因瓦合金为单相奥氏体组织,具有极低的平均线膨胀系数,但是焊接后存在的焊缝组织粗大,硬度较低等问题限制着因瓦合金的进一步应用,因此通过设计新型因瓦合金焊丝,对改善因瓦合金焊接接头组织,提高焊缝强度和韧度,促进因瓦合金的应用具有重大的理论意义和实用价值。本研究以4J36为研究对象,借助Jmatpro模拟计算软件计算不同合金元素对因瓦合金组织转变和析出相的影响。并采用电弧熔炼和钨极惰性气体保护焊两种试验手段来探索合金元素对因瓦合金凝固组织、物理性能及力学性能的影响。研究结果表明:(1)通过模拟计算发现,添加0.2 wt.%Ti、0.2 wt.%Nb、0.2 wt.%Ti-Nb、0.2 wt.%Ti-Ni、0.2 wt.%Ti-Co合金元素后促进MC型碳化物析出,添加0.2 wt.%Co后促进了NiAl相的析出。(2)电弧熔炼最佳熔炼电流为150 A。添加不同合金元素后,在奥氏体晶界或者胞状亚结构胞壁发现了成分复杂的析出相,这些析出相细化了因瓦合金奥氏体晶粒和胞状亚结构,其硬度也得到了提高,且添加中间合金0.2 wt.%Ti-Nb、0.2 wt.%Ti-Ni和0.2 wt.%Ti-Co后硬度分布波动有所降低,更有利于获得力学性能均匀的因瓦合金。另外添加不同合金元素后晶格常数均增加,居里温度有所提高,平均线膨胀系数均降低。添加中间合金比添加0.2 wt.%Co,0.2 wt.%Ti,0.2 wt.%Nb作用效果更加明显。(3)采用无添加、添加钴、钛、铌和不同中间合金焊丝焊后焊缝表面成形良好,无宏观可见缺陷。采用添加合金元素焊丝焊后焊缝奥氏体晶粒平均尺寸和胞状亚结构平均尺寸均减小,采用添加中间合金0.2 wt.%Ti-Nb、0.2 wt.%Ti-Ni和0.2 wt.%Ti-Co焊丝时,细化效果更加明显。奥氏体晶粒分别细化了53%、47%和44%,胞状亚结构分别细化了69%、56%和38%。(4)采用添加合金元素焊丝焊接后焊缝平均硬度均有所提高,其中采用添加中间合金焊丝焊后焊缝显微硬度分布波动幅度较低。焊后因瓦合金焊缝拉伸强度和低温冲击韧度均提高。当添加合金元素为0.2 wt.%Ti-Nb时提高幅度最大,抗拉强度提高27%,冲击韧度提高59%。在本试验研究范围内随着胞状亚结构的细化,焊缝冲击韧性提高。