鎳及鎳(nie)合金具有良好的強度、塑性及可貴的耐熱性和耐蝕性，在石油化工、核能裝置上應用較多。采用不銹鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金的焊接構件，關鍵部位用鎳及鎳合金，而其他部位用普通結構鋼或不銹鋼，可以大量節省昂貴的鎳。不銹鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金焊接時，焊縫中主要化學成分是鐵和鎳，它們能夠互溶，不形成金屬間化合物，有利于焊接。
一、焊接性
不銹鋼(gang)（或碳鋼(gang)）與鎳(nie)及鎳(nie)合金焊接的主在(zai)問題是氣(qi)孔和熱裂紋。
1. 氣(qi)孔
焊縫(feng)中產生(sheng)氣孔的(de)原(yuan)因：焊接時液態(tai)金屬中溶解較多(duo)的(de)氧(yang)(yang)，氧(yang)(yang)在(zai)高溫(wen)時將鎳(nie)氧(yang)(yang)化形成NiO。NiO能與液體金屬中氫和碳(tan)發生(sheng)下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳(nie)-鐵合金的(de)凝固(gu)時(shi)來不(bu)及溢(yi)出，殘留在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)就形(xing)成氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)。在(zai)純鎳(nie)與碳鋼埋弧焊(han)(han)(han)(han)(han)時(shi)，鐵鎳(nie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)含(han)(han)量對氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)傾向(xiang)的(de)影響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)(ke)知：氮(dan)和氫變(bian)化不(bu)大的(de)情(qing)況下，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氧含(han)(han)量越多，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)數量越多。在(zai)埋弧焊(han)(han)(han)(han)(han)時(shi)，與焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)種類(lei)也有關系，如圖(tu)5-37a所(suo)示。從圖(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)(ke)以看出，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)含(han)(han)量相同時(shi)，無(wu)(wu)氧焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)抗氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)性能優于低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)；當焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)，用低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)焊(han)(han)(han)(han)(han)成的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)所(suo)形(xing)成的(de)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)的(de)體(ti)(ti)積為(wei)用無(wu)(wu)氧焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)5～6倍。
此外(wai)，焊(han)縫金屬中的(de)(de)(de)鎳(nie)鐵比(bi)(bi)和(he)其他(ta)合金元素對(dui)焊(han)縫形成(cheng)氣孔的(de)(de)(de)傾向也有影響。氧在液態鎳(nie)中的(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)大(da)于在液態鐵中的(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)，而氧在固態鎳(nie)中的(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)卻(que)比(bi)(bi)固態鐵中小。因(yin)此，氧的(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)在鎳(nie)結(jie)晶時的(de)(de)(de)突(tu)變比(bi)(bi)在鐵結(jie)晶時突(tu)變更(geng)為顯著。從圖5-37a中可以看出，當焊(han)縫(feng)中(zhong)鎳量(liang)較少(shao)時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)(qi)孔(kong)傾(qing)向(xiang)較小；鎳含量(liang)大時，氣(qi)(qi)孔(kong)的傾(qing)向(xiang)較大。然而(er)，隨著(zhu)焊(han)縫(feng)中(zhong)的w（Ni）提高到60％～90％時，氣(qi)(qi)孔(kong)形成(cheng)傾(qing)向(xiang)有所降低(di)，這(zhe)是由(you)于焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)熔入不銹鋼(gang)量(liang)減少(shao)，碳含量(liang)也相(xiang)應減少(shao)，所以形成(cheng)一(yi)氧化碳的氣(qi)(qi)孔(kong)傾(qing)向(xiang)就降低(di)了。
