CN114505619B - 镍基焊丝、镍基焊丝的制造方法和镍基焊丝的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镍基焊丝、镍基焊丝的制造方法和镍基焊丝的焊接工艺，涉及焊接材料技术领域，为解决Incoloy800H材料的传热管焊接效果差的问题而设计。镍基焊丝包括外皮以及填充于外皮中的药芯；外皮为Inconel625带，以质量百分比计，药芯包括：Co：28.0~32.0%，Cr：19.0%~23.0%，Mo：7.0%~9.0%，Nb：1.5%~3.5%，Cu：1.0%~1.5%，W：1.5%~3.5%，B：0.6%~1.0%，La：0.4%~0.6%，其余为Ni。本发明提供的镍基焊丝可以使得接头部位在常温和高温条件下都可以保持较高的抗拉强度和延伸率。

Description

镍基焊丝、镍基焊丝的制造方法和镍基焊丝的焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，具体而言，涉及一种镍基焊丝、镍基焊丝的制造方法和镍基焊丝的焊接工艺。

背景技术

高温气冷核反应堆是一种安全性能好、发电效率高的先进核反应堆。蒸汽发生器作为热交换设备，产生蒸汽，从而将核能转变为机械能。蒸汽发生器是隔离一回路和二回路的重要设备。在实际服役过程中，经常发生蒸汽发生器传热管失效事故，导致严重的经济损失，并危害社会安全。传热管内流通的是高温氦气，氦气中部分携带着放射性物质。因此保证蒸汽发生器传热管的安全稳定性是高温气冷堆正常运转的前提条件。

研究发现，蒸汽发生器传热管失效主要发生在焊缝区域。传热管材料为Incoloy800H，焊丝为ERNiCr-3。在实际焊接过程中，由于局部热输入的作用，导致焊缝组织不均匀，局部存在组织粗大现象。常规ERNiCr-3焊丝中，主要借助Ni、Co、Cr元素的固溶强化作用，强化手段较单一。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种镍基焊丝，以解决现有对Incoloy800H材料的传热管焊接效果差的技术问题。

本发明提供的镍基焊丝，应用于材质为Incoloy 800H的高温气冷堆传热，包括外皮以及填充于所述外皮中的药芯；所述外皮为Inconel625带，以质量百分比计，所述药芯包括：Co：28.0~32.0%，Cr：19.0%~23.0%，Mo：7.0%~9.0%，Nb：1.5%~3.5%，Cu：1.0%~1.5%，W：1.5%~3.5%，B：0.6%~1.0%，La：0.4%~0.6%，其余为Ni。

本发明镍基焊丝带来的有益效果是：

本发明所提供的镍基焊丝针对高温气冷堆传热管内部传输的高温氦气（700℃以上），为了保证其接头的高温可靠性，通过多种合金元素实现组合强化：焊丝中主要合金元素为Ni、Co，具有稳定熔覆金属奥氏体组织作用；焊丝中含有一定量的Cr元素，充分保证熔覆金属的高温抗氧化能力；添加一定量的Mo、Nb、W，实现对熔覆金属奥氏体基体的固溶强化作用；添加微量B、La，强化、净化晶界，提高蠕变寿命。而且，选择Inconel 625带作为外皮。Inconel625带中Ni、Cr、Mo含量较高，配合药粉的设计含量配比，可以较容易实现熔覆金属目标组织与性能的获得。合金元素种类多，强化、韧化效果显著，元素的选择与含量的设计充分考虑了焊接非平衡特点及焊接过程极大的冷却速度对焊缝组织的有害作用，因此采用该焊丝进行焊接时，对焊工的操作要求较低，焊接工艺稳定性强，接头质量可靠性高。采用上述的镍基焊丝对Incoloy800H母材进行焊接，所得的熔敷金属在室温下的抗拉强度可以达到570Mpa以上，延伸率可以达到30%以上，600℃的抗拉强度可以达到400Mpa以上。由上述焊丝焊接的Incoloy800H母材，接头部位在常温和高温条件下都可以保持较高的抗拉强度和延伸率。

