CN106312242B - 12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法 - Google Patents

12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法。其包括以下步骤：步骤一、制备12Cr5Mo马氏体不锈钢坡口，坡口对接装配和对坡口焊接部位进行预热，预热温度为100℃至150℃；步骤二、使用焊条对坡口焊接处分别进行第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接工序；焊条由焊芯和药皮组成，焊芯由以下原料组成：C，Ni，Cr，Mn，Si，Ti，Nb，V，Ta，Zr，La，Ce，Pr，W，N，Fe。药皮由以下组分组成：金红石，钛白粉，钾长石，云母，碳酸钙，氮化铬铁，电解锰，金属镍，铌铁，氧化镁，氧化钇，氟硅酸钠，羟丙基甲基纤维素，酚醛树脂，三聚氰胺。本发明的焊接方法具有焊接工艺简单、焊缝成型美观、易脱渣和熔敷效率高，得到的焊缝金属具有优良的机械性能和力学性能。

Description

12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢的焊接方法，更具体地说涉及一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法。
背景技术
12Cr5Mo马氏体不锈钢具有高温强度和高温抗氧化性能，在石油介质中具有很好的耐热性和耐蚀性。但是12Cr5Mo马氏体不锈钢在高温、高压、耐腐蚀强的条件下，焊接性较差，在装置投产运行高温工作环境下可能会因为焊缝的脆性导致管道焊缝产生裂纹，造成严重安全隐患。
目前，在石化安装工程的施工过程中，12Cr5Mo管道焊接一直采用同材质焊接法，即采用化学成分与12Cr5Mo钢母材金属相近的R507焊条焊接，其焊接接头具有与母材相同的组织和极为相近的化学成分，且无明显的熔合线，但采用此焊接方法施焊工序较复杂，焊接控制严格，而且需要一套复杂的热处理工艺，热处理成本较高，同时增加了施工周期，增加了工时。此方法仅适用于大项目的12Cr5Mo耐热钢的焊接，焊口数量较多，管径越大，热处理效率越高，综合效益越高。而且采用此方法得到的焊缝金属机械性能无法满足石化管道的使用要求，使用寿命短。
为了改变目前的这种现状，提高石化环境下的施工效率，降低施工成本，急需一种经济、高效、安全的焊接技术。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其具有焊接工艺操作简单、电弧稳定燃烧、焊缝成型美观、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高，得到的焊缝金属具有优良的机械性能和力学性能，可以满足石化领域的使用要求。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、制备12Cr5Mo马氏体不锈钢坡口，坡口对接装配和对坡口焊接部位进行预热，预热温度为100℃至150℃；
步骤二、使用焊条对坡口焊接处分别进行第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接工序；
所述焊条由焊芯和通过粘合剂包裹在焊芯表面的药皮组成，所述焊芯由以下质量百分比的原料组成：
C：0.04～0.10％，
Ni：9～12％，
Cr：5～7％，
Mn：12～16％，
Si：0.4～1.2％，
Ti：0.2～0.5％，
Nb：0.3～0.5％，
V：0.01～0.02％，
Ta：0.005～0.01％，
Zr：0.01～0.02％，
La：0.002～0.008％，
