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ENiCrFe-9焊条因为其优异的低温性能以及与9Ni钢有良好的焊接性,目前该焊条已经广泛应用于9Ni钢的焊接,然而国内尚无成熟的ENiCrFe-9镍基合金焊条,无法满足国内LNG产业的快速发展。进口ENiCrFe-9镍基合金焊条不仅价格昂贵,焊接过程中遇到的问题也得不到及时的技术支持且供货周期完全受制于国外厂家,严重制约了我国LNG产业的发展。因此开发出性能优异的ENiCrFe-9镍基合金焊条并科学解决焊接过程中遇到的问题显得极为重要。本文根据焊接冶金学知识和矿物粉的焊接冶金特点并结合实际的生产经验,采用“经验法定药皮的初始配方-正交法定药皮的基本配方-单因素变量法定最终配方”开发出性能优异的碱度分别为4.25和1.59的强碱性和弱碱性ENiCrFe-9镍基合金焊条,其熔敷金属的力学性能完全达到AWS A5.11ENiCrFe-9的要求,其焊接工艺性能和熔敷金属的力学性能已达到国外同类产品的水平,甚至部分指标略优于国外同类产品。自主开发的弱碱性焊条熔敷金属其抗拉强度和屈服强度分别为666 MPa和454 MPa,延伸率为30%;自主开发的强碱性焊条熔敷金属其抗拉强度和屈服强度分别为695 MPa和454 MPa,延伸率为35%;神钢焊条熔敷金属其强度和拉伸屈服强度分别为706 MPa和468 MPa,延伸率为34%。弱碱性焊条熔敷金属平均低温冲击功为67 J,强碱性焊条熔敷金属平均低温冲击功为83 J,神钢焊条熔敷金属平均低温冲击功为58 J。通过对比两种不同碱度的镍基合金焊条,强碱性CaF2-Ca O-Si O2渣系镍基合金焊条其焊接工艺性略逊于低碱度镍基合金焊条。强碱性镍基合金焊条中元素Mn、Mo、Cr、Ni和W的过渡系数高于弱碱性Ti O2-Si O2-Sr O渣系镍基合金焊条,而Nb和Si的元素过渡系数却低于弱碱性镍基合金焊条。弱碱性镍基合金焊条熔敷金属中O、H和S含量高于强碱性焊条且弱碱性镍基合金焊条熔敷金属内部含有大量富Mn和富Al的氧化物,这导致了弱碱性镍基合金焊条熔敷金属力学性能低于强碱性镍基合金焊条熔敷金属力学性能。通过改变强碱性镍基合金焊条药皮中Ca CO3/（CaF2+Ca CO3）的比例和弱碱性镍基合金焊条药皮中Ca CO3/（Ti O2+Ca CO3）的比例研究镍基合金焊条的粘渣机理。研究表明,在强碱性镍基合金焊条中Ca CO3/（CaF2+Ca CO3）=0.19时熔渣为绿色,熔渣由尺寸约为100-150μm的块体相互之间紧密连接组成,熔渣主要组成相是Ca4Si2O7F2以及少量的尖晶石、Ca Ti O3和CaF2,此时虽然熔渣能够较好的覆盖在焊缝表面,但脱渣率仅为50.7%。随着药皮中Ca CO3/（CaF2+Ca CO3）的增加,熔渣颜色由绿色逐渐向黑色转变,脱渣率也逐渐增加。Ca CO3/（CaF2+Ca CO3）=0.50时熔渣颜色为黑色,熔渣由一些放射性的长条状组成,熔渣主要组成相是CaF2以及少量的Ca4Si2O7F2、尖晶石和Ca Ti O3,熔渣能够较好的覆盖在焊缝表面,脱渣率为97.1%。Ca CO3/（CaF2+Ca CO3）=0.66时熔渣颜色为深黑色,熔渣在焊缝表面发生团簇,熔渣由方向性竹节状板条组成,这些板条结构主要组成相为CaF2和Ca4Si2O7F2以及少量的Ca2Si O4,这些Ca-Si-O-F氟化物分布在CaF2上,但脱渣率下降至92.6%。在弱碱性镍基合金焊条中,Ca CO3/（Ti O2+Ca CO3）=1时熔渣颜色为黑色,熔渣主要由CaF2以及含有少量的Ca Si O4和Ca2Si2O7F2组成,熔渣不能较好的覆盖在焊缝表面,脱渣率为75%。随着药皮中Ca CO3/（Ti O2+Ca CO3）的减少熔渣颜色由黑色逐渐变为绿色。Ca CO3/（Ti O2+Ca CO3）=0.36时,脱渣率为98%,熔渣主要组成相为Ca Ti O3。Ca CO3/（Ti O2+Ca CO3）=0.21时,熔渣颜色变为深绿色,熔渣主要组成相为Ca Ti O3和CaF2以及一些未知相,而脱渣率降至91%。设计两组实验,分别改变熔敷金属中Nb/Cr和Nb/Mo比值,研究合金元素对镍基合金焊条熔敷金属微观组织和性能的影响。研究表明,随着Nb/Cr比由0.05逐渐升至0.11和0.19时,晶粒形貌由柱状晶逐渐转变为胞状晶和等轴晶,晶界析出相由连续析出逐渐转变为半连续析出和仅有少量在晶界析出。Nb/Cr=0.05和0.11时晶内析出相是以富铌碳化物和氧化物为主,Nb/Cr=0.19时晶内主要析出相是富铌碳化物以及Laves相。晶内析出相的尺寸和体积分数分别由Nb/Cr=0.05时的0.38μm和0.60%逐渐增加到Nb/Cr=0.19时的0.48μm和2.30%,导致基体的硬度也随之增加而熔敷金属平均低温冲击硬度反而由91.3J逐渐降为83.7J和75.0J。随着Nb/Mo比由0.12逐渐升至0.33和1.15时,晶粒形貌均为柱状晶,而晶界析出相由连续析出逐渐转变为半连续析出和仅有少量在晶界析出。Nb/Mo=0.12和0.33时晶内主要析出相是富铌碳化物,Nb/Mo=1.15时晶内析出相除富铌碳化物以外还有Laves相。随着Nb/Mo的增加析出相尺寸和析出相体积分数仅有少量的增加,由Nb/Mo=0.12时的1.59μm和1.29%升至Nb/Mo=1.15时的1.9μm和1.42%,导致基体的硬度也随之少许增加而熔敷金属低温冲击硬度反而降低,由Nb/Mo=0.12时的89 J逐渐降为80 J和69 J。