优选的技术方案中，所述镍基焊丝的填充率为30%~35%。

优选的技术方案中，所述镍基焊丝的直径为1.0mm~1.2mm。

本发明的第二个目的在于提供一种镍基焊丝的制造方法，用于制造上述的镍基焊丝，包括如下步骤：

称取药粉：按质量百分比：Co粉28.0%~32.0%、Cr粉19.0%~23.0%、Mo粉7.0%~9.0%、Nb粉1.5%~3.5%、Cu粉1.0%~1.5%、W粉1.5%~3.5%、B粉0.6%~1.0%、La粉0.4%~0.6%、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，将混合好的所述药粉填充进所述外皮，并将所述外皮合口；

拉拔焊丝：采用拉拔工艺制成焊丝成品。

本发明镍基焊丝制造方法带来的有益效果是：

本发明提供的镍基焊丝制造方法，能够制造出上述的焊丝，通过采用本发明所提供的制造方法得到的镍基焊丝，对Incoloy800H母材进行焊接，所得的熔敷金属在室温下的抗拉强度可以达到570Mpa以上，延伸率可以达到30%以上，600℃的抗拉强度可以达到400Mpa以上。由上述焊丝焊接的Incoloy800H母材，在常温和高温条件下都可以保持较高的抗拉强度、延伸率和较好的密封性。即，具有上述的镍基焊丝的全部优点，在此不再赘述。

优选的技术方案中，烘干药粉步骤中，将所述药粉置于真空环境中加热，加热温度为260℃~280℃，保温时间为1h~2h。

优选的技术方案中，所述Co粉、所述Cr粉、所述Mo粉、所述Nb粉、所述Cu粉、所述W粉、所述B粉、所述La粉、所述Ni的粒度为100目~200目。

优选的技术方案中，所述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：将所述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一种镍基焊丝的焊接工艺，采用上述任一的镍基焊丝焊接待焊接件。

本发明提供的焊接工艺带来的有益效果是：

采用上述的焊接工艺，对Incoloy800H母材进行焊接，所得的熔敷金属在室温下的抗拉强度可以达到570Mpa以上，延伸率可以达到30%以上，600℃的抗拉强度可以达到400Mpa以上。由上述焊丝焊接的Incoloy800H母材，在常温和高温条件下都可以保持较高的抗拉强度、延伸率和较好的密封性。即，具有上述的镍基焊丝的全部优点，在此不再赘述。

优选的技术方案中，焊接时，将待焊接件的焊接部位和焊丝均置于保护气体氛围中；

所述待焊接件的焊接部位厚度为12mm~18mm；坡口为V形，所述坡口的角度为50°~55°；

和/或，以体积百分比计，所述保护气体中，氩气的含量为98%：氧气的含量为2%；

和/或，焊接电流为150A~200A；

和/或，焊接速度为0.5m/min~0.6m/min；

和/或，送丝速度为4m/min~6m/min。

附图说明

图1为使用实施例二制备的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材表面堆焊的成型情况。

图2为使用实施例二制备的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得接头金相组织。

图3为使用实施例二制备的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得接头二次相的高倍扫描电镜形貌。

图4为使用实施例二制备的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得焊缝的摩擦磨损曲线。

图5为使用实施例二制备的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得焊缝的摩擦磨损形貌。

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。

本发明实施例提供镍基焊丝、镍基焊丝的制造方法和镍基焊丝的焊接工艺，以对Incoloy800H材料的传热管进行焊接，以提高该传热管在高温时的强度和韧性，保证蒸汽发生器的安全服役。