Ce：0.001～0.006％，
Pr：0.005～0.008％，
W：0.02～0.03％，
N：0.01～0.03％，
余量为Fe；
所述药皮按质量百分比由以下组分组成：
金红石：30～45％，
钛白粉：2～4％，
钾长石：3～5％，
云母：5～15％，
碳酸钙：5～15％，
氮化铬铁：4～10％，
电解锰：2～6％，
金属镍：1～4％，
铌铁：1～4％，
氧化镁：0.01～1.5％，
氧化钇：0.01～1.5％
氟硅酸钠：2～4％，
羟丙基甲基纤维素：2～6％，
酚醛树脂：1～3％，
三聚氰胺：1～3％。
优选的是，所述药皮中金红石的组成为：80～100目的质量比大于95％，100～200目的质量比小于5％，80目以下的质量比小于0.5％。
优选的是，所述药皮的制备方法为：
步骤a、按比例称取药皮的组成成分，并将其分成第一组、第二组、第三组混合物，其中第一组混合物包括：金红石、钛白粉、钾长石、云母、碳酸钙、氧化镁、氧化钇；第二组混合物包括：氮化铬铁、电解锰、金属镍、铌铁；第三组混合物包括：氟硅酸钠、羟丙基甲基纤维素、酚醛树脂、三聚氰胺；
步骤b、将第一组、第三组两组混合物分别置于60～80℃反应釜中，加水，向反应釜中通入六氟丙烯气体，保持反应釜中的压力为1～2Mpa，保持时间为15～20h；然后向反应釜中通入四氟乙烯气体，保持反应釜中的压力为0.8～1Mpa，保持时间为10～15h；最后通入偏氟乙烯气体，保持反应釜内的压力为0.1～0.6Mpa，保持时间为5～10h，再烘干，研磨得到第四组、第五组混合物；
步骤c、将步骤b中制得的第四组混合物置于搅拌机中进行第一次搅拌，搅拌的速率为200～400r/min，搅拌时间为2～4h；然后加入第二组混合物进行第二次搅拌，搅拌的速率为400～600r/min，搅拌时间为4～8h；最后加入第五组混合物进行第三次搅拌，搅拌的速率为600～800r/min，搅拌时间为8～12h。
优选的是，所述坡口为Y字形坡口，坡口角度为60°～90°，间隙为2～3mm，钝边1～1.5mm。
优选的是，所述第一次焊接工序中，焊缝的厚度为马氏体不锈钢壁厚的1/3，采用手工钨极氩弧焊，所述手工钨极氩弧焊的焊接参数是：钨极直径为2.4mm；保护气体为氩气，氩气流量为15～20L/min，纯度≥99.99％；背保护气体为氩气，氩气流量为15～20L/min，纯度≥99.99％，背保护气体中氧气含量小于50ppm；焊接电弧电压为15～20V，电流强度为120～150A；焊接速度为100～150mm/min。
优选的是，所述第二次焊接和第三次焊接中，焊缝的厚度均为马氏体不锈钢壁厚的1/3，且在第二次焊接工序之前对第一次焊接处预充氩气60～100s，在第三次焊接工序之前对第二次焊接处预充氩气60～100s；所述第二次焊接、第三次焊接均采用电弧焊，所述电弧焊的工艺参数为：焊接电弧电压为10～12V，焊接电流：130～140A，焊条的走速为5～10mm/min，保护气体为氩气，氩气流量为15～20L/min，纯度≥99.99％。
优选的是，所述第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接，每一层焊接层间温度均小于150℃，进行下一次焊接之前均清理焊缝表面的熔渣。
优选的是，在进行焊接工序之前还包括对坡口进行前期处理：先用200～400目砂纸对坡口焊接部位进行打磨40s～60s，接着用800～1000目砂纸对所述焊接部位进行打磨20s～30s，然后置于除油剂中除油，除油剂温度为30～40℃，除油时间为60～100s，最后水洗；所述除油剂由以下重量份的原料组成：磷酸钠10～16份、碳酸钠10～12份、OP-101～2份、硅酸钠20～30份。
