CN116117381A - 双沉淀强化Ni-Cr焊丝及其制造方法和焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双沉淀强化Ni‑Cr焊丝、及其制造方法和焊接工艺，涉及焊接材料技术领域，为解决水冷壁堆焊效果差的问题而设计。应用于水冷壁堆焊，包括外皮以及填充于外皮中的药芯；外皮为Inconel625带，以占药芯总质量的质量百分比计，药芯包括：Mn：10.0%~15.0%，Cr：20.0%~23.0%，Nb：5.0%~7.0%，Mo：8.0%~9.0%，Ti：4.0%~4.5%，Al：3.0%~3.5%，其余为Ni。本发明提供的双沉淀强化Ni‑Cr焊丝可以提高堆焊层的服役性能。

Description

双沉淀强化Ni-Cr焊丝及其制造方法和焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体而言，涉及一种双沉淀强化Ni-Cr焊丝及双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法和双沉淀强化Ni-Cr焊丝的焊接工艺。
背景技术
水冷壁作为锅炉的主要受热部件，外部接受锅炉火焰的热量，内部流动的为水或蒸汽。火电锅炉在运行过程中一个比较突出的现象是水冷壁管的失效，影响了机组的正常运行，给电厂的安全运行带来很大的威胁，常常导致事故的发生，因此需要对失效的水冷壁进行修复。
水冷壁的表面修复技术有激光熔覆技术、等离子熔覆技术、电弧堆焊技术，其中电弧堆焊技术熔覆效率最高，综合性能最好。电弧堆焊技术一般包括非熔化极电弧堆焊（TIG）和熔化极电弧堆焊（MIG/MAG）。熔化极电弧堆焊技术，由于堆焊效率高、自动化程度高，在水冷壁堆焊行业得到了广泛应用，特别是其中的CMT（coldmetal transfer，冷金属过渡焊接技术）技术，由于其较低的热输入、优异的焊缝成型，是水冷壁堆焊的首选工艺。
堆焊层在服役过程中要经受高温、氧化、腐蚀等恶劣的工况，因此采用稳定性好、性能优异的堆焊材料进行水冷壁的堆焊，是保证其安全服役的前提条件。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种双沉淀强化Ni-Cr焊丝，以解决现有对水冷壁堆焊效果差的技术问题。
本发明提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，应用于水冷壁堆焊，包括外皮以及填充于外皮中的药芯；外皮为Inconel 625带，以占药芯总质量的质量百分比计，药芯包括：Mn：10.0%~15.0%，Cr：20.0%~23.0%，Nb：5.0%~7.0%，Mo：8.0%~9.0%，Ti：4.0%~4.5%，Al：3.0%~3.5%，其余为Ni。
本发明双沉淀强化Ni-Cr焊丝带来的有益效果是：
（1）本发明适用于电厂锅炉水冷壁管的表面堆焊，管道材料为耐热钢，本发明焊丝以Ni-Cr合金系为主，具有优异的高温稳定性，可以保证堆焊层的高温服役性能。
（2）本发明焊丝借助固溶强化和沉淀强化来实现焊缝的优异高温性能：焊丝以Ni元素为主，保证了稳定的奥氏体组织，满足高温服役要求；焊丝中加入较多的Cr元素，通过生成致密的Cr2O3氧化膜，抑制焊缝金属在高温下的氧化；焊丝通过添加一定量的Mn元素，降低了Ni元素的含量，在稳定奥氏体组织的前提下降低焊丝生产成本；焊丝中添加Ti、Al、Nb元素，通过Ni3(Al,Ti)和NixNb金属间化合物，实现对奥氏体基体组织的沉淀强化。
（3）本发明焊丝中生成的Ni3(Al,Ti)和NixNb金属间化合物，相辅相成，共同提高焊缝金属高温性能（主要为蠕变寿命与持久强度）：Al元素首先是生成Ni3Al金属间化合物，当加入Ti元素后，Ti取代一部分的Al形成Ni3(Al,Ti)金属间化合物，而被取代的Al将进一步形成Ni3Al金属间化合物，也就是说Ti、Al的联合添加，提高了焊缝中Ni-Al金属间化合物的含量。Nb元素既可以进入Ni3(Al,Ti)金属间化合物，生成Ni3(Al,Ti,Nb)金属间化合物，提高Ni-Al化合物的含量，还可以与Ni生成NixNb金属间化合物。因此，上述合金元素的存在具有复杂的耦合效应。
优选的技术方案中，双沉淀强化Ni-Cr焊丝的填充率为30%~35%。
优选的技术方案中，焊丝的直径为1.0mm~1.2mm。
本发明的第二个目的在于提供一种双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，用于制造上述的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，包括如下步骤：
称取药粉：按质量百分比：Mn粉10.0%~15.0%，Cr粉20.0%~23.0%，Nb粉5.0%~7.0%，Mo粉8.0%~9.0%，Ti粉4.0%~4.5%，Al粉3.0%~3.5%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%，来称取药粉；
烘干药粉；
混合药粉；
填充药粉：去除外皮表面的油脂，并将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口；