第一方面，本实施例提供的镍基焊丝，包括外皮以及填充于外皮中的药芯；外皮为Inconel625带，以质量百分比计，药芯包括：Co：28.0~32.0%，Cr：19.0%~23.0%，Mo：7.0%~9.0%，Nb：1.5%~3.5%，Cu：1.0%~1.5%，W：1.5%~3.5%，B：0.6%~1.0%，La：0.4%~0.6%，其余为Ni，以上各个成分的质量百分比之和为100%。

本发明所提供的镍基焊丝针对高温气冷堆传热管内部传输的高温氦气（700℃以上），为了保证其接头的高温可靠性，通过多种合金元素实现组合强化：焊丝中主要合金元素为Ni、Co，具有稳定熔覆金属奥氏体组织作用；焊丝中含有一定量的Cr元素，充分保证熔覆金属的高温抗氧化能力；添加一定量的Mo、Nb、W，实现对熔覆金属奥氏体基体的固溶强化作用；添加微量B、La，强化、净化晶界，提高蠕变寿命。而且，选择Inconel 625带作为外皮。Inconel625带中Ni、Cr、Mo含量较高，配合药粉的设计含量配比，可以较容易实现熔覆金属目标组织与性能的获得。合金元素种类多，强化、韧化效果显著，元素的选择与含量的设计充分考虑了焊接非平衡特点及焊接过程极大的冷却速度对焊缝组织的有害作用，因此采用该焊丝进行焊接时，对焊工的操作要求较低，焊接工艺稳定性强，接头质量可靠性高。采用上述的镍基焊丝对Incoloy800H母材进行焊接，所得的熔敷金属在室温下的抗拉强度可以达到570Mpa以上，延伸率可以达到30%以上，600℃的抗拉强度可以达到400Mpa以上。由上述焊丝焊接的Incoloy800H母材，在常温和高温条件下都可以保持较高的抗拉强度和延伸率。

本发明实施例的镍基焊丝中，镍基焊丝的填充率为30%~35%。

本发明实施例的镍基焊丝中，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Inconel625带和药粉的添加。Ni具有面心立方结构，由于其自身原子结构的特点，可以溶解较多的合金元素实现合金化，并且仍然保持奥氏体相的稳定状态。因此，针对传热管过热段的服役温度，选择以Ni为主可以充分保证焊缝的高温稳定性。

焊丝中第二主要元素为Cr，来自Inconel 625带和药粉的添加。Cr是镍基高温合金中不可缺少的合金化元素，Cr可以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。同时，Cr可以显著提高合金的持久强度。Cr也是碳化物形成元素，可以与C反应生成一系列M₂₃C₆和M₆C碳化物，弥散分布于晶界，形成对晶界的强化。Cr在高温下可以形成Cr₂O₃致密氧化膜，覆盖在熔覆金属表面，使其具有良好的抗氧化和抗腐蚀能力。Cr的含量可以为：19%、21%、22%、22.5%、23%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值；

焊丝中第三主要元素为Co，来自药粉的添加。Co与Ni属于同族元素，Ni基合金中添加Co可以稳定奥氏体相，并且提高熔覆金属抗热腐蚀性能和冷热疲劳性能。Ni基合金焊接时熔池流动性较差，Co的添加可以提高合金的流动性。Co的熔点较Ni高，在镍基合金中添加Co元素后，合金的高温持久强度升高，在高温下服役的寿命也提高。与此同时，Co固溶于奥氏体基体中也可以降低基体的堆垛层错能，从而提高了位错运动的阻力，提高熔覆金属抗变形的能力。Co的含量可以为：28%、29%、30%、31%、32%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。

焊丝中第四主要元素为Mo，来自作为外皮的Inconel625带和药粉的添加。Mo原子可以溶解入奥氏体基体中，但是由于Mo原子较大，固溶的时候将导致奥氏体的晶格常数增大，从而可以起到提高熔覆金属的屈服强度的作用。在含有W的焊缝中，当提高Mo含量后，可以显著提高熔覆金属的屈服强度。Mo还可以与C形成M₆C碳化物，弥散分布于奥氏体基体中，起到强化作用。Mo的含量可以为：7%、7.5%、8%、8.5%、9%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。

