CN114505621B - Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺 - Google Patents

Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及合金焊接技术领域，尤其涉及一种Fe‑Ni‑Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺，应用于800H钢的焊接，焊丝包括焊皮和包裹于焊皮内的药粉，药粉按质量百分比包括成分：Ni粉为：60.0‑65.0%；Cr粉为：15.0‑20.0%；Mn粉为：8.0‑10.0%；Ce粉为：0.01‑0.05%；Nb粉与W粉的质量百分比之和为：3.0‑4.0%；其余为Fe粉；其中，以上成分的质量百分比之和为100%。采用该焊丝焊接800H母材后，焊接接头在常温及高温条件下能够保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性。

Description

Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺
技术领域
本发明涉及合金焊接技术领域，具体而言，涉及一种Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺。
背景技术
高温气冷堆是指采用氦气作为冷却剂的反应堆技术，具有安全性好、效率高、经济性好和用途广泛等优势。蒸汽发生器是高温气冷堆核电系统中最关键的设备之一，传热管是一回路压力边界的重要组成部分，是防止放射性裂变产物外泄的重要屏障，也是一回路系统最薄弱的环节。服役过程中，传热管长期在高温、高压及高辐射剂量介质的冲刷下，会产生机械的或化学的损伤，造成传热管破损从而发生放射性冷却剂外泄，造成严重的社会不良反响和巨大的经济损失，因此需要对破损传热管进行封堵，避免出现重大事故。
从经济性考虑，不同温度段的传热管采用不同的材料制备，相应的，进行封堵时，需要选择与之匹配的堵头材料。传热管过热段（服役温度约570℃）材料为Incoloy 800H，属于Fe-Ni-Cr系列合金，该合金中Cr含量为19-23%，Ni含量为30-35%，其余主要为Fe元素。当过热段传热管发生降质时，需要采用Incoloy 800H材料进行堵管。焊接堵管是常用的堵管技术，具有强度高、密封性好等优势。
目前，市面上缺乏适用于Incoloy 800H传热管/堵头相匹配的焊接材料，因此，针对母材的热物理性能及其服役环境，开发匹配的封堵焊丝，具有重要的工程实际价值。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种Fe-Ni-Cr焊丝，以对800H钢材质的传热管、堵头进行焊接，实现堵管，并保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性。
本发明所提供Fe-Ni-Cr焊丝，应用于800H钢的焊接，所述焊丝包括焊皮和包裹于焊皮内的药粉，所述药粉按质量百分比包括成分：
Ni粉为：60.0-65.0%；
Cr粉为：15.0-20.0%；
Mn粉为：8.0-10.0%；
Ce粉为：0.01-0.05%；
Nb粉与W粉的质量百分比之和为：3.0-4.0%；
其余为Fe粉；
其中，以上成分的质量百分比之和为100%。
进一步地，所述Ni粉、所述Cr粉、所述Mn粉、所述Ce粉、所述Nb粉、所述W粉、所述Fe粉的粒度为：100-200目。
进一步地，所述焊丝的药芯填充率为：30-35%；
和/或，所述焊丝直径范围为：1.0-1.2mm。
进一步地，焊皮为310S不锈钢带，厚度为：0.3-0.5mm，宽度为6-8mm。
本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，能够产生以下有益效果：
本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，以Fe-Ni-Cr为主，具有优异的耐高温性能、耐腐蚀性能，基于母材800H的化学成分，并考虑焊接过程的元素过渡情况，适用于核电高温气冷堆传热管800H与其堵头材料800H之间的焊接。本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝的化学成分合理，其中，主要元素包括Fe粉、Ni粉、Cr粉、Mn粉，熔覆金属为γ相组织为主，Ni元素具有扩大焊缝的奥氏体相区作用，Mn元素提高焊缝的抗开裂能力，Cr可以增加其余合金元素的固溶度，W、Nb固溶进入γ相后，也会增加Cr元素的固溶度，从而提高焊缝的强化效果，即，本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝与800H的母材具有较好的相溶性，焊缝的抗拉强度和延伸率仍能够保持在较高水平。本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝用于焊接800H母材后，经测试结果表明，所得到的焊缝室温下的抗拉强度能够达到590MPa以上，延伸率能够达到36%，600℃环境中的抗拉强度能够达到480MPa以上，很明显，焊接接头在常温及高温条件下能够保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性。
