鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)由于具有(you)優異的(de)(de)(de)高溫性能和卓(zhuo)越的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性能，已在(zai)航(hang)空航(hang)天、核電、火電、石油化工等(deng)領域獲(huo)得了廣泛的(de)(de)(de)應(ying)用，但鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)焊(han)接往(wang)往(wang)會帶來不少的(de)(de)(de)困難，主(zhu)要表現在(zai)相(xiang)的(de)(de)(de)變化導致接頭性能的(de)(de)(de)改變，以(yi)及焊(han)接過程(cheng)中產生的(de)(de)(de)各種裂紋等(deng)缺陷造(zao)成(cheng)運行中的(de)(de)(de)早期失效(xiao)。為(wei)此，眾(zhong)多(duo)科技工作者長期以(yi)來對鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)焊(han)接開(kai)展(zhan)了大量的(de)(de)(de)試驗研(yan)究，力求在(zai)焊(han)接鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)時(shi)能獲(huo)得高質(zhi)量和性能滿(man)意(yi)的(de)(de)(de)焊(han)接接頭。
鎳基(ji)合(he)(he)金是(shi)工(gong)程(cheng)材料(liao)(liao)最重要的(de)(de)(de)類別之一，因為(wei)它(ta)們能(neng)夠(gou)用(yong)(yong)于多種環境和(he)場(chang)合(he)(he)。在含(han)水和(he)高溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)耐蝕場(chang)合(he)(he)、室溫(wen)和(he)高溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)高強度(du)場(chang)合(he)(he)、低溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)延(yan)(yan)(yan)性(xing)(xing)和(he)韌性(xing)(xing)場(chang)合(he)(he)、特殊的(de)(de)(de)電(dian)性(xing)(xing)能(neng)場(chang)合(he)(he)以(yi)及與其他(ta)物理性(xing)(xing)能(neng)有(you)關的(de)(de)(de)場(chang)合(he)(he)都選(xuan)用(yong)(yong)了這些(xie)合(he)(he)金。鎳基(ji)合(he)(he)金焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)(liao)能(neng)提供(gong)某些(xie)焊(han)態下(xia)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)，而(er)(er)這些(xie)性(xing)(xing)能(neng)是(shi)其他(ta)類型(xing)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)產(chan)品所不(bu)能(neng)提供(gong)的(de)(de)(de)，例如被許多各種不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)合(he)(he)金元素稀釋后(hou)，還(huan)能(neng)保持從低溫(wen)到接(jie)(jie)近固相(xiang)線溫(wen)度(du)強度(du)和(he)延(yan)(yan)(yan)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)能(neng)力(li)。它(ta)們也是(shi)十分通(tong)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)，例如，用(yong)(yong)于焊(han)接(jie)(jie)9%鎳鋼的(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)接(jie)(jie)產(chan)品在液氮溫(wen)度(du)下(xia)還(huan)具有(you)非常高的(de)(de)(de)焊(han)態強度(du)和(he)沖擊韌性(xing)(xing)。用(yong)(yong)來焊(han)接(jie)(jie)鑄鐵的(de)(de)(de)鎳和(he)鎳－鐵合(he)(he)金能(neng)被鐵和(he)碳稀釋后(hou)而(er)(er)保持延(yan)(yan)(yan)性(xing)(xing)，并(bing)提供(gong)良好(hao)的(de)(de)(de)機加工(gong)特性(xing)(xing)。鎳基(ji)合(he)(he)金焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)(liao)亦(yi)廣泛用(yong)(yong)于電(dian)力(li)工(gong)業，可在碳鋼和(he)不(bu)銹鋼之間進行異種焊(han)接(jie)(jie)，作為(wei)在高溫(wen)下(xia)使(shi)用(yong)(yong)時熱膨脹系數的(de)(de)(de)過渡材料(liao)(liao)。