在鋼與鎳及鎳合金焊接時，焊縫中若含有錳、鉻、鉬、鋁、鈦等合金元素或復合合金，能提高焊縫金屬抗氣孔的能力。這是由于錳、鈦和鋁等具有脫氧作用，而鉻和錳能提高氣體在固態金屬中的溶解度，鋁和鈦還能把氮固定在穩定的化合物中，所以均能提高焊縫金屬的抗孔能力。這樣，06Cr18Ni11Ti不銹鋼與鎳及鎳合金焊接的焊縫金屬，其抗氣孔能力要比碳鋼與鎳及鎳合金焊接的焊縫金屬高得多。
2. 熱裂紋
熱裂紋是熔(rong)池結晶過程中形成低熔(rong)點共晶體(ti)引起的。
高鎳(nie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)具有(you)樹(shu)枝狀組織(zhi)，在粗大晶(jing)(jing)粒的(de)(de)邊界(jie)上(shang)，集中了(le)一些低(di)(di)熔(rong)點(dian)共晶(jing)(jing)體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)共晶(jing)(jing)體），削弱(ruo)了(le)晶(jing)(jing)粒間的(de)(de)聯系，降低(di)(di)了(le)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能。此外，單(dan)相(xiang)奧(ao)氏體焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中，當(dang)鎳(nie)含(han)量增加時(shi)，晶(jing)(jing)粒顯著長大，也促(cu)進(jin)裂(lie)紋(wen)的(de)(de)產生。從圖5-37b中還可(ke)以(yi)看(kan)(kan)到采(cai)用無氧(yang)焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)時(shi)，由于焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中氧(yang)、硫和(he)磷(lin)等(deng)有(you)害雜質(zhi)的(de)(de)減少，特別是(shi)氧(yang)含(han)量的(de)(de)急(ji)劇降低(di)(di)，裂(lie)紋(wen)傾向減少。可(ke)以(yi)認為，無論(lun)從抗(kang)氣(qi)孔性(xing)能方面，還上(shang)從抗(kang)裂(lie)性(xing)能方面看(kan)(kan)，優質(zhi)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接材(cai)料(liao)和(he)良好的(de)(de)保護及脫(tuo)氧(yang)是(shi)十分重要(yao)的(de)(de)。
在焊縫中，含(han)有(you)錳(meng)、鉻、鋁(lv)(lv)、鈦(tai)、鈮(ni)等合金元素(su)均能(neng)(neng)提(ti)高焊縫金屬(shu)的(de)(de)(de)抗裂性(xing)能(neng)(neng)。其(qi)中錳(meng)、鉻、鋁(lv)(lv)、鈦(tai)和鈮(ni)均為變質劑，能(neng)(neng)細化焊縫組織(zhi)，并打亂其(qi)結晶的(de)(de)(de)方向(xiang)性(xing)；鋁(lv)(lv)和鈦(tai)還是強烈的(de)(de)(de)脫氧劑，能(neng)(neng)降(jiang)低焊縫金屬(shu)中氧的(de)(de)(de)含(han)量；錳(meng)還具(ju)有(you)一定(ding)脫硫(liu)作(zuo)用(yong)，能(neng)(neng)與(yu)硫(liu)形成難熔的(de)(de)(de)MnS，從而減少硫(liu)的(de)(de)(de)有(you)害作(zuo)用(yong)。由(you)此分析，不(bu)銹鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金焊接(jie)時，其(qi)抗裂性(xing)能(neng)(neng)優(you)于碳鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金的(de)(de)(de)焊接(jie)。
二、焊接方法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)及鎳(nie)合金(jin)熔(rong)焊(han)的方(fang)法(fa)有焊(han)條(tiao)電(dian)弧(hu)焊(han)、埋弧(hu)焊(han)、氣體保護焊(han)、等離子弧(hu)焊(han)和脈沖(chong)激光焊(han)等。
1. 焊條(tiao)電(dian)弧焊