本发明的第二个目的在于提供一种Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，用于制备上述Fe-Ni-Cr焊丝，所述制备方法包括如下步骤：
称取药粉：按质量百分比：Ni粉60.0-65.0%，Cr粉15.0-20.0%，Mn粉8.0-10.0%，Ce粉0.01-0.05%，Nb+W粉3.0-4.0%，其余为Fe粉，其中，以上所有成分的质量百分比之和为100%，来称取药粉；
烘干药粉：将所述药粉置于真空环境内加热，以去除所述药粉中的结晶水，其中，加热温度范围为：250-300℃，保温时间范围为：1-3h；
混合药粉：将烘干后的所述药粉进行充分的混合，混合时间范围为：1-2h；
包裹药粉：去除焊皮表面的油脂，然后将混合好的药粉包裹于所述焊皮内；
焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝。
进一步地，在所述焊丝拉丝步骤中，采用多道拉拔工序，且拉拔模具的孔径依次减小。
进一步地，还包括包装焊丝步骤：将焊丝缠绕于焊丝盘，并密封于真空环境。
进一步地，所述Ni粉、所述Cr粉、所述Mn粉、所述Ce粉、所述Nb粉、所述W粉、所述Fe粉的粒度为：100-200目。
进一步地，焊皮为310S不锈钢带，厚度为：0.3-0.5mm，宽度为6-8mm；
和/或，所述焊丝的药芯填充率为：30-35%；
和/或，所述焊丝直径范围为：1.0-1.2mm。
本发明提供的Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，能够产生以下有益效果：
采用该Fe-Ni-Cr焊丝的制备工艺，能够制备出上述焊丝，通过采用本发明所提供的制备方法得到的焊丝，用于焊接800H母材后，所得到的焊缝室温下的抗拉强度能够达到590MPa以上，延伸率能够达到36%，600℃环境中的抗拉强度能够达到480MPa以上，很明显，焊接接头在常温及高温条件下能够保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性；即，具有上述Fe-Ni-Cr焊丝的所有优点，在此不再赘述。
本发明的第三个目的在于提供一种Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，采用上述焊丝焊接待焊接件，焊接时，将待焊接件的焊接部位及焊丝置于保护气体氛围；
所述待焊接件的焊接部位厚度范围为：8-12mm，坡口为V型，所述坡口的角度范围为：50-70°；
和/或，保护气体百分比包括成分：Ar的含量为97-99%,O2的含量为1-3%；
和/或，焊接电流范围为：150-200A；
和/或，焊接速度为：50-60cm/min；
和/或，送丝速度为：4-6m/min。
本发明提供的Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，能够产生以下有益效果：
采用上述Fe-Ni-Cr焊丝及焊接工艺，焊接800H母材后，所得到的焊缝室温下的抗拉强度能够达到590MPa以上，延伸率能够达到36%，600℃环境中的抗拉强度能够达到480MPa以上，很明显，焊接接头在常温及高温条件下能够保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性；即，具有上述Fe-Ni-Cr焊丝的所有优点，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为对接焊缝横截面的低倍组织形貌图，从图中可以看出焊缝主要为γ奥氏体组织，呈现典型的柱状晶+等轴晶形貌。
图2为对接焊缝横截面的扫描电镜高倍组织形貌，从图中可以看出，枝晶间有碳化物颗粒析出，能谱检测结果显示主要为NbC和WC。
图3为焊缝与母材界面形貌，从图中可以看出，熔合线清晰，界面结合良好，无气孔、裂纹缺陷。
图4为对接接头的室温拉伸断口形貌图，从图中可以看出焊缝主要以韧窝形貌为主，韧性较好。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺，以对800H钢材质的传热管、堵头进行焊接，实现堵管，并保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性。
第一方面，本实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，焊丝包括焊皮和包裹于焊皮内的药粉，药粉按质量百分比包括成分：Ni粉为：60.0-65.0%；Cr粉为：15.0-20.0%；Mn粉为：8.0-10.0%；Ce粉为：0.01-0.05%；Nb粉与W粉的质量百分比之和为：3.0-4.0%；其余为Fe粉；其中，以上成分的质量百分比之和为100%。
本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，具有如下优点：
（1）药芯焊丝中主要合金元素为Fe、Ni、Cr，分别由焊皮和药粉提供：
a）焊丝中Fe元素含量非常高，母材Incoloy 800H中含量最高的元素为Fe，因此焊丝选择Fe基，可以保证与母材之间良好的热物理性能匹配（线膨胀系数、导热系数等），从而减小接头应力集中。
b）焊丝中Ni元素含量（60.0-65.0%）非常高，Ni是稳定γ奥氏体相区元素，高的Ni含量可以保证熔覆金属为奥氏体组织，此外Ni的耐蚀性能优异，可以保证熔覆金属具有优异的耐腐蚀能力。