相對于(yu)鋼而言，鎳基合金(jin)能(neng)夠在(zai)低溫(wen)下(xia)使(shi)(shi)用(yong)，又能(neng)在(zai)接(jie)近(jin)1200℃的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)下(xia)使(shi)(shi)用(yong)，因為固(gu)溶合金(jin)的(de)(de)(de)基體從固(gu)態(tai)到(dao)絕對零度都保(bao)持奧(ao)氏體。這些加入適當添加劑的(de)(de)(de)合金(jin)提供了(le)有用(yong)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)，并(bing)在(zai)包括電力、石化(hua)、化(hua)學加工、航天和(he)控制(zhi)(zhi)環境污染(ran)等的(de)(de)(de)廣大工業(ye)領域中得到(dao)了(le)應用(yong)。對鎳基合金(jin)來說，焊接(jie)是(shi)一門關鍵性(xing)(xing)的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造技術(shu)。最近(jin)50年(nian)來，已經進行了(le)大量的(de)(de)(de)研究和(he)開發工作，為更好地(di)弄懂和(he)控制(zhi)(zhi)這些合金(jin)的(de)(de)(de)焊接(jie)性(xing)(xing)以及開發在(zai)焊接(jie)接(jie)頭耐(nai)蝕性(xing)(xing)和(he)力學性(xing)(xing)能(neng)方(fang)面能(neng)滿足更高(gao)要求的(de)(de)(de)焊接(jie)材料作出(chu)了(le)不(bu)懈的(de)(de)(de)努(nu)力。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用純鎳合金(jin)
商用(yong)純鎳(nie)合(he)金(jin)(jin)(jin)是基本上含(han)有(you)(you)鎳(nie)＞99%的(de)那些合(he)金(jin)(jin)(jin)。這是一個商用(yong)純鎳(nie)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)完整族系(xi)，命(ming)名為(wei)200合(he)金(jin)(jin)(jin)和(he)201合(he)金(jin)(jin)(jin)。這些材料(liao)具(ju)有(you)(you)低強度(du)和(he)低硬度(du)，原則上由于它(ta)們具(ju)有(you)(you)良好的(de)耐蝕性而用(yong)于苛性腐蝕環(huan)境(jing)。201合(he)金(jin)(jin)(jin)具(ju)有(you)(you)最高(gao)值為(wei)0.02wt%的(de)碳(tan)(tan)，所以它(ta)們能夠在(zai)高(gao)于315℃（600°F)的(de)高(gao)溫下(xia)使用(yong)而無被“石墨化”的(de)危險(xian)。因(yin)為(wei)碳(tan)(tan)在(zai)高(gao)于315℃的(de)鎳(nie)基體中是相對易變(bian)的(de)，添加超出溶(rong)解(jie)度(du)極限（～0.02%)的(de)碳(tan)(tan)會造成石墨質點的(de)沉淀，使材料(liao)變(bian)脆和(he)變(bian)弱(ruo)。
還有一(yi)些附加商(shang)用純鎳合金，它們在(zai)(zai)電(dian)或磁(ci)致(zhi)伸縮(suo)的(de)(de)有限場合使用。這些合金具有良好的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)性，但(dan)在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)時對(dui)氣孔敏感。如果在(zai)(zai)焊(han)(han)前和(he)焊(han)(han)接(jie)中保持(chi)清潔，這些合金會(hui)顯示良好的(de)(de)抗裂性，但(dan)保護氣體或焊(han)(han)劑必須充足以避免氣孔的(de)(de)形成(cheng)。商(shang)用純鎳焊(han)(han)接(jie)材料含有最高達1.5%鋁(lv)和(he)2.0%~3.5%鈦的(de)(de)添加劑來(lai)抵(di)消少量的(de)(de)大氣污染。鈦和(he)鋁(lv)與(yu)氧(yang)(yang)結(jie)合形成(cheng)氧(yang)(yang)化物，與(yu)氮結(jie)合形成(cheng)氮化物，因而控制(zhi)了在(zai)(zai)焊(han)(han)縫(feng)熔敷金屬中的(de)(de)氣孔。
2. 固溶強化合金(jin)
鎳(nie)和(he)銅是(shi)同一(yi)形態(tai)的(de)(de)元素（完全(quan)固(gu)(gu)溶性(xing)(xing)(xing)(xing)），能(neng)在(zai)整個成分范(fan)圍(wei)內生(sheng)成單相合(he)(he)金(jin)(jin)。這(zhe)(zhe)個族系(xi)(xi)的(de)(de)材(cai)(cai)料通常(chang)(chang)對海水和(he)其(qi)他一(yi)般(ban)腐蝕環境顯示出良(liang)(liang)(liang)好的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)。通常(chang)(chang)Ni-Cu合(he)(he)金(jin)(jin)有(you)很好的(de)(de)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)，但如果不使(shi)用(yong)適當的(de)(de)保護(hu)或(huo)良(liang)(liang)(liang)好的(de)(de)抗氧化(hua)焊接材(cai)(cai)料，可能(neng)會對氣孔敏(min)感(gan)。其(qi)他的(de)(de)固(gu)(gu)溶強化(hua)鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)可以(yi)僅含有(you)鐵，這(zhe)(zhe)些合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)大多數(shu)(shu)由(you)于(yu)特定(ding)的(de)(de)膨脹(zhang)系(xi)(xi)數(shu)(shu)或(huo)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)而得(de)到(dao)(dao)使(shi)用(yong)。