a. 為了保證焊接(jie)接(jie)頭的(de)質量，選用焊接(jie)材(cai)料要(yao)使(shi)焊縫金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時(shi)(shi)焊縫具(ju)有較高的(de)抗氣孔和(he)(he)抗熱(re)裂(lie)紋的(de)性(xing)能，焊接(jie)接(jie)頭也具(ju)有優良的(de)力學性(xing)能。同時(shi)(shi)，還必須嚴格(ge)限制焊接(jie)材(cai)料中硫和(he)(he)磷的(de)含(han)量。
b. 焊接(jie)坡口的角度(du)應為60°～80°。
c. 焊(han)前要將兩種金(jin)屬(shu)待(dai)焊(han)處仔細清理，去除油(you)污和雜(za)質，露(lu)出金(jin)屬(shu)光澤，不能(neng)有水跡(ji)。
d. 焊接時(shi)電弧應(ying)稍(shao)偏不銹鋼一(yi)側(ce)，選用小的(de)熱輸(shu)入，有利于細(xi)化晶粒，防(fang)止(zhi)裂(lie)紋(wen)的(de)形成。
2. 埋弧焊
不(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳焊(han)接(jie)(jie)時，焊(han)縫不(bu)會出現馬氏體組織，所以焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的力學性能比(bi)較(jiao)好。例如，用(yong)熱輸入比(bi)較(jiao)大(da)的埋弧焊(han)焊(han)接(jie)(jie)不(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳時，焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭抗拉強度可達500～600MPa，沖(chong)擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角(jiao)達180°不(bu)裂。
3. 氣(qi)體保護焊(han)
a. 管狀(zhuang)焊絲焊接
不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳(nie)(nie)基熱強合金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)，選用(yong)不(bu)同(tong)的(de)管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲成分(fen)（管(guan)(guan)材為Cr20Ni80），對(dui)焊(han)(han)縫金(jin)屬熱裂傾(qing)向的(de)影響(xiang)如圖(tu)5-38所示。試(shi)驗結果表明(ming)：提高抗(kang)裂性(xing)能最(zui)有(you)效的(de)方法是用(yong)鉬對(dui)焊(han)(han)縫金(jin)屬合金(jin)化，當(dang)焊(han)(han)縫中(zhong)w（Mo）達到(dao)(dao)6.5％時(shi)，幾乎完全可以消(xiao)除熱裂紋(wen)。考慮到(dao)(dao)母材金(jin)屬稀釋(shi)的(de)影響(xiang)，管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲中(zhong)w（Mo）為30％左右。用(yong)氬(ya)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)不(bu)銹鋼06Cr18Nil1Ti與鎳(nie)(nie)基熱強合金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采(cai)用(yong)下列3種管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲都能獲(huo)得(de)優質(zhi)(zhi)的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭，其管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲的(de)化學成分(fen)的(de)質(zhi)(zhi)量分(fen)數（％）為：①. Cr 10～12，Ni 58～60和(he)(he)Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和(he)(he)Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和(he)(he)Mo 20。
b. 實芯焊(han)絲焊(han)接
對不(bu)銹鋼與鎳(nie)基合(he)(he)金進行(xing)氣(qi)(qi)體保護焊時(shi)，氣(qi)(qi)體保護可選(xuan)用(yong)Ar、He或Ar+He混合(he)(he)氣(qi)(qi)，為(wei)了消除焊縫金屬中(zhong)氣(qi)(qi)孔(kong)，可以用(yong)體積分數(shu)(shu)為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)(he)氣(qi)(qi)體。要求Ar和He氣(qi)(qi)體純度(du)不(bu)小(xiao)于(yu)99.5％（體積分數(shu)(shu)）。
不銹鋼與鎳(nie)基合(he)金用(yong)手(shou)工(gong)鎢極氣體保護焊時(shi)，所(suo)選用(yong)焊絲牌(pai)號見(jian)表(biao)5-87。不銹鋼與鎳(nie)手(shou)工(gong)鎢極氬(ya)弧(hu)焊和自動鎢極氬(ya)弧(hu)焊的焊接參數見(jian)表(biao)5-88和表(biao)5-89。