c）焊丝中Cr元素含量（15.0-20.0%）较高，Cr在高温下与O反应生成Cr2O3，附着在熔覆金属表面，可以提高其抗氧化和抗腐蚀性能。此外，Cr还是强碳化物形成元素，与C元素反应生成M23C6碳化物，起到第二相强化的作用。
（2）药芯焊丝药粉中添加了一定含量（8.0-10.0%）的Mn粉，Mn在奥氏体焊缝中能有效提高其抗开裂能力。此外，Mn还具有脱氧的作用，Mn的添加可以降低熔覆金属的氧含量，减少气孔的产生。
（3）药芯焊丝药粉中添加了一定含量（3.0-4.0%）的Nb粉+W粉。这两种元素的添加可以起到固溶强化的作用，提高熔覆金属的强度。此外，W元素的添加通过形成碳化物，可以有效提高熔覆金属的耐磨损能力。
（4）药芯焊丝中添加了微量的稀土元素Ce，Ce可以起到净化奥氏体焊缝晶界，提高晶界结合力的作用，从而进一步提高熔覆金属的强韧性。
总之，本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，以Fe-Ni-Cr为主，具有优异的耐高温性能、耐腐蚀性能，基于母材800H的化学成分，并考虑焊接过程的元素过渡情况，适用于核电高温气冷堆传热管800H与其堵头材料800H之间的焊接。本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝的化学成分合理，其中，主要元素包括Fe粉、Ni粉、Cr粉、Mn粉，熔覆金属为γ相组织为主，Ni元素具有扩大焊缝的奥氏体相区作用，Mn元素提高焊缝的抗开裂能力，Cr可以增加其余合金元素的固溶度，W、Nb固溶进入γ相后，也会增加Cr元素的固溶度，从而提高焊缝的强化效果，即，本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝与800H的母材具有较好的相溶性，焊缝的抗拉强度和延伸率仍能够保持在较高水平。本实施例的结果表明，本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝用于焊接800H母材后，所得到的焊缝室温下的抗拉强度能够达到590MPa以上，延伸率能够达到36%，600℃环境中的抗拉强度能够达到480MPa以上，很明显，焊接接头在常温及高温条件下能够保证焊接部位较高的抗拉强度、延伸率及较好的密封性。
具体的，本发明实施例中的各成分的质量百分比可以进行如下选取：
Ni粉为：60.0%、61.0%、62.2%、63.0%、64.0%、65.0%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值；
Cr粉为：15.0%、16.0%、17.0%、18.0%、19.0%、20.0%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值；
Mn粉为：8.0%、8.5%、9.0%、9.5%、10.0%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值；
Ce粉为：0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.045%、0.05%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值；
Nb粉与W粉的质量百分比之和为：3.0%、3.2%、3.5%、3.8%、4.0%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。
本发明实施例中的Fe-Ni-Cr焊丝中，Ni粉、Cr粉、Mn粉、Ce粉、Nb粉、W粉、Fe粉的粒度均为：100-200目。
本发明实施例中的Fe-Ni-Cr焊丝中，焊丝的药芯填充率为：30-35%。焊丝直径范围为：1.0-1.2mm。
本发明实施例中的Fe-Ni-Cr焊丝中，焊皮为310S不锈钢带，厚度为：0.3-0.5mm，宽度为6-8mm。优选的，焊皮的厚度选择为0.4mm，宽度选择为7mm。
另一方面，本实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，用于制备上述Fe-Ni-Cr焊丝，包括如下步骤：
称取药粉：按质量百分比：Ni粉60.0-65.0%，Cr粉15.0-20.0%，Mn粉8.0-10.0%，Ce粉0.01-0.05%，Nb+W粉3.0-4.0%，其余为Fe粉，其中，以上所有成分的质量百分比之和为100%，来称取药粉；
烘干药粉：将药粉置于真空环境（例如，真空加热炉）内加热，以去除药粉中的结晶水，其中，加热温度范围为：250-300℃，保温时间范围为：1-3h；
混合药粉：将烘干后的药粉进行充分的混合，混合时间范围为：1-2h；具体的，可以将烘干的药粉置于混粉机中进行混合；
包裹药粉：去除焊皮表面的油脂，然后将混合好的药粉包裹于焊皮内；具体的，焊皮采用310S不锈钢，以采用药芯焊丝拉丝设备将上述药粉包裹于焊皮（带钢）内；
焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝，具体的，采用拉拔模具拉拔制成焊丝，采用多道拉拔工序，第一道拉拔模具孔径为2.6mm，后续工序中的拉拔模具的孔径逐渐减小。
具体的，焊皮为310S不锈钢带，厚度为：0.3-0.5mm，优选为0.4mm，宽度为6-8mm，优选为7mm；焊丝的药芯填充率为：30-35%；所制成的焊丝的芯直径范围为：1.0-1.2mm。