拉拔焊丝：采用拉拔工艺制成焊丝成品。
本发明双沉淀强化Ni-Cr焊丝制造方法带来的有益效果是：
采用上述方法制备的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，借助Inconel625带中本身含有的合金元素，在提高堆焊层服役寿命和降低成本的双重要求下，合理选择合金元素及配比，利用元素之间的相互反应，充分发挥其对焊缝强韧性、高温稳定性的有利作用，降低其不利影响。
优选的技术方案中，烘干药粉步骤中，将药粉置于真空环境中加热，加热温度为200℃~230℃，保温时间为1h~3h。
优选的技术方案中，混合药粉步骤中，将烘干后的药粉放置于混粉机中进行混合，混合时间为1h~3h。
优选的技术方案中，药粉的粒度为100目~200目。
优选的技术方案中，外皮的原材料尺寸为厚度为0.4mm，宽度为7mm。
优选的技术方案中，还包括焊丝包装步骤：将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
本发明的第三个目的在于提供双沉淀强化Ni-Cr焊丝的焊接工艺，采用上述的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面进行堆焊：水冷壁管直径为44.5mm~63.5mm，所述堆焊层宽为10mm~12mm，所述堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
本发明提供的焊接工艺带来的有益效果是：
采用上述方法堆焊的堆焊熔敷层，可以提高熔敷层的高温稳定性，焊丝中添加Ti、Al、Nb元素，实现对奥氏体基体组织的沉淀强化，在提高堆焊层服役寿命和降低成本的双重要求下，合理选择合金元素及配比，利用元素之间的相互反应，充分发挥其对焊缝强韧性、高温稳定性的有利作用，降低其不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景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为使用双沉淀强化Ni-Cr焊丝进行12CrMoV水冷壁表面堆焊采用的堆焊顺序示意图；
图2为使用实施例二制备的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在Q345板材表面进行的焊接工艺性测试；
图3为使用实施例二制备的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁上进行堆焊后其堆焊层的金相组织图片；
图4为使用实施例二制备的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁上进行堆焊后其堆焊层在过腐蚀后的显微组织的扫描电镜形貌图。
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双沉淀强化Ni-Cr焊丝及其制造方法和焊接工艺，可以对12CrMoV材质的水冷壁表面堆焊，以提高堆焊形成的堆焊层的强度和耐磨性能，保证水冷壁的安全服役。
第一方面，本实施例提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，包括外皮以及填充于外皮中的药芯；外皮为Inconel 625带，以占药芯总质量的质量百分比计，药芯包括：Mn：10.0%~15.0%，Cr：20.0%~23.0%，Nb：5.0%~7.0%，Mo：8.0%~9.0%，Ti：4.0%~4.5%，Al：3.0%~3.5%，其余为Ni。
（1）本发明适用于电厂锅炉水冷壁管的表面堆焊，管道材料为耐热钢，本发明焊丝以Ni-Cr合金系为主，具有优异的高温稳定性，可以保证堆焊层的高温服役性能。
（2）本发明焊丝借助固溶强化和沉淀强化来实现焊缝的优异高温性能：焊丝以Ni元素为主，保证了稳定的奥氏体组织，满足高温服役要求；焊丝中加入较多的Cr元素，通过生成致密的Cr2O3氧化膜，抑制焊缝金属在高温下的氧化；焊丝通过添加一定量的Mn元素，降低了Ni元素的含量，在稳定奥氏体组织的前提下降低焊丝生产成本；焊丝中添加Ti、Al、Nb元素，通过Ni3(Al,Ti)和NixNb金属间化合物，实现对奥氏体基体组织的沉淀强化。
（3）本发明焊丝中生成的Ni3(Al,Ti)和NixNb金属间化合物，相辅相成，共同提高焊缝金属高温性能（主要为蠕变寿命与持久强度）：Al元素首先是生成Ni3Al金属间化合物，当加入Ti元素后，Ti取代一部分的Al形成Ni3(Al,Ti)金属间化合物，而被取代的Al将进一步形成Ni3Al金属间化合物，也就是说Ti、Al的联合添加，提高了焊缝中Ni-Al金属间化合物的含量。Nb元素既可以进入Ni3(Al,Ti)金属间化合物，生成Ni3(Al,Ti,Nb)金属间化合物，提高Ni-Al化合物的含量，还可以与Ni生成NixNb金属间化合物。因此，上述合金元素的存在具有复杂的耦合效应。
本发明实施例的双沉淀强化Ni-Cr焊丝中，双沉淀强化Ni-Cr焊丝的填充率为30%~35%。