焊丝中第五主要元素为W，来自药粉的添加。W和Mo类似，可以固溶于奥氏体基体中，通过引起晶格畸变，起到强化基体组织的作用。W可以明显降低奥氏体基体的层错能，层错能的降低可以有效改善高温合金的蠕变性能。W的含量可以为：1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值；

焊丝中第六主要元素为Nb，来自作为外皮的Inconel625带和药粉的添加。Nb也是固溶强化元素之一。Nb原子的半径比W和Mo更大，因此当其固溶于奥氏体基体中时，所起到的固溶强化作用更明显。和W、Mo类似，Nb也可以降低奥氏体基体的堆垛层错能，从而提高熔覆金属的蠕变寿命。此外，Nb还是碳化物形成元素，并且参与硼化物的形成，进一步强化熔覆金属。Nb的含量可以为：1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。

焊丝中第七主要元素为Cu，来自药粉的添加。Cu元素添加后，在奥氏体基体中析出纳米尺寸的富Cu相，协同MC碳化物，提高奥氏体基体的蠕变寿命。Cu的含量可以为：1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。

焊丝中第八主要元素为B，来自药粉的添加。药粉中添加了微量的B元素，B可以在晶界处富集，从而增加晶界的结合力；同时，硼化物在晶界以颗粒状弥散分布，阻止晶界滑移、抑制晶界空洞的连接与扩展；B元素的添加还可以消除有害相在晶界的析出。因此，B元素的添加可以显著提高熔覆金属的高温持久、蠕变性能。B的含量可以为：0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。

焊丝中第九主要元素为La，来自药粉的添加。药粉中添加了微量的稀土元素La，La元素一方面可以固溶于奥氏体基体中，引起基体的晶格畸变，产生强化效果。同时，La可以降低其它元素的扩散速度，阻止脆性相的长大，细化脆性相尺寸。La的含量可以为：0.4%、0.45%、0.46%、0.5%、0.6%，以及两百分比取值点之间的任意质量百分比值。

综上所述，本实施例提供的镍基焊丝采用多种元素进行综合固溶强化，不同元素进入奥氏体基体中，对晶格畸变的影响更大，而且还会发生相互作用，使得奥氏体对于某些元素的固溶度增大，进一步提高强化效果。

另一方面，本实施例所提供的镍基焊丝的制造方法，用于制造上述的镍基焊丝，包括如下步骤：

称取药粉：按质量百分比：Co粉28.0%~32.0%、Cr粉19.0%~23.0%、Mo粉7.0%~9.0%、Nb粉1.5%~3.5%、Cu粉1.0%~1.5%、W粉1.5%~3.5%、B粉0.6%~1.0%、La粉0.4%~0.6%、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260℃~280℃，保温时间为1h~2h。

混合药粉：将烘干后的药粉进行充分的混合，混合时间为1h-2h；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，所制成的镍基焊丝直径为1.0mm~1.2mm。

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，Co粉、Cr粉、Mo粉、Nb粉、Cu粉、W粉、B粉、La粉、Ni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，本实施例所提供的镍基焊丝的焊接工艺，采用上述的镍基焊丝对待焊接件进行焊接。

具体的，焊接时，将待焊接件的焊接部位和焊丝均置于保护气体氛围中；以体积百分比计，保护气体中，氩气的含量为98%，氧气的含量为2%；

具体的，采用上述镍基焊丝对Incoloy800H母材进行焊接，待焊接件（例如焊接试板）的焊接部位厚度为12mm~18mm，优选为15mm；坡口为V形，坡口的角度为50°~55°；