除了上述步骤，还包括包装焊丝步骤：将焊丝缠绕于焊丝盘，并密封于真空环境，例如，将焊丝缠绕于焊丝盘上后，密封于真空包装袋内待用。
在上述称取药粉的步骤中，Ni粉、Cr粉、Mn粉、Ce粉、Nb粉、W粉、Fe粉的粒度为：100-200目。
再一方面，本实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，采用上述焊丝焊接待焊接件，焊接时，将待焊接件的焊接部位及焊丝置于保护气体氛围。
具体的，采用上述Fe-Ni-Cr焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，待焊接件（例如，焊接试板）的焊接部位厚度范围为：8-12mm，优选为10mm；坡口为V型，坡口的角度范围为：50-70°，优选为60°；
保护气体百分比包括成分：Ar的含量为97-99%,O2的含量为1-3%；优选为：Ar的含量为98%,O2的含量为2%；
焊接电流范围为：150-200A；
焊接速度为：50-60cm/min；
送丝速度为：4-6m/min。
综上所述，本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺的有益效果是：
（1）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝适用于核电高温气冷堆传热管（Incoloy800H材质）与其堵头材料（Incoloy 800H材质）之间的焊接；焊丝熔覆金属合金系以Fe-Ni-Cr为主，具有优异的耐高温性能、耐腐蚀性能。
（2）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，基于母材Incoloy 800H的化学成分，并考虑焊接过程的元素过渡情况，进行匹配焊丝合金系设计。选择Ni、Cr含量较高的310S不锈钢作为药芯焊丝的钢带，添加药粉合金元素，实现与母材的成分匹配；在此基础上，还考虑到焊接过程的工艺性和焊缝的成型情况，提高Mn元素含量，从而提高焊缝的抗开裂能力；与此同时，添加W、Nb元素，实现了对焊缝金属的固溶强化，并添加稀土Ce元素，强化了晶界。
（3）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，所具有的耐高温、耐腐蚀优异性能是借助多种合金元素之间的组合效果而实现的，并非为单一元素所起的作用。例如，该焊丝熔覆金属为γ相组织为主，当固溶一定Cr元素时，Cr可以增加其余合金元素的固溶度；类似的，W、Nb固溶进入γ相后，也会增加Cr元素的固溶度，从而提高焊丝的强化效果。
（4）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，根据合金元素之间的联合作用，Ni元素具有扩大奥氏体相区作用，Cr、Nb、W元素具有固溶于γ相中引起固溶强化的作用，但是其熔覆金属最终的性能与合金元素的含量是息息相关的，例如，当Ni含量低于20%时，则不会形成单相的γ相组织，Cr、Nb、W元素的固溶强化效果就无从谈起了，再者，Cr具有在高温下形成致密的Cr2O3，保护熔覆金属的普遍作用，但是当Cr含量低于10%，该效果不显著（本申请中Cr含量大于15%），另外，Nb、W元素，当其少量添加进入焊缝金属时，主要起到固溶强化作用，当其添加量超过合金的固溶度后，则会形成NbC、WC物质，形成第二相强化，本申请中的Nb和W的含量之和为3.0-4.0%，其既可以形成固溶强化效果，也可以形成碳化物强化效果，即，第二相强化。
（5）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，通过310S不锈钢带包裹合金粉末拉拔而成，相比于传统的实心焊丝，制备工艺简单、周期短、成本低。
（6）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝属于药芯焊丝，相比实心焊丝具有熔覆效率高的特点，因此，在大规模工程应用中，可以显著提高生产效率。
（7）本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，既可以用于熔化极焊接（MIG/MAG），也可以用于非熔化极焊接（TIG），适用范围广。
总之，本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝，与800H合金母材的熔合性好，适合于800H合金母材的焊接。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝及其制备方法和焊接工艺进行更加详细的描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例一
步骤1，称取药粉：按质量百分比分别称取药粉，其中，Ni粉60.0%，Cr粉15.0%，Mn粉8.0%，Nb+W粉3.0%，Ce粉0.01%，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100%；
步骤2，烘干药粉：将步骤1称取的药粉，置于真空加热炉内加热，加热温度为250℃，保温时间为1h，去除药粉中的结晶水；
步骤3，混合药粉：烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1h；
步骤4，包裹药粉：采用酒精去除310S不锈钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤3制备得到的药粉包裹在钢带内；