本发明实施例的双沉淀强化Ni-Cr焊丝中，焊丝的直径为1.0mm~1.2mm。
具体的，本发明实施例中的各组分的作用机理和含量如下：
焊丝中主要元素为Ni，来自于作为外皮的Inconel 625带和药粉的添加。由于焊缝要求在高温下服役，跟体心立方相比，面心立方更稳定，因此焊丝熔覆金属的设计组织为奥氏体组织。Ni是最合适的稳定奥氏体元素，焊丝以Ni为主，可以保证其高温下的奥氏体相。并且Ni与大部分合金元素的相互固溶度较高，可以保证通过合金化来提高焊缝的强韧性。除了Ni以外，Mn也是一种扩大奥氏体相区的元素，和Ni相比，Mn的价格较低，因此通过添加一部分的Mn可以起到减少Ni含量添加的效果，从而降低焊丝生产成本。以占药芯总重的百分比计，Mn的含量可以为：10.0%、15.0%、13.0%、12.5%、14.5%，以及两个百分比取值点之间的任意质量百分比值。
焊丝中第二主要元素为Cr，来自作为外皮的Inconel625带和药粉的添加。Cr元素主要起三个作用，第一个作用是固溶于奥氏体基体中，引起晶格畸变，产生弹性应力场强化，从而起到固溶强化的作用。第二个作用是通过反应生成致密的Cr2O3氧化膜，从而防止焊缝金属在高温下继续氧化。第三个作用是借助Cr与C生成碳化物，实现对基体的强化。以占药芯总重的百分比计，Cr的含量可以为：20.0%、83.0%、82.0%、81.0%、82.9%，以及两个百分比取值点之间的任意质量百分比值。
焊丝中还包括Ti、Al、Nb元素，来自作为外皮的Inconel 625带和药粉的添加。借助Ti、Al、Nb元素的沉淀强化作用，是本发明焊丝的重要特征。通常Al优先与Ni反应生成Ni3Al金属间化合物，当有Ti元素加入时，Ti原子将替换Ni3Al中的部分Al原子形成Ni3(Al,Ti)金属间化合物，这样被替换的Al原子又将与Ni反应生成Ni3Al金属间化合物，如此循环，使得该类金属间化合物的含量上升。与此同时，Ti元素的进入，也会提高Ni3(Al,Ti)相的固溶度，也就是说提高其它元素进入该相的含量，从而进一步实现沉淀强化作用。Nb元素既可以进入Ni3(Al,Ti)金属间化合物，生成Ni3(Al,Ti,Nb)金属间化合物，提高Ni-Al化合物的含量，还可以与Ni生成的NixNb金属间化合物。生成的上述几种金属间化合物，相互制约，将抑制其各自在高温下的长大，细化晶粒，从而显著提高奥氏体焊缝基体的蠕变寿命和高持久强度。以占药芯总重的百分比计，Ti的含量可以为：4.0%、4.5%、4.3%、4.2%、4.4%，以及两个百分比取值点之间的任意质量百分比值。以占药芯总重的百分比计，Al的含量可以为：3.0%、3.5%、3.3%、3.2%、3.4%，以及两个百分比取值点之间的任意质量百分比值。以占药芯总重的百分比计，Nb的含量可以为：5.0%、7.0%、6.0%、5.5%、6.7%，以及两个百分比取值点之间的任意质量百分比值。
焊丝中还添加了一定量的Mo，来自作为外皮的Inconel 625带和药粉的添加。Mo是一种较好的固溶强化元素，由于其原子半径较大，导致其固溶进入Ni基体后所带来的晶格畸变也大，相应的带来的强度提高作用明显。和Cr一样，Mo还可以与C形成M6C碳化物，弥散分布于焊缝奥氏体基体中，起到强化作用。Mo的含量可以为：8.0%、9.0%、8.5%、8.3%、8.4%，以及两个百分比取值点之间的任意质量百分比值。
综上，本实施例提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝借助Inconel625带中本身含有的合金元素，在提高堆焊层服役寿命和降低成本的双重要求下，合理选择合金元素及配比，利用元素之间的相互反应，充分发挥其对焊缝强韧性、高温稳定性的有利作用，降低其不利影响。
另一方面，本实施例所提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，用于制造上述的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，包括如下步骤：
称取药粉：按质量百分比：Mn粉10.0%~15.0%，Cr粉20.0%~23.0%，Nb粉5.0%~7.0%，Mo粉8.0%~9.0%，Ti粉4.0%~4.5%，Al粉3.0%~3.5%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%，来称取药粉；
烘干药粉；其中，该步骤中，将药粉置于真空环境中加热，加热温度为200℃~230℃，保温时间为1h~3h。
混合药粉：将烘干后的药粉进行充分的混合，混合时间为1h-3h；具体的，可以将烘干的药粉置于混粉机中进行混合；
填充药粉：去除外皮表面的油脂，其中，可以采用酒精去除外皮原材料表面的油脂，并通过药芯焊丝成型机将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口；
拉拔焊丝：采用拉拔工艺制成焊丝成品，具体的，采用拉拔模具拉拔制造焊丝成品，采用多道次拉拔的工艺，第一道次的拉拔模具孔径为2.6mm，所制成的双沉淀强化Ni-Cr焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