和/或，焊接电流为150A~200A；

和/或，焊接速度为0.5m/min~0.6m/min；

和/或，送丝速度为4m/min~6m/min。

本发明实施例所提供的镍基焊丝及其制造方法和焊接工艺，具有以下有益效果：

（1）本发明实施例所提供的镍基焊丝适用于高温气冷堆过热段传热管材料Incoloy 800H的焊接连接。镍基焊丝高温强韧性较优异，可以保证蒸汽发生器的安全服役。

（2）本发明实施例所提供的镍基焊丝针对高温气冷堆传热管内部传输的高温氦气（750℃），为了保证其接头的高温可靠性，通过多种合金元素实现组合强化：焊丝中主要合金元素为Ni、Co，具有稳定熔覆金属奥氏体组织作用；焊丝中含有一定量的Cr元素，充分保证熔覆金属的高温抗氧化能力；添加一定量的Mo、Nb、W，实现对熔覆金属奥氏体基体的固溶强化作用；添加微量B、La，强化、净化晶界，提高蠕变寿命。

（3）本发明实施例所提供的镍基焊丝，选择Inconel 625带作为外皮进行药芯焊丝的拉拔制备。Inconel625带中Ni、Cr、Mo含量较高，配合药粉的设计含量配比，可以较容易实现熔覆金属目标组织与性能的获得。

（4）本发明实施例所提供的镍基焊丝中合金元素种类多，强化、韧化效果显著，元素的选择与含量的设计充分考虑了焊接非平衡特点及焊接过程极大的冷却速度对焊缝组织的有害作用，因此采用该焊丝进行焊接时，对焊工的操作要求较低，焊接工艺稳定性强，接头质量可靠性高。

（5）本发明实施例所提供的镍基焊丝，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。

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镍基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：Co粉28.0%，Cr粉19.0%，Mo粉7.0%，Nb粉1.5%，Cu粉1.0%，W粉1.5%，B粉0.6%，La粉0.4%、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260℃，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Inconel 625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，最终所制成的镍基焊丝直径为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。

用实施例一中的制造方法制造的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为15mm，坡口为对称V形坡口，角度为50°。采用CMT焊接电源进行试板的焊接，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。

焊接后的Incoloy 800H对接接头，在室温抗拉强度为598MPa，屈服强度为470Mpa，断后伸长率为30%，硬度HRC=33；接头在600℃高温时抗拉强度为402MPa，屈服强度为310Mpa，断后伸长率为35%。

实施例二：

步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Co粉32.0%，Cr粉23.0%，Mo粉9.0%，Nb粉3.5%，Cu粉1.5%，W粉3.5%，B粉1.0%，La粉0.6%，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280℃，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Inconel 625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，最终所制成的镍基焊丝直径为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镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为15mm，坡口为对称V形坡口，角度为55°。采用CMT焊接电源进行试板的焊接，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。

图1为实施例二中的制造方法所制造的镍基焊丝进行Incoloy 800H母材表面堆焊的成型情况，从图中可以看出，堆焊焊缝成型美观，无气孔、裂纹等缺陷。图2为该镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得接头金相组织，从图中可以看出焊缝为全奥氏体组织，满足焊丝对组织的设计要求。图3为该镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得接头二次相的高倍扫描电镜形貌，从图中可以看出，二次相弥散分布在奥氏体枝晶间，起到对基体的强化作用。图4为该镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得焊缝的摩擦磨损曲线，从图中可以看出，本发明焊丝和ERNiCr-3焊丝相比，其熔覆金属的耐磨性较好，摩擦过程曲线平缓。图5为该镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接焊接所得焊缝的摩擦磨损形貌，从图中可以看出，表面以黏着磨损为主，耐磨性较好。

焊接后的Incoloy 800H对接接头，在室温下抗拉强度为587MPa，屈服强度为460Mpa，断后伸长率为32%，硬度HRC=31；接头在600℃高温时抗拉强度为431MPa，屈服强度为325Mpa，断后伸长率为31%。

实施例三：

步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Co粉30.0%，Cr粉21.0%，Mo粉8.0%，Nb粉2.5%，Cu粉1.3%，W粉2.5%，B粉0.8%，La粉0.5%，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270℃，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1.5h。