步骤5，焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝，其中，第一道拉拔模具孔径为2.6mm，第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0-1.2mm的药芯焊丝；
步骤6，包装焊丝：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例一制备的Fe-Ni-Cr焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为10mm，坡口为V型坡口，角度为60°。选择CMT焊接电源，焊接保护气体为98%Ar+2%O2，焊接电流范围为150-200A，焊接速度为50-60cm/min，送丝速度为4-6m/min。
焊接后的Incoloy 800H对接接头无宏观裂纹，经测试，焊缝组织为γ奥氏体组织，焊缝的显微硬度平均值为230HV0.1，接头焊态室温抗拉强度为580MPa，接头焊态高温（600℃）抗拉强度为470MPa，接头断后伸长率（室温）为30%。
实施例二
步骤1，称取药粉：按质量百分比分别称取药粉，其中，Ni粉65.0%，Cr粉20.0%，Mn粉10.0%，Nb+W粉4.0%，Ce粉0.05%，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100%；
步骤2，烘干药粉：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为300℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；
步骤3，混合药粉：烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2h；
步骤4，包裹药粉：采用酒精去除310S不锈钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤3制备得到的药粉包裹在钢带内；
步骤5，焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝，其中，第一道拉拔模具孔径为2.6mm，第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0-1.2mm的药芯焊丝；
步骤6，包装焊丝：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例二制备的Fe-Ni-Cr焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为10mm，坡口为V型坡口，角度为60°。采用CMT焊接电源，焊接保护气体为98%Ar+2%O2，焊接电流范围为150-200A，焊接速度为50-60cm/min，送丝速度为4-6m/min。
焊接后的Incoloy 800H对接接头无宏观裂纹，经测试，焊缝组织为γ奥氏体组织，焊缝的显微硬度平均值为236HV0.1，接头焊态室温抗拉强度为589MPa，接头焊态高温（600℃）抗拉强度为480MPa，接头断后伸长率（室温）为34%。
实施例三
步骤1，称取药粉：按质量百分比分别称取药粉，其中，Ni粉63.0%，Cr粉17.0%，Mn粉9.0%，Nb+W粉3.5%，Ce粉0.03%，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100%。
步骤2，烘干药粉：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为290℃，保温时间为2.3h，去除药粉中的结晶水；
步骤3，混合药粉：烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1.8h；
步骤4，包裹药粉：采用酒精去除310S不锈钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤3制备得到的药粉包裹在钢带内；
步骤5，焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝，其中，第一道拉拔模具孔径为2.6mm，第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0-1.2mm的药芯焊丝；
步骤6，包装焊丝：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例三制备的Fe-Ni-Cr焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为10mm，坡口为V型坡口，角度为60°。采用CMT焊接电源，焊接保护气体为98%Ar+2%O2，焊接电流范围为150-200A，焊接速度为50-60cm/min，送丝速度为4-6m/min。
焊接后的Incoloy 800H对接接头无宏观裂纹，经测试，焊缝组织为γ奥氏体组织，焊缝的显微硬度平均值为225HV0.1，接头焊态室温抗拉强度为600MPa，接头焊态高温（600℃）抗拉强度为476MPa，接头断后伸长率（室温）为31%。
实施例四