采用上述方法制备的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，借助Inconel625带中本身含有的合金元素，在提高堆焊层服役寿命和降低成本的双重要求下，合理选择合金元素及配比，利用元素之间的相互反应，充分发挥其对焊缝强韧性、高温稳定性的有利作用，降低其不利影响。
除上述步骤外，制造方法还可以包括焊丝包装步骤：将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
具体的，称取药粉的步骤中，药粉的粒度为100目~200目。
具体的，外皮的原材料尺寸为厚度为0.4mm，宽度为7mm。
再一方面，本实施例所提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的焊接工艺，采用上述的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面进行堆焊：水冷壁管直径为44.5mm~63.5mm，堆焊层宽为10mm~12mm，堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
采用上述方法堆焊的堆焊熔敷层，可以提高熔敷层的强度和耐磨性能，提高晶界结合力，最终起到提高熔敷层的高温持久强度和蠕变寿命，改善熔敷层的服役性能。
本发明实施例所提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝及其制造方法和焊接工艺，具有以下有益效果：
（1）本发明适用于电厂锅炉水冷壁管的表面堆焊，管道材料为耐热钢，本发明焊丝以Ni-Cr合金系为主，具有优异的高温稳定性，可以保证堆焊层的高温服役性能。
（2）本发明焊丝借助固溶强化和沉淀强化来实现焊缝的优异高温性能：焊丝以Ni元素为主，保证了稳定的奥氏体组织，满足高温服役要求；焊丝中加入较多的Cr元素，通过生成致密的Cr2O3氧化膜，抑制焊缝金属在高温下的氧化；焊丝通过添加一定量的Mn元素，降低了Ni元素的含量，在稳定奥氏体组织的前提下降低焊丝生产成本；焊丝中添加Ti、Al、Nb元素，通过Ni3(Al,Ti)和NixNb金属间化合物，实现对奥氏体基体组织的沉淀强化。
（3）本发明焊丝中生成的Ni3(Al,Ti)和NixNb金属间化合物，相辅相成，共同提高焊缝金属高温性能（主要为蠕变寿命与持久强度）：Al元素首先是生成Ni3Al金属间化合物，当加入Ti元素后，Ti取代一部分的Al形成Ni3(Al,Ti)金属间化合物，而被取代的Al将进一步形成Ni3Al金属间化合物，也就是说Ti、Al的联合添加，提高了焊缝中Ni-Al金属间化合物的含量。Nb元素既可以进入Ni3(Al,Ti)金属间化合物，生成Ni3(Al,Ti,Nb)金属间化合物，提高Ni-Al化合物的含量，还可以与Ni生成NixNb金属间化合物。因此，上述合金元素的存在具有复杂的耦合效应。
焊丝借助Inconel 625带中本身含有的合金元素，在提高堆焊层服役寿命和降低成本的双重要求下，合理选择合金元素及配比，利用元素之间的相互反应，充分发挥其对焊缝强韧性、高温稳定性的有利作用，降低其不利影响。
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双沉淀强化Ni-Cr焊丝及其制造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，按以下质量百分比来称取药粉：Mn粉10.0%，Cr粉20.0%，Nb粉5.0%，Mo粉8.0%，Ti粉4.0%，Al粉3.0%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%。
步骤2：烘干药粉，将药粉置于真空加热炉内加热，加热温度为200℃，保温时间为1h。以去除药粉中的水分。
步骤3：混合药粉，将烘干后的药粉置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1h。
步骤4：填充药粉，选用Inconel625带作为药芯焊丝的外皮，采用酒精去除外皮原材料表面的油脂，并通过药芯焊丝成型机将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口。
步骤5：拉拔焊丝，采用拉拔工艺制成焊丝成品，其中，采用拉拔模具拉拔制造焊丝成品，采用多道次拉拔的工艺，第一道次的拉拔模具孔径为2.6mm，模具孔径依次减少，最终所制成的双沉淀强化Ni-Cr焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
步骤6：焊丝包装步骤，将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
用实施例一的制造方法制造的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面堆焊，堆焊顺序如图1所示，图1中的数字1-11代表焊接顺序，图中两个并排设置的环形即为水冷壁管的截面。水冷壁管直径为44.5mm，堆焊层宽为10mm~12mm，堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