优选的是，所述焊条中药皮的质量分数为焊条总重量的40～50％；所述预热采用火焰加热法进行预热，预热时以坡口中心线为基准两侧各100～200mm的范围内均匀进行。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明采用的焊芯通过降低Cr含量，增加Mn含量以获得焊缝金属的奥氏体组织，其含Cr量接近母材含Cr量，使其在熔合线附近不因成分差异产生Cr的扩散，焊芯中提高Ni含量可以阻止耐热钢侧的碳向焊缝迁移，也可以降低钢的热膨胀系数，有利于焊缝与母材的热膨胀系数相匹配，减小热应力。Si可以提高焊接时熔敷合金的流动性，提高焊接性能。V可以细化焊缝金属的组织状态，防止晶粒过大，提高焊缝金属的性能。Ti可以固碳并减少焊接处的应力腐蚀提高焊接性能。稀土元素Nb、Ta、La、Ce、Pr的加入可以净化焊缝，减少焊缝的开裂，改善焊缝韧性，提高焊缝金属的磨蚀性，耐腐蚀性，具有优良的力学性能。
2、采用本发明的药皮配方，每个组分的作用如下：
金红石：主要成分是TiO2，焊接时起到稳弧、使熔池平静、减少飞溅的作用，易形成短渣，使焊缝波纹细致。钛白粉增强药皮的塑性、粘性，能改善焊条的压涂性能。
钾长石：主要成分为K2O·Al2O3·6SiO2，其主要作用是造渣，还因本身含有K+是易电离物质，能够提高电弧的稳定性。
云母：用于改善药皮向焊芯压涂过程中的塑性、滑性和流动性，提高焊条的压涂质量，使焊条表面光滑而不开裂。
碳酸钙：在焊条药皮中的主要作用是造渣和造气，对焊缝金属起到气渣联合保护作用。600℃时，CaCO3发生反应CaCO3→CaO+CO2，生成CaO并释放出CO2气体。CaO属于离子键化合物，能够增加熔滴表面的张力，同时起到稳定电弧的作用。
氮化铬铁、电解锰、金属镍、铌铁：用于在焊接时向焊芯中渗透合金元素，其中铬元素能增强堆焊层金属强度和耐腐蚀性能。锰有一定的脱氧作用作用，可净化焊缝。铌元素可作为熔池金属非均匀形核的核心，细化晶粒，提高强度和硬度。镍元素可以阻止耐热钢侧的碳向焊缝迁移。
氧化镁、氧化钇：焊接时可以细化焊缝晶粒，同时钇作为稀土元素可以焊缝金属的高温组织稳定性，净化焊缝，强化晶界。
氟硅酸钠：可以除去焊缝接头表面的氧化物。
羟丙基甲基纤维素、酚醛树脂、三聚氰胺：在焊接过程中因高温分解中产生二氧化碳等气体，使焊缝不与空气氧化，而且有机物具有一定弹性，可以方便地涂覆在焊芯表面。
3、将金红石分成不同的目数组分，粗颗粒的间隙恰好由中颗粒金红石填充，中颗粒金红石的空隙恰好由细颗粒填充，使得原料在混合时更均匀更致密。同时将药皮原料进行分组，并且对其中两组用强极性含氟的气体进行处理，再进行分步搅拌，使焊接焊缝金属具有优良的机械性能和力学性能，并且焊接时有良好的焊接工艺性能、电弧稳定燃烧、焊缝成型美观、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。
4、采用本发明的焊条和焊接工艺省去了焊后热处理，给现场安装和维修带来了方便。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、制备12Cr5Mo马氏体不锈钢坡口，将坡口制备为Y字形坡口，坡口角度为60°，间隙为2mm，钝边1mm；然后将坡口对接装配；再对坡口焊接部位进行坡口进行前期处理：先用200目砂纸对坡口焊接部位进行打磨40s，接着用800目砂纸对焊接部位进行打磨20s，然后置于除油剂中除油，除油剂温度为30℃，除油时间为60s，最后水洗；除油剂由以下重量份的原料组成：磷酸钠10份、碳酸钠10份、OP-101份、硅酸钠20份；最后对坡口焊接部位采用火焰加热法进行预热，预热时以坡口中心线为基准两侧各100mm的范围内均匀进行，预热温度为100℃；