步骤1：按质量百分比分别称取药粉，其中，Ni粉64.0%，Cr粉16.0%，Mn粉8.5%，Nb+W粉3.2%，Ce粉0.04%，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100%；
步骤2，烘干药粉：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260℃，保温时间为1.3h，去除药粉中的结晶水；
步骤3，混合药粉：烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1.2h；
步骤4，包裹药粉：采用酒精去除310S不锈钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤3制备得到的药粉包裹在钢带内；
步骤5，焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝，其中，第一道拉拔模具孔径为2.6mm，第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0-1.2mm的药芯焊丝；
步骤6，包装焊丝：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例四制备的Fe-Ni-Cr焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为10mm，坡口为V型坡口，角度为60°。采用CMT焊接电源，焊接保护气体为98%Ar+2%O2，焊接电流范围为150-200A，焊接速度为50-60cm/min，送丝速度为4-6m/min。
焊接后的Incoloy 800H对接接头无宏观裂纹，经测试，焊缝组织为γ奥氏体组织，焊缝的显微硬度平均值为250HV0.1，接头焊态室温抗拉强度为595MPa，接头焊态高温（600℃）抗拉强度为487MPa，接头断后伸长率（室温）为36%。
实施例五
步骤1，称取药粉：按质量百分比分别称取药粉，其中，Ni粉61.0%，Cr粉19.0%，Mn粉9.5%，Nb+W粉3.8%，Ce粉0.045%，其余为Fe粉，以上组分质量百分比之和为100%；
步骤2，烘干药粉：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为270℃，保温时间为2.5h，去除药粉中的结晶水；
步骤3，混合药粉：烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1.5h；
步骤4，包裹药粉：采用酒精去除310S不锈钢带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤3制备得到的药粉包裹在钢带内；
步骤5，焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝，其中，第一道拉拔模具孔径为2.6mm，第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0-1.2mm的药芯焊丝。
步骤6，包装焊丝：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
用实施例五制备的Fe-Ni-Cr焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为10mm，坡口为V型坡口，角度为60°。采用CMT焊接电源，焊接保护气体为98%Ar+2%O2，焊接电流范围为150-200A，焊接速度为50-60cm/min，送丝速度为4-6m/min。
焊接后的Incoloy 800H对接接头无宏观裂纹，经测试，焊缝组织为γ奥氏体组织，焊缝的显微硬度平均值为225HV0.1，接头焊态室温抗拉强度为581MPa，接头焊态高温（600℃）抗拉强度为471MPa，接头断后伸长率（室温）为36%。
表一：各实施例与对比例的焊丝药芯的成分（质量百分比）对比表。
成分含量 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五 对比例
Ni粉 60.0% 65.0% 63.0% 64.0% 61.0% 29.73%
Cr粉 15.0% 20.0% 17.0% 16.0% 19.0% 17.85%
Mn粉 8.0% 10.0% 9.0% 8.5% 9.5% 0.83%
Nb+W粉 3.0% 4.0% 3.5% 3.2% 3.8% 0.41%
Ce粉 0.01% 0.05% 0.03% 0.04% 0.045% -
Mo粉 - - - - - 2.05%
Al粉 - - - - - 2.92%
Si粉 - - - - - 0.43%
C粉 - - - - - 0.087%
N粉 - - - - - 0.016%
B粉 - - - - - 0.0086%
S粉 - - - - - 0.0029%
P粉 - - - - - 0.0082%
Fe粉 余量 余量 余量 余量 余量 余量
表二，各实施例与对比例的焊丝力学性能对比表。
性能测试结果 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五 对比例
硬度平均值/HV0.1 230 236 225 250 225 -
接头室温抗拉强度/MPa 580 589 600 595 581 557.5