其中CMT为coldmetal transfer，冷金属过渡焊接技术。
堆焊过程中电弧燃烧稳定、熔滴过渡均匀、飞溅较少，焊后焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。经测试：
（1）堆焊层的稀释率为3.5%；
（2）堆焊层的显微维氏硬度为275HV0.2；
（3）堆焊层组织为奥氏体组织；
（4）焊丝成本较现有焊丝（ERNiCrMo-3）降低11%。
实施例二：
步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Mn粉15.0%，Cr粉23.0%，Nb粉7.0%，Mo粉9.0%，Ti粉4.5%，Al粉3.5%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%。
步骤2：烘干药粉，将药粉置于真空加热炉内加热，加热温度为230℃，保温时间为3h。以去除药粉中的水分。
步骤3：混合药粉，将烘干后的药粉置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为3h。
步骤4：填充药粉，选用Inconel625带作为药芯焊丝的外皮，采用酒精去除外皮原材料表面的油脂，并通过药芯焊丝成型机将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口。
步骤5：拉拔焊丝，采用拉拔工艺制成焊丝成品，其中，采用拉拔模具拉拔制造焊丝成品，采用多道次拉拔的工艺，第一道次的拉拔模具孔径为2.6mm，模具孔径依次减少，最终所制成的双沉淀强化Ni-Cr焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
步骤6：焊丝包装步骤，将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
用实施例二中的制造方法所制造的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面堆焊，堆焊顺序如图1所示。水冷壁管直径为63.5mm，堆焊层宽为10mm~12mm，堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
堆焊过程中电弧燃烧稳定、熔滴过渡均匀、飞溅较少，焊后焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。经测试：
（1）堆焊层的稀释率为3.2%；
（2）堆焊层的显微维氏硬度为280HV0.2；
（3）堆焊层组织为奥氏体组织；
（4）焊丝成本较现有焊丝（ERNiCrMo-3）降低9%。
图2为使用实施例二制备的焊丝在Q345基体上进行的焊接工艺性试验，从图中可以看出，堆焊焊缝成形良好，虽然焊丝药粉中加入Ti、Al元素，但是焊后焊缝表面未成渣，因此可以保证连续自动焊接的工艺需求。
图3为使用实施例二制备的焊丝在12CrMoV水冷壁上进行堆焊后其堆焊层的金相组织，从图中可以看出，堆焊层为全奥氏体组织，由于堆焊过程冷却较快，因此奥氏体组织呈现树枝晶形貌。
图4为使用实施例二制备的焊丝在12CrMoV水冷壁上进行堆焊后其堆焊层显微组织的扫描电镜形貌。为了观察到双沉淀相的析出，采用过腐蚀的方式，腐蚀掉大部分的奥氏体基体，从而露出Ni3(Al,Ti)和NixNb沉淀相。
实施例三：
步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Mn粉13.0%，Cr粉22.0%，Nb粉6.0%，Mo粉8.5%，Ti粉4.3%，Al粉3.3%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%。
步骤2：烘干药粉，将药粉置于真空加热炉内加热，加热温度为220℃，保温时间为2h。以去除药粉中的水分。
步骤3：混合药粉，将烘干后的药粉置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2h。
步骤4：填充药粉，选用Inconel625带作为药芯焊丝的外皮，采用酒精去除外皮原材料表面的油脂，并通过药芯焊丝成型机将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口。
步骤5：拉拔焊丝，采用拉拔工艺制成焊丝成品，其中，采用拉拔模具拉拔制造焊丝成品，采用多道次拉拔的工艺，第一道次的拉拔模具孔径为2.6mm，模具孔径依次减少，最终所制成的双沉淀强化Ni-Cr焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
步骤6：焊丝包装步骤，将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