步骤二、使用焊条对坡口焊接处分别进行第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接工序；第一次焊接工序中，焊缝的厚度为马氏体不锈钢壁厚的1/3，采用手工钨极氩弧焊，手工钨极氩弧焊的焊接参数是：钨极直径为2.4mm；保护气体为氩气，氩气流量为15L/min，纯度≥99.99％；背保护气体为氩气，氩气流量为20L/min，纯度≥99.99％，背保护气体中氧气含量小于50ppm；焊接时电弧电压为15V，电流强度为120A；焊接速度为100mm/min；第二次焊接和第三次焊接中，焊缝的厚度均为马氏体不锈钢壁厚的1/3，且在第二次焊接工序之前对第一次焊接处预充氩气60s，在第三次焊接工序之前对第二次焊接处预充氩气60s；第二次焊接、第三次焊接均采用电弧焊，电弧焊的工艺参数为：焊接电弧电压为10V，焊接电流：130A，焊条的走速为5mm/min，保护气体为氩气，氩气流量为15L/min，纯度≥99.99％；第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接，每一层焊接层间温度均小于150℃，进行下一次焊接之前均清理焊缝表面的熔渣。
其中，所用焊条由焊芯和通过粘合剂包裹在焊芯表面的药皮组成，焊芯由以下质量百分比的原料组成：
C：0.04％，
Ni：9％，
Cr：5％，
Mn：12％，
Si：0.4％，
Ti：0.2％，
Nb：0.3％，
V：0.01％，
Ta：0.005％，
Zr：0.01％，
La：0.0028％，
Ce：0.001％，
Pr：0.005％，
W：0.02％，
N：0.01％，
余量为Fe，上面所有原料总和为100％；
通过降低Cr含量，增加Mn含量以获得焊缝金属的奥氏体组织，其含Cr量接近母材含Cr量，使其在熔合线附近不因成分差异产生Cr的扩散，焊芯中提高Ni含量可以阻止耐热钢侧的碳向焊缝迁移，也可以降低钢的热膨胀系数，有利于焊缝与母材的热膨胀系数相匹配，减小热应力。Si可以提高焊接时熔敷合金的流动性，提高焊接性能。V可以细化焊缝金属的组织状态，防止晶粒过大，提高焊缝金属的性能。Ti可以固碳并减少焊接处的应力腐蚀提高焊接性能。稀土元素Nb、Ta、La、Ce、Pr的加入可以净化焊缝，减少焊缝的开裂，改善焊缝韧性，提高焊缝金属的磨蚀性，耐腐蚀性，具有优良的力学性能。
药皮按质量百分比由以下组分组成：
金红石：41％，
钛白粉：3％，
钾长石：4％，
云母：14％，
碳酸钙：12％，
氮化铬铁：8％，
电解锰：5％，
金属镍：2％，
铌铁：3％，
氧化镁：1％，
氧化钇：1％
氟硅酸钠：3％，
羟丙基甲基纤维素：2％，
酚醛树脂：1％，
三聚氰胺：1％。
其中，金红石的组成为：90目的质量比为96％，100目的质量比为3.6％，80目以下的质量比为0.4％。
上述药皮的制备方法为：
步骤a、按比例称取药皮的组成成分，并将其分成第一组、第二组、第三组混合物，其中第一组混合物包括：金红石、钛白粉、钾长石、云母、碳酸钙、氧化镁、氧化钇；第二组混合物包括：氮化铬铁、电解锰、金属镍、铌铁；第三组混合物包括：氟硅酸钠、羟丙基甲基纤维素、酚醛树脂、三聚氰胺；
步骤b、将第一组、第三组两组混合物分别置于60℃反应釜中，加水，向反应釜中通入六氟丙烯气体，保持反应釜中的压力为1.5Mpa，保持时间为15h；然后向反应釜中通入四氟乙烯气体，保持反应釜中的压力为0.8Mpa，保持时间为10h；最后通入偏氟乙烯气体，保持反应釜内的压力为0.1Mpa，保持时间为5h，再烘干，研磨得到第四组、第五组混合物；
步骤c、将步骤b中制得的第四组混合物置于搅拌机中进行第一次搅拌，搅拌的速率为200r/min，搅拌时间为2h；然后加入第二组混合物进行第二次搅拌，搅拌的速率为400r/min，搅拌时间为4h；最后加入第五组混合物进行第三次搅拌，搅拌的速率为600r/min，搅拌时间为8h。