步骤4：填充药粉，选用Inconel 625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，最终所制成的镍基焊丝直径为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镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为15mm，坡口为对称V形坡口，角度为50°。采用CMT焊接电源进行试板的焊接，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。

焊接后的Incoloy 800H对接接头，在室温下抗拉强度为588MPa，屈服强度为475Mpa，断后伸长率为34%，硬度HRC=34；接头在600℃高温时抗拉强度为424MPa，屈服强度为303Mpa，断后伸长率为34%。

实施例四：

步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Co粉29.0%，Cr粉22.0%，Mo粉7.5%，Nb粉3.0%，Cu粉1.2%，W粉2.0%，B粉0.7%，La粉0.45%，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270℃，保温时间为1.2h。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1.2h。

步骤4：填充药粉，选用Inconel 625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，最终所制成的镍基焊丝直径为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镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为15mm，坡口为对称V形坡口，角度为55°。采用CMT焊接电源进行试板的焊接，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。

焊接后的Incoloy 800H对接接头，在室温下抗拉强度为590MPa，屈服强度为490Mpa，断后伸长率为31%，硬度HRC=32；接头在600℃高温时抗拉强度为417MPa，屈服强度为299Mpa，断后伸长率为32%。

实施例五：

步骤1：称取药粉，按以下质量百分比来称取药粉：Co粉31.0%，Cr粉22.5%，Mo粉8.5%，Nb粉2.0%，Cu粉1.4%，W粉3.0%，B粉0.9%，La粉0.46%，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270℃，保温时间为1.2h。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1.2h。

步骤4：填充药粉，选用Inconel 625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，最终所制成的镍基焊丝直径为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镍基焊丝进行Incoloy 800H母材的对接接头焊接，焊接试板厚度为15mm，坡口为对称V形坡口，角度为55°。采用CMT焊接电源进行试板的焊接，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。

焊接后的Incoloy 800H对接接头，在室温下抗拉强度为574MPa，屈服强度为468Mpa，断后伸长率为30%，硬度HRC=31；接头在600℃高温时抗拉强度为406MPa，屈服强度为311Mpa，断后伸长率为34%。

对比例为公开号为CN110280923A，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申请中的实施例1。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，而对比例中，则为该元素占焊丝重量的百分比。

表一：各实施例与对比例的焊丝的成分（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	对比例
							Ni	41	25.9	33.4	34.15	30.24	29.73
Cr	19	23	21	22	22.5	17.84
							Co	28	32	30	29	31	-
Mo	7	9	8	7.5	8.5	2.03
							W	1.5	3.5	2.5	2	3	-
Nb	1.5	3.5	2.5	3	2	0.39
							Cu	1	1.5	1.3	1.2	1.4	-
B	0.6	1	0.8	0.7	0.9	0.0086
							La	0.4	0.6	0.5	0.45	0.46	-
Fe	-	-	-	-	-	45.8702
							C	-	-	-	-	-	0.077
Si	-	-	-	-	-	0.47
							Mn	-	-	-	-	-	0.83
Al	-	-	-	-	-	2.73
							N	-	-	-	-	-	0.016
P	-	-	-	-	-	0.0082

表二：各实施例与对比例焊接的接头力学性能测试数据对比表

类别	室温屈服强度/MPa	室温抗拉强度/MPa	室温断后伸长率/%	600℃屈服强度/MPa	600℃抗拉强度/MPa	600℃断后伸长率/%	室温HRC
								实施例一	470	598	33	310	402	35	33
实施例二	460	587	32	325	431	34	31
								实施例三	475	588	34	303	424	36	34
实施例四	490	590	31	299	417	35	32
								实施例五	468	574	30	311	406	34	31
对比例	/	557.6	37.5	/	421	17.25	/