Ni-36%Fe合(he)(he)金(jin)(jin)通常(chang)(chang)稱(cheng)作INVAR合(he)(he)金(jin)(jin)，在(zai)所(suo)有(you)的(de)(de)鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)中具有(you)最低(di)的(de)(de)膨脹(zhang)系(xi)(xi)數(shu)(shu)，在(zai)幾百度(du)的(de)(de)溫度(du)范(fan)圍(wei)內加熱(re)和(he)冷卻(que)一(yi)直到(dao)(dao)約300°F,僅以(yi)小于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)速率膨脹(zhang)和(he)收縮。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)(jin)有(you)較好的(de)(de)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)，但開(kai)發又有(you)良(liang)(liang)(liang)好抗凝固(gu)(gu)裂紋性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，又有(you)相匹配膨脹(zhang)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)焊接材(cai)(cai)料對焊材(cai)(cai)制造商來說是(shi)一(yi)個挑戰。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)(jin)及其(qi)焊材(cai)(cai)也可能(neng)對低(di)塑(su)性(xing)(xing)(xing)(xing)開(kai)裂敏(min)感(gan)，這(zhe)(zhe)種開(kai)裂的(de)(de)機理將在(zai)第3章(zhang)中詳(xiang)細(xi)闡述(shu)。
其他固溶合(he)金(jin)(jin)含有不(bu)同的(de)置(zhi)換元素(su)，包括鉻、鉬和(he)鎢。每種元素(su)都能(neng)賦予特殊的(de)性能(neng)，并有能(neng)力改(gai)變每種合(he)金(jin)(jin)的(de)焊接特性。固溶強(qiang)(qiang)(qiang)化鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)的(de)最高抗拉(la)強(qiang)(qiang)(qiang)度值(zhi)接近830 MPa(120 ksi),而(er)屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度在345~480 MPa(50~70 ksi)之(zhi)間。這些合(he)金(jin)(jin)在要求具有良好耐(nai)蝕性的(de)廣泛場合(he)下使用。如果要求較高的(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度水平，必須(xu)選擇沉淀強(qiang)(qiang)(qiang)化合(he)金(jin)(jin)。
3. 沉淀強化合金(jin)
沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)鎳基合(he)(he)金含有鈦、鋁(lv)和(he)(he)／或鈮等添加劑，在(zai)(zai)適當(dang)的(de)(de)(de)(de)熱處(chu)理(li)后與(yu)鎳形(xing)成(cheng)(cheng)強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)物(wu)。在(zai)(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況下，這些(xie)(xie)沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)物(wu)與(yu)奧(ao)氏體(ti)基體(ti)具有凝聚力(li)，并使(shi)基體(ti)變形(xing)，因(yin)而實質(zhi)上(shang)增加了基體(ti)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)。這些(xie)(xie)沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)物(wu)的(de)(de)(de)(de)大(da)多(duo)數(shu)稱為(wei)Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)最(zui)(zui)佳合(he)(he)金添加劑和(he)(he)熱處(chu)理(li)情(qing)況下，這些(xie)(xie)合(he)(he)金能夠強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)到(dao)最(zui)(zui)高(gao)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)超過(guo)1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)0.2%屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)超過(guo)1035 MPa(150 ksi).第一個沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr合(he)(he)金（X-750)是由γ'強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)靠近γ'溶解線溫度(du)下，顯示出良好的(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧化(hua)(hua)性(xing)和(he)(he)高(gao)溫強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)組合(he)(he)。不(bu)幸(xing)的(de)(de)(de)(de)是，當(dang)焊后并直接時(shi)效而不(bu)在(zai)(zai)中(zhong)間(jian)插(cha)入退火處(chu)理(li)時(shi)，會產生焊后應變時(shi)效裂(lie)紋(wen)（SAC).這種開裂(lie)的(de)(de)(de)(de)機(ji)理(li)將在(zai)(zai)第4章中(zhong)詳細闡述。