将金红石分成不同的目数组分，粗颗粒的间隙恰好由中颗粒金红石填充，中颗粒金红石的空隙恰好由细颗粒填充，使得在原料在混合时更均匀更致密。同时将药皮原料进行分组，并且对其中两组用强极性含氟的气体进行处理，使焊接焊缝金属优良的机械性能和力学性能，并且焊接时有良好的焊接工艺性能、电弧稳定燃烧、焊缝成型美观、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。
实施例2
一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、制备12Cr5Mo马氏体不锈钢坡口，将坡口制备为Y字形坡口，坡口角度为90°，间隙为3mm，钝边1.5mm；然后将坡口对接装配；再对坡口焊接部位进行坡口进行前期处理：先用400目砂纸对坡口焊接部位进行打磨60s，接着用1000目砂纸对焊接部位进行打磨30s，然后置于除油剂中除油，除油剂温度为40℃，除油时间为100s，最后水洗；除油剂由以下重量份的原料组成：磷酸钠16份、碳酸钠12份、OP-102份、硅酸钠30份；最后对坡口焊接部位采用火焰加热法进行预热，预热时以坡口中心线为基准两侧各200mm的范围内均匀进行，预热温度为150℃；
步骤二、使用焊条对坡口焊接处分别进行第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接工序；第一次焊接工序中，焊缝的厚度为马氏体不锈钢壁厚的1/3，采用手工钨极氩弧焊，手工钨极氩弧焊的焊接参数是：钨极直径为2.4mm；保护气体为氩气，氩气流量为20L/min，纯度≥99.99％；背保护气体为氩气，氩气流量为15L/min，纯度≥99.99％，背保护气体中氧气含量小于50ppm；焊接时电弧电压为20V，电流强度为150A；焊接速度为150mm/min；第二次焊接和第三次焊接中，焊缝的厚度均为马氏体不锈钢壁厚的1/3，且在第二次焊接工序之前对第一次焊接处预充氩气100s，在第三次焊接工序之前对第二次焊接处预充氩气100s；第二次焊接、第三次焊接均采用电弧焊，电弧焊的工艺参数为：焊接电弧电压为12V，焊接电流：140A，焊条的走速为10mm/min，保护气体为氩气，氩气流量为20L/min，纯度≥99.99％；第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接，每一层焊接层间温度均小于150℃，进行下一次焊接之前均清理焊缝表面的熔渣。
其中，所用焊条由焊芯和通过粘合剂包裹在焊芯表面的药皮组成，焊芯由以下质量百分比的原料组成：
C：0.10％，
Ni：12％，
Cr：7％，
Mn：16％，
Si：1.2％，
Ti：0.5％，
Nb：0.5％，
V：0.02％，
Ta：0.01％，
Zr：0.02％，
La：0.008％，
Ce：0.006％，
Pr：0.008％，
W：0.03％，
N：0.03％，
余量为Fe，上面所有原料总和为100％；
药皮按质量百分比由以下组分组成：
金红石：45％，
钛白粉：4％，
钾长石：5％，
云母：10％，
碳酸钙：10％，
氮化铬铁：6％，
电解锰：4％，
金属镍：2％，
铌铁：3％，
氧化镁：0.5％，
氧化钇：0.5％
氟硅酸钠：2％，
羟丙基甲基纤维素：3％，
酚醛树脂：3％，
三聚氰胺：2％。
上述每个组分的作用如下：
其中，金红石的组成为：90目的质量比为98％，100目的质量比为1.8％，80目以下的质量比为0.2％。
上述药皮的制备方法为：
步骤a、按比例称取药皮的组成成分，并将其分成第一组、第二组、第三组混合物，其中第一组混合物包括：金红石、钛白粉、钾长石、云母、碳酸钙、氧化镁、氧化钇；第二组混合物包括：氮化铬铁、电解锰、金属镍、铌铁；第三组混合物包括：氟硅酸钠、羟丙基甲基纤维素、酚醛树脂、三聚氰胺；