其中，由表二的接头力学性能测试结果可知，相对于对比例而言，本发明实施例所提供的镍基焊丝焊接Incoloy800H母材后，焊接接头的室温抗拉强度有明显提高，而室温下的延伸率大致相当；高温状态下的抗拉强度相当，延伸率明显增加。由此可知，本发明实施例所提供的镍基焊丝，可以对Incoloy 800H母材进行焊接，并且具有更加优良的焊接性能。

综上所述，本发明所提供的镍基焊丝，适用于Incoloy 800H母材的焊接，该焊丝的制备方法简单、易控，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 (13)

1.一种镍基焊丝，其特征在于，应用于材质为Incoloy 800H的高温气冷堆传热管，包括外皮以及填充于所述外皮中的药芯；所述外皮为Inconel625带，所述镍基焊丝的填充率为30%~35%；所述药芯包括以下质量百分比的组分：Co：28.0~32.0%，Cr：19.0%~23.0%，Mo：7.0%~9.0%，Nb：1.5%~3.5%，Cu：1.0%~1.5%，W：1.5%~3.5%，B：0.6%~1.0%，La：0.4%~0.6%，其余为Ni。

2.根据权利要求1所述的镍基焊丝，其特征在于，所述镍基焊丝的直径为1.0mm~1.2mm。

3.一种镍基焊丝的制造方法，其特征在于，所述镍基焊丝包括外皮以及填充于所述外皮中的药芯；所述镍基焊丝的填充率为30%~35%，包括如下步骤：

称取药粉：按质量百分比：Co粉28.0%~32.0%、Cr粉19.0%~23.0%、Mo粉7.0%~9.0%、Nb粉1.5%~3.5%、Cu粉1.0%~1.5%、W粉1.5%~3.5%、B粉0.6%~1.0%、La粉0.4%~0.6%、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：选用Inconel625带作为所述镍基焊丝的外皮，去除所述外皮表面的油脂，并将所述外皮弯曲为U形，将混合好的所述药粉填充进所述外皮，并将所述外皮合口；

拉拔焊丝：采用拉拔工艺制成焊丝成品。

4.根据权利要求3所述的镍基焊丝的制造方法，其特征在于，烘干药粉步骤中，将所述药粉置于真空环境中加热，加热温度为260℃~280℃，保温时间为1h~2h。

5.根据权利要求3所述的镍基焊丝的制造方法，其特征在于，所述Co粉、所述Cr粉、所述Mo粉、所述Nb粉、所述Cu粉、所述W粉、所述B粉、所述La粉、所述Ni的粒度为100目~200目。

6.根据权利要求3所述的镍基焊丝的制造方法，其特征在于，所述外皮的原材料尺寸为厚度为0.4mm，宽度为7mm。

7.根据权利要求3所述的镍基焊丝的制造方法，其特征在于，还包括焊丝包装步骤：将所述焊丝成品缠绕于焊丝盘，并密封在药芯焊丝真空包装袋内。

8.一种镍基焊丝的焊接工艺，其特征在于，采用权利要求1~2中任一项的镍基焊丝焊接待焊接件。

9.根据权利要求8所述的镍基焊丝的焊接工艺，其特征在于，焊接时，将待焊接件的焊接部位和焊丝均置于保护气体氛围中；

所述待焊接件的焊接部位厚度为12mm~18mm；坡口为V形，所述坡口的角度为50°~55°。

10.根据权利要求9所述的镍基焊丝的焊接工艺，其特征在于，以体积百分比计，所述保护气体中，氩气的含量为98%：氧气的含量为2%。

11.根据权利要求8所述的镍基焊丝的焊接工艺，其特征在于，焊接电流为150A~200A。

12.根据权利要求8所述的镍基焊丝的焊接工艺，其特征在于，焊接速度为0.5m/min~0.6m/min。

13.根据权利要求8所述的镍基焊丝的焊接工艺，其特征在于，送丝速度为4m/min~6m/min。

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