在(zai)(zai)為(wei)改(gai)善焊接性(xing)和(he)(he)避免SAC的(de)(de)(de)(de)努(nu)力(li)下，開發了γ”強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)第二代(dai)沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)金。這些(xie)(xie)合(he)(he)金中(zhong)最(zui)(zui)普遍的(de)(de)(de)(de)是718合(he)(he)金。因(yin)為(wei)γ”沉淀(dian)(dian)(dian)(dian)物(wu)比γ'的(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)要慢(man)得多(duo)，718合(he)(he)金在(zai)(zai)焊后熱處(chu)理(li)時(shi)通常不(bu)受SAC影響。718合(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)主要應用之一是航空航天(tian)燃氣(qi)透平傳動軸和(he)(he)耐壓殼。如果適當(dang)地熔煉，獲得低(di)含量的(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)，該合(he)(he)金可提供極(ji)(ji)大(da)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用機(ji)會。當(dang)設(she)計(ji)合(he)(he)理(li)時(shi)，在(zai)(zai)一直到(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)(de)(de)使(shi)用溫度(du)下，具有極(ji)(ji)佳的(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞壽命。
基(ji)(ji)于(yu)沉淀強(qiang)化合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)具有在高(gao)溫(wen)下不同尋常(chang)的(de)高(gao)強(qiang)度和(he)(he)耐(nai)蝕性(xing)，所以(yi)通常(chang)把它們歸類(lei)為“超合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)”。該術(shu)語(yu)曾松散地應用于(yu)許多其他高(gao)強(qiang)度多元合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，但一(yi)般術(shu)語(yu)“超合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)”是用來描(miao)述由(you)γ'和(he)(he)γ”相所提供(gong)的(de)具有超強(qiang)度性(xing)能(neng)的(de)鎳(nie)基(ji)(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。
在(zai)燃氣輪機動葉(xie)(xie)片(pian)(pian)上采用超(chao)合(he)金(jin)(jin)始于(yu)IN713C合(he)金(jin)(jin)。這種合(he)金(jin)(jin)與X-750合(he)金(jin)(jin)相(xiang)似，但(dan)僅僅作為鑄(zhu)件生(sheng)產(chan)，因(yin)為含有(you)較(jiao)多的(de)(de)(de)鋁、鈦添加劑(ji)，因(yin)此從鑄(zhu)造溫度下冷卻時(shi)，會發生(sheng)時(shi)效(xiao)硬化。由于(yu)該(gai)合(he)金(jin)(jin)對(dui)SAC有(you)極高的(de)(de)(de)敏(min)感(gan)性，所以產(chan)品修(xiu)復(fu)受(shou)到(dao)限制，但(dan)在(zai)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)頂端堆焊則不(bu)會開裂(lie)。經(jing)過(guo)數十年的(de)(de)(de)技術進展，增(zeng)加了“超(chao)合(he)金(jin)(jin)”族系(xi)的(de)(de)(de)其他成員，包括(kuo)超(chao)高強度和耐腐蝕的(de)(de)(de)單晶透平(ping)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)合(he)金(jin)(jin)。為了減(jian)少(shao)在(zai)運行(xing)時(shi)受(shou)到(dao)侵蝕，在(zai)葉(xie)(xie)片(pian)(pian)頂端堆焊是可行(xing)的(de)(de)(de)，只要焊接過(guo)程能很(hen)好得到(dao)控制，并(bing)使殘余應力保持在(zai)較(jiao)低水平(ping)。最初這些材(cai)料(liao)在(zai)焊接修(xiu)復(fu)時(shi)曾遇(yu)到(dao)挑戰，包括(kuo)避免在(zai)熔池中的(de)(de)(de)晶粒分散(san)和阻止開裂(lie)。
4. 其他特殊(shu)合金
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁化合(he)(he)物是(shi)圍繞或(huo)是(shi)NiAl或(huo)是(shi)Ni3Al組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)而設計的(de)合(he)(he)金(jin)。它(ta)們顯示出非常高(gao)的(de)強度(du)和(he)耐(nai)蝕性能，但由于(yu)它(ta)們在(zai)很(hen)大溫度(du)范圍內延(yan)性低(di)，所(suo)以焊(han)接(jie)非常困難。Ni-Cr-B和(he)Ni-Mo-Si合(he)(he)金(jin)曾被開發用于(yu)在(zai)不(bu)同環境下(xia)的(de)耐(nai)磨材(cai)料，但這些合(he)(he)金(jin)由于(yu)硬(ying)度(du)高(gao)、延(yan)性低(di)，并在(zai)其成(cheng)(cheng)(cheng)分范圍內會形成(cheng)(cheng)(cheng)低(di)熔(rong)融(rong)區間(jian)的(de)相(xiang)，所(suo)以同樣難以焊(han)接(jie)。