步骤b、将第一组、第三组两组混合物分别置于80℃反应釜中，加水，向反应釜中通入六氟丙烯气体，保持反应釜中的压力为2Mpa，保持时间为20h；然后向反应釜中通入四氟乙烯气体，保持反应釜中的压力为1Mpa，保持时间为15h；最后通入偏氟乙烯气体，保持反应釜内的压力为0.6Mpa，保持时间为10h，再烘干，研磨得到第四组、第五组混合物；
步骤c、将步骤b中制得的第四组混合物置于搅拌机中进行第一次搅拌，搅拌的速率为400r/min，搅拌时间为4h；然后加入第二组混合物进行第二次搅拌，搅拌的速率为500r/min，搅拌时间为8h；最后加入第五组混合物进行第三次搅拌，搅拌的速率为800r/min，搅拌时间为8h。
实施例3
一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、制备12Cr5Mo马氏体不锈钢坡口，将坡口制备为Y字形坡口，坡口角度为70°，间隙为2.5mm，钝边1.2mm；然后将坡口对接装配；再对坡口焊接部位进行坡口进行前期处理：先用300目砂纸对坡口焊接部位进行打磨50s，接着用900目砂纸对焊接部位进行打磨25s，然后置于除油剂中除油，除油剂温度为35℃，除油时间为80s，最后水洗；除油剂由以下重量份的原料组成：磷酸钠13份、碳酸钠11份、OP-101.5份、硅酸钠25份；最后对坡口焊接部位采用火焰加热法进行预热，预热时以坡口中心线为基准两侧各150mm的范围内均匀进行，预热温度为150℃；
步骤二、使用焊条对坡口焊接处分别进行第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接工序；第一次焊接工序中，焊缝的厚度为马氏体不锈钢壁厚的1/3，采用手工钨极氩弧焊，手工钨极氩弧焊的焊接参数是：钨极直径为2.4mm；保护气体为氩气，氩气流量为17L/min，纯度≥99.99％；背保护气体为氩气，氩气流量为18L/min，纯度≥99.99％，背保护气体中氧气含量小于50ppm；焊接时电弧电压为18V，电流强度为130A；焊接速度为120mm/min；第二次焊接和第三次焊接中，焊缝的厚度均为马氏体不锈钢壁厚的1/3，且在第二次焊接工序之前对第一次焊接处预充氩气80s，在第三次焊接工序之前对第二次焊接处预充氩气70s；第二次焊接、第三次焊接均采用电弧焊，电弧焊的工艺参数为：焊接电弧电压为11V，焊接电流：135A，焊条的走速为8mm/min，保护气体为氩气，氩气流量为18L/min，纯度≥99.99％；第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接，每一层焊接层间温度均小于150℃，进行下一次焊接之前均清理焊缝表面的熔渣。
其中，所用焊条由焊芯和通过粘合剂包裹在焊芯表面的药皮组成，焊芯由以下质量百分比的原料组成：
C：0.5％，
Ni：10％，
Cr：6％，
Mn：14％，
Si：0.8％，
Ti：0.4％，
Nb：0.4％，
V：0.015％，
Ta：0.008％，
Zr：0.015％，
La：0.005％，
Ce：0.004％，
Pr：0.006％，
W：0.025％，
N：0.02％，
余量为Fe，上面所有原料总和为100％；
药皮按质量百分比由以下组分组成：
金红石：30％，
钛白粉：4％，
钾长石：5％，
云母：15％，
碳酸钙：15％，
氮化铬铁：6％，
电解锰：4％，
金属镍：2％，
铌铁：3％，
氧化镁：0.5％，
氧化钇：0.5％
氟硅酸钠：2％，
羟丙基甲基纤维素：3％，
酚醛树脂：3％，
三聚氰胺：2％。
上述每个组分的作用如下：
其中，金红石的组成为：90目的质量比为99％，100目的质量比为0.5％，80目以下的质量比为0.5％。