用实施例三中的制造方法所制造的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面堆焊，堆焊顺序如图1所示。水冷壁管直径为55.5mm，堆焊层宽为10mm~12mm，堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
堆焊过程中电弧燃烧稳定、熔滴过渡均匀、飞溅较少，焊后焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。经测试：
（1）堆焊层的稀释率为3.1%；
（2）堆焊层的显微维氏硬度为283HV0.2；
（3）堆焊层组织为奥氏体组织；
（4）焊丝成本较现有焊丝（ERNiCrMo-3）降低12%。
实施例四：
步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Mn粉12.0%，Cr粉21.0%，Nb粉5.5%，Mo粉8.3%，Ti粉4.2%，Al粉3.2%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%。
步骤2：烘干药粉，将药粉置于真空加热炉内加热，加热温度为210℃，保温时间为2.3h。以去除药粉中的水分。
步骤3：混合药粉，将烘干后的药粉置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1.3h。
步骤4：填充药粉，选用Inconel625带作为药芯焊丝的外皮，采用酒精去除外皮原材料表面的油脂，并通过药芯焊丝成型机将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口。
步骤5：拉拔焊丝，采用拉拔工艺制成焊丝成品，其中，采用拉拔模具拉拔制造焊丝成品，采用多道次拉拔的工艺，第一道次的拉拔模具孔径为2.6mm，模具孔径依次减少，最终所制成的双沉淀强化Ni-Cr焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
步骤6：焊丝包装步骤，将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
用实施例四中的制造方法所制造的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面堆焊，堆焊顺序如图1所示。水冷壁管直径为60.5mm，堆焊层宽为10mm~12mm，堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
堆焊过程中电弧燃烧稳定、熔滴过渡均匀、飞溅较少，焊后焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。经测试：
（1）堆焊层的稀释率为3.0%；
（2）堆焊层的显微维氏硬度为272HV0.2；
（3）堆焊层组织为奥氏体组织；
（4）焊丝成本较现有焊丝（ERNiCrMo-3）降低14%。
实施例五：
步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Mn粉14.5%，Cr粉22.9%，Nb粉6.7%，Mo粉8.4%，Ti粉4.4%，Al粉3.4%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%。
步骤2：烘干药粉，将药粉置于真空加热炉内加热，加热温度为225℃，保温时间为1.5h。以去除药粉中的水分。
步骤3：混合药粉，将烘干后的药粉置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2.6h。
步骤4：填充药粉，选用Inconel625带作为药芯焊丝的外皮，采用酒精去除外皮原材料表面的油脂，并通过药芯焊丝成型机将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口。
步骤5：拉拔焊丝，采用拉拔工艺制成焊丝成品，其中，采用拉拔模具拉拔制造焊丝成品，采用多道次拉拔的工艺，第一道次的拉拔模具孔径为2.6mm，模具孔径依次减少，最终所制成的双沉淀强化Ni-Cr焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
步骤6：焊丝包装步骤，将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
用实施例五中的制造方法所制造的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面堆焊，堆焊顺序如图1所示。水冷壁管直径为48.5mm，堆焊层宽为10mm~12mm，堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
堆焊过程中电弧燃烧稳定、熔滴过渡均匀、飞溅较少，焊后焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。经测试：
（1）堆焊层的稀释率为3.3%；
（2）堆焊层的显微维氏硬度为290HV0.2；
（3）堆焊层组织为奥氏体组织；
（4）焊丝成本较现有焊丝（ERNiCrMo-3）降低13%。