接头焊态高温抗拉强度/MPa 470 480 476 487 471 423.5
接头断后伸长率（室温）/% 30 34 31 36 36 36.5
其中，对比例为申请号为：2019105096840，名称为：800H合金焊接用Fe-Ni基合金焊丝及其制备方法、800H合金的焊接方法的发明专利。由表二的性能测试结果可知，相对于对比例而言，本发明实施例所提供的Fe-Ni-Cr焊丝焊接800H母材后，焊接接头的室温抗拉强度及高温（600℃）的抗拉强度均有明显提高，且延伸率并没有下降；另一方面，结合图1对接焊缝横截面的低倍组织形貌图可知，焊缝主要为γ奥氏体组织，呈现为典型的柱状晶+等轴晶的形貌；从图2对接焊缝横截面的扫描电镜高倍组织形貌图可知，枝晶间有碳化物颗粒析出，能谱检测结果显示主要为NbC和WC；从图3焊缝与800H母材间的界面形貌图可知，熔合线非常清晰，界面结合良好，无气孔、裂纹缺陷；从图4对接接头的室温拉伸断口形貌图可知，焊缝主要以韧窝形貌为主，具有良好的韧性；由此可知，本发明实施例所提供的焊丝可以对800H合金母材进行焊接，且具有更加优良的焊接性能。
综上所述，本发明所提供的Fe-Ni-Cr焊丝成分合理，适于800H合金母材的焊接，该焊丝的制备方法简单，易控，适合工业化推广。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种Fe-Ni-Cr焊丝，其特征在于，应用于800H钢，所述焊丝包括焊皮和包裹于焊皮内的药粉，所述药粉按质量百分比包括成分：
Ni粉为：60.0-65.0%；
Cr粉为：15.0-20.0%；
Mn粉为：8.0-10.0%；
Ce粉为：0.01-0.05%；
Nb粉与W粉的质量百分比之和为：3.0-4.0%；
其余为Fe粉；
其中，以上成分的质量百分比之和为100%；
所述焊丝的药芯填充率为：30-35%；所述焊皮为310S不锈钢带。
2.根据权利要求1所述的Fe-Ni-Cr焊丝，其特征在于，所述Ni粉、所述Cr粉、所述Mn粉、所述Ce粉、所述Nb粉、所述W粉、所述Fe粉的粒度为：100-200目。
3.根据权利要求1所述的Fe-Ni-Cr焊丝，其特征在于，所述焊丝直径范围为：1.0-1.2mm。
4.根据权利要求1所述的Fe-Ni-Cr焊丝，其特征在于，所述焊皮厚度为：0.3-0.5mm，宽度为6-8mm。
5.一种Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
称取药粉：按质量百分比：Ni粉60.0-65.0%，Cr粉15.0-20.0%，Mn粉8.0-10.0%，Ce粉0.01-0.05%，Nb+W粉3.0-4.0%，其余为Fe粉，其中，以上所有成分的质量百分比之和为100%，来称取药粉；
烘干药粉：将所述药粉置于真空环境内加热，以去除所述药粉中的结晶水，其中，加热温度范围为：250-300℃，保温时间范围为：1-3h；
混合药粉：将烘干后的所述药粉进行充分的混合，混合时间范围为：1-2h；
包裹药粉：去除焊皮表面的油脂，然后将混合好的药粉包裹于所述焊皮内；
焊丝拉丝：采用拉拔工艺拉丝制成焊丝；
所述焊丝的药芯填充率为：30-35%；所述焊皮为310S不锈钢带。
6.根据权利要求5所述的Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，其特征在于，在所述焊丝拉丝步骤中，采用多道拉拔工序，且拉拔模具的孔径依次减小。
7.根据权利要求5-6任一项所述的Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，其特征在于，还包括包装焊丝步骤：将焊丝缠绕于焊丝盘，并密封于真空环境。
8.根据权利要求5-6任一项所述的Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，其特征在于，所述Ni粉、所述Cr粉、所述Mn粉、所述Ce粉、所述Nb粉、所述W粉、所述Fe粉的粒度为：100-200目。
9.根据权利要求5-6任一项所述的Fe-Ni-Cr焊丝的制备方法，其特征在于，
所述焊皮厚度为：0.3-0.5mm，宽度为6-8mm；
和/或，所述焊丝直径范围为：1.0-1.2mm。
10.一种Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的焊丝焊接待焊接件，焊接时，将待焊接件的焊接部位及焊丝置于保护气体氛围；
所述待焊接件的焊接部位厚度范围为：8-12mm，坡口为V型，所述坡口的角度范围为：50-70°。
11.根据权利要求10所述的Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，其特征在于，所述保护气体百分比包括成分：Ar的含量为97-99%,O2的含量为1-3%。
12.根据权利要求10所述的Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，其特征在于，焊接电流范围为：150-200A。
13.根据权利要求10所述的Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，其特征在于，焊接速度为：50-60cm/min。
14.根据权利要求10所述的Fe-Ni-Cr焊丝的焊接工艺，其特征在于，送丝速度为：4-6m/min。
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