上述药皮的制备方法为：
步骤a、按比例称取药皮的组成成分，并将其分成第一组、第二组、第三组混合物，其中第一组混合物包括：金红石、钛白粉、钾长石、云母、碳酸钙、氧化镁、氧化钇；第二组混合物包括：氮化铬铁、电解锰、金属镍、铌铁；第三组混合物包括：氟硅酸钠、羟丙基甲基纤维素、酚醛树脂、三聚氰胺；
步骤b、将第一组、第三组两组混合物分别置于80℃反应釜中，加水，向反应釜中通入六氟丙烯气体，保持反应釜中的压力为1.5Mpa，保持时间为18h；然后向反应釜中通入四氟乙烯气体，保持反应釜中的压力为0.9Mpa，保持时间为12h；最后通入偏氟乙烯气体，保持反应釜内的压力为0.3Mpa，保持时间为8h，再烘干，研磨得到第四组、第五组混合物；
步骤c、将步骤b中制得的第四组混合物置于搅拌机中进行第一次搅拌，搅拌的速率为300r/min，搅拌时间为3h；然后加入第二组混合物进行第二次搅拌，搅拌的速率为600r/min，搅拌时间为6h；最后加入第五组混合物进行第三次搅拌，搅拌的速率为700r/min，搅拌时间为12h。
对比例1
焊接方法同实施例1，焊条采用市场上常用的A307材料焊接。
对比例2
焊接方法同实施例2，焊条采用市场上常用的R507材料焊接。
焊后对焊缝试样进行性能测试结果如表1所示：
表1-焊缝试样力学性能
由上述对比例和实施例焊缝金属的性能测试结果可知，采用本发明的焊条和焊接工艺实验可见，焊缝金属具有较好的机械性能。尤其是其抗拉伸强度、屈服强度、延伸率均优于使用A307和R507材料进行焊接得到的焊缝金属。而且采用本发明的方法得到的焊接金属在-30℃下可获得45J以上冲击吸收功的冲击值，具有优异的冲击韧性，而且本焊接技术省去了焊后热处理工艺，可缩短管线焊接的工期，焊接工艺操作简单，推广比较容易。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备12Cr5Mo马氏体不锈钢坡口，坡口对接装配和对坡口焊接部位进行预热，预热温度为100℃至150℃；
步骤二、使用焊条对坡口焊接部位分别进行第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接工序；
所述焊条由焊芯和通过粘合剂包裹在焊芯表面的药皮组成，所述焊芯由以下质量百分比的原料组成：
C：0.04～0.10％，
Ni：9～12％，
Cr：5～7％，
Mn：12～16％，
Si：0.4～1.2％，
Ti：0.2～0.5％，
Nb：0.3～0.5％，
V：0.01～0.02％，
Ta：0.005～0.01％，
Zr：0.01～0.02％，
La：0.002～0.008％，
Ce：0.001～0.006％，
Pr：0.005～0.008％，
W：0.02～0.03％，
N：0.01～0.03％，
余量为Fe；
所述药皮按质量百分比由以下组分组成：
金红石：30～45％，
钛白粉：2～4％，
钾长石：3～5％，
云母：5～15％，
碳酸钙：5～15％，
氮化铬铁：4～10％，
电解锰：2～6％，
金属镍：1～4％，
铌铁：1～4％，
氧化镁：0.01～1.5％，
氧化钇：0.01～1.5％
氟硅酸钠：2～4％，
羟丙基甲基纤维素：2～6％，
酚醛树脂：1～3％，
三聚氰胺：1～3％。
2.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，所述药皮中金红石的组成为：80～100目的质量比大于95％，100～200目的质量比小于5％，80目以下的质量比小于0.5％。
3.如权利要求2所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，所述药皮的制备方法为：