表一：各实施例的焊丝的成分（质量百分比）对比表。
成分（%） 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五
Mn 10.0 15.0 13.0 12.0 14.5
Cr 20.0 23.0 22.0 21.0 22.9
Nb 5.0 7.0 6.0 5.5 6.7
Mo 8.0 9.0 8.5 8.3 8.4
Ti 4.0 4.5 4.3 4.2 4.4
Al 3.0 3.5 3.3 3.2 3.4
Ni 50.0 38.0 42.9 45.8 39.7
其中，在表一中，本申请的实施例一~实施例五中，表示的是该元素占药粉重量的百分比。
表二：各实施例所制成的焊丝的堆焊层的性能测试数据
项目 堆焊层稀释率% 堆焊层显微维氏硬度HV0.2 堆焊层组织 较现有焊丝成本降低%
实施例一 3.5 275 奥氏体 11
实施例二 3.2 280 奥氏体 9
实施例三 3.1 283 奥氏体 12
实施例四 3.0 272 奥氏体 14
实施例五 3.3 290 奥氏体 13
综上，本发明所提供的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，适用于12CrMoV水冷壁表面堆焊，该焊丝的制备方法简单、易控、成本低廉，适宜工业化推广。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述实施例中，诸如“上”、“下”等方位的描述，均基于附图所示。
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。对这些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这些实施例，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 (10)

1.一种双沉淀强化Ni-Cr焊丝，其特征在于，应用于水冷壁堆焊，包括外皮以及填充于所述外皮中的药芯；所述外皮为Inconel625带，以占所述药芯总质量的质量百分比计，所述药芯包括：Mn：10.0%~15.0%，Cr：20.0%~23.0%，Nb：5.0%~7.0%，Mo：8.0%~9.0%，Ti：4.0%~4.5%，Al：3.0%~3.5%，其余为Ni。
2.根据权利要求1的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，其特征在于，双沉淀强化Ni-Cr焊丝的填充率为30%~35%。
3.根据权利要求1的双沉淀强化Ni-Cr焊丝，其特征在于，焊丝的直径为1.0mm~1.2mm。
4.一种权利要求1-3任一项的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
称取药粉：按质量百分比：Mn粉10.0%~15.0%，Cr粉20.0%~23.0%，Nb粉5.0%~7.0%，Mo粉8.0%~9.0%，Ti粉4.0%~4.5%，Al粉3.0%~3.5%，其余为Ni粉，其中，以上所有组分的质量百分比之和为100%，来称取药粉；
烘干药粉；
混合药粉；
填充药粉：去除外皮表面的油脂，并将外皮弯曲为U形，将混合好的药粉填充进外皮，并将外皮合口；
拉拔焊丝：采用拉拔工艺制成焊丝成品。
5.根据权利要求4的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，其特征在于，烘干药粉步骤中，将药粉置于真空环境中加热，加热温度为200℃~230℃，保温时间为1h~3h。
6.根据权利要求4的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，其特征在于，混合药粉步骤中，将烘干后的药粉放置于混粉机中进行混合，混合时间为1h~3h。
7.根据权利要求4的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，其特征在于，药粉的粒度为100目~200目。
8.根据权利要求4的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，其特征在于，外皮的原材料尺寸为厚度为0.4mm，宽度为7mm。
9.根据权利要求4的双沉淀强化Ni-Cr焊丝的制造方法，其特征在于，还包括焊丝包装步骤：将焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。
10.一种双沉淀强化Ni-Cr焊丝的焊接工艺，其特征在于，采用权利要求1~3中任一项的双沉淀强化Ni-Cr焊丝在12CrMoV水冷壁表面进行堆焊：水冷壁管直径为44.5mm~63.5mm，所述堆焊层宽为10mm~12mm，所述堆焊层厚度为2.0mm~2.5mm，搭接宽度控制在3mm~4mm；堆焊时采用CMT焊接电源进行立向下焊，焊接电流采用180A~220A，焊接速度采用4cm/min~6cm/min，摆动宽度为10mm~12mm。
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