro plus，软件根据国家标准GB/T6394–2017，采用面积法进行晶粒统计测量，细小的等轴晶粒尺寸主要分布在1～12 μm之间. 细小的奥氏体晶粒形成后，在后续的焊后热处理过程中，重新析出大量细小的碳化物粒子(图4a).而粗晶区由于靠近焊缝熔化区，温度高且高温停留时间长，奥氏体晶粒尺寸较大，约为40～80 μm，焊接热循环冷却过程中由于粗晶区温度较高，碳化物完全溶解，随后经过焊后热处理，少量碳化物又重新析出，但碳的过饱和固溶度度仍然较大，使得该区域脆性较大，Up值较小(表2)，断裂韧度较差.
焊缝内柱状晶区是整个断裂韧度最低区域，发生弹性脆断，其组织主要由大量粗大的柱状晶组成，柱状晶沿着散热方向生长，其分布具有一定的方向性(图2a所示)，柱状晶内部主要由回火索氏体组成，仅有少量碳化物存在，裂纹极易沿着柱状晶晶界扩展从而呈现典型的沿晶开裂特征(图5c所示)，导致韧性较差. 同时，图5也显示了不同微区内裂纹扩展区的断口形貌，可以发现，热影响区细晶及焊缝内等轴晶区均出现大量韧窝，为典型的塑性断裂特征，而粗晶区和焊缝柱状晶区发生脆断而断口韧窝较少，进一步表明了焊缝热影响细晶区韧性最好而柱状晶区较差. 焊缝的中心区域为多层多道焊缝交叉区域，经过多次高温热循环，组织主要由奥氏体晶粒组成，为焊缝内部的热影响区，类似于近母材区域热影响区组织，但晶粒尺寸相对较大，约为10～25 μm，由于大量曲折的晶界存在阻碍了裂纹的扩展，故相对于柱状晶而言，等轴晶提高了焊缝区内的断裂韧度[7].
图5 典型焊接接头断口形貌
Fig. 5 Fracture morphology image
此外，除了上述组织原因，焊缝区域处于整个焊接接头断裂韧度低谷的另外一个原因可能是焊缝填充材料的成分与母材有所偏差，碳和铬元素含量低于母材，而锰含量明显高于母材(见表1)，影响焊接接头焊缝区域的断裂韧度.
焊缝内柱状晶是整个接头Jm最小的区域，经过测量统计，焊缝内柱状晶长轴约为2.2 mm，宽度约为0.7 mm. 该区域决定了整个接头裂纹稳定存在的临界尺寸. 图6给出了熔合线附近两侧组织的示意图，其中a和b代表裂纹的存在的方向与长度.当柱状晶区内裂纹为a时，裂纹需穿过柱状晶晶界并且在柱状晶内扩展，其受到的阻力远大于裂纹为b时平行柱状晶生长方向沿晶界扩展. 结合接头的微观组织图可知，焊缝横截面的柱状晶在裂纹b方向最大尺寸范围在2 mm左右(图2a所示)，因此假定初始裂纹长度为2 mm，半裂纹长度为1 mm，此时材料基本处于脆性区，可借助弹性材料断裂韧度与临界裂纹扩展长度公式[8]，即
式中： Y为裂纹形状系数，一般为1～2，取为1.5；ac为所能允许存在的临界半裂纹长度；E为杨氏模量(210 GPa)；υ为泊松比 0.3；σc为材料的屈服应力，取整个接头中最小屈服应力，约为710 MPa. 将脆性柱状晶区KIC值换算为对应值Jm后可得出临界断裂韧度Jm值约为5 kJ/m2，远小于所承受的195 kJ/m2. 可见柱状晶区内，2 mm长的裂纹转子实际所承受的应力远小于裂纹扩展所需的应力. 当裂纹大于2 mm时，柱状晶和等轴晶二者交替存在可以弥补柱状晶断裂韧度较低的不足，更加提高组织抗裂纹扩展的能力.
图6 接头熔合线组织示意图
Fig. 6 Schematic diagram of fusion line microstructure
(1) 厚板CrMoV转子钢窄间隙多层多道焊接接头，焊缝柱状晶区断裂韧度最低，Jm值为195 kJ/m2，热影响区的细晶区断裂韧度最高，Jm值为1 265 kJ/m2，接头中断裂韧度Jm值从高到低分布依次是热影响区细晶区、母材、粗晶区、焊缝内等轴晶区及焊缝内柱状晶区.
由于没有保证工作液的清洁度，造成系统初期输入性污染。在输入介质清洁较差的情况中，组装支架液压系统，不仅配比效率降低，而且可能造成连接接口的尘埃较多。应防止技术人员违规使用清洁性较差的液压系统发生的污染。内部安装时，胶管连接时需清洁胶管，保证支架系统交管的清洁，千斤顶和立柱在系统接入前对油缸进行清洗，检查各个元件的清洁性达到相应的标准后，才能接入系统中，例如在临时泵站上，可以通过安装进水和加油系统来进行过滤。
(2) 接头各个微区的断裂韧度与其内部组织密切相关. 细晶区内大量的等轴晶和等轴晶内部均匀分布的碳化物是其断裂韧度较好的主要原因，而焊缝内以粗大的柱状晶为主，晶界上碳化物数量较少，裂纹容易沿柱状晶晶界扩展，导致断裂韧度低于其他区域.
批量控灯时CC2用户将基站底噪抬高，使CC1用户部分接入不了，而接入不了的CC1用户会不断复位尝试接入，这样会进一步抬升基站底噪，从而使CC0用户完全无法接入；现网表现就是批量控灯成功率底下。
(3) 接头中错综复杂的组织，增加了接头的抗裂纹扩展稳定性. 整个接头中所有微区断裂韧度均能满足应用要求，保证了焊接转子安全运行的可靠性.
化工生产过程是一种大稳定小波动的状态，最怕的是开开停停。高压聚乙烯装置每次开车稍有不慎，就会出现故障，甚至酿成事故。
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