步骤a、按比例称取药皮的组成成分，并将其分成第一组、第二组、第三组混合物，其中第一组混合物包括：金红石、钛白粉、钾长石、云母、碳酸钙、氧化镁、氧化钇；第二组混合物包括：氮化铬铁、电解锰、金属镍、铌铁；第三组混合物包括：氟硅酸钠、羟丙基甲基纤维素、酚醛树脂、三聚氰胺；
步骤b、将第一组、第三组两组混合物分别置于60～80℃反应釜中，加水，向反应釜中通入六氟丙烯气体，保持反应釜中的压力为1～2Mpa，保持时间为15～20h；然后向反应釜中通入四氟乙烯气体，保持反应釜中的压力为0.8～1Mpa，保持时间为10～15h；最后通入偏氟乙烯气体，保持反应釜内的压力为0.1～0.6Mpa，保持时间为5～10h，再烘干，研磨得到第四组、第五组混合物；
步骤c、将步骤b中制得的第四组混合物置于搅拌机中进行第一次搅拌，搅拌的速率为200～400r/min，搅拌时间为2～4h；然后加入第二组混合物进行第二次搅拌，搅拌的速率为400～600r/min，搅拌时间为4～8h；最后加入第五组混合物进行第三次搅拌，搅拌的速率为600～800r/min，搅拌时间为8～12h。
4.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，所述坡口为Y字形坡口，坡口角度为60°～90°，间隙为2～3mm，钝边1～1.5mm。
5.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，所述第一次焊接工序中，焊缝的厚度为马氏体不锈钢壁厚的1/3，采用手工钨极氩弧焊，所述手工钨极氩弧焊的焊接参数是：钨极直径为2.4mm；保护气体为氩气，氩气流量为15～20L/min，纯度≥99.99％；背保护气体为氩气，氩气流量为15～20L/min，纯度≥99.99％，背保护气体中氧气含量小于50ppm；焊接电弧电压为15～20V，电流强度为120～150A；焊接速度为100～150mm/min。
6.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，所述第二次焊接和第三次焊接中，焊缝的厚度均为马氏体不锈钢壁厚的1/3，且在第二次焊接工序之前对第一次焊接处预充氩气60～100s，在第三次焊接工序之前对第二次焊接处预充氩气60～100s；所述第二次焊接、第三次焊接均采用电弧焊，所述电弧焊的工艺参数为：焊接电弧电压为10～12V，焊接电流：130～140A，焊条的走速为5～10mm/min，保护气体为氩气，氩气流量为15～20L/min，纯度≥99.99％。
7.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述第一次焊接、第二次焊接和第三次焊接，每一层焊接层间温度均小于150℃，进行下一次焊接之前均清理焊缝表面的熔渣。
8.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于：在进行焊接工序之前还包括对坡口进行前期处理：先用200～400目砂纸对坡口焊接部位进行打磨40s～60s，接着用800～1000目砂纸对所述焊接部位进行打磨20s～30s，然后置于除油剂中除油，除油剂温度为30～40℃，除油时间为60～100s，最后水洗；所述除油剂由以下重量份的原料组成：磷酸钠10～16份、碳酸钠10～12份、OP-101～2份、硅酸钠20～30份。
9.如权利要求1所述的12Cr5Mo马氏体不锈钢的焊接方法，其特征在于，所述焊条中药皮的质量分数为焊条总重量的40～50％；所述预热采用火焰加热法进行预热，预热时以坡口中心线为基准两侧各100～200mm的范围内均匀进行。
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