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(yi)、焊接性(xing)
不銹(xiu)鋼(gang)（或(huo)碳鋼(gang)）與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金焊接(jie)的主在(zai)問題是氣(qi)孔和熱(re)裂紋。
1. 氣孔
焊(han)縫(feng)中(zhong)產生(sheng)氣孔(kong)的原(yuan)因(yin)：焊(han)接時液(ye)態金(jin)屬(shu)中(zhong)溶解較多的氧，氧在(zai)高溫時將鎳(nie)氧化形成NiO。NiO能與液(ye)體金(jin)屬(shu)中(zhong)氫和碳發生(sheng)下(xia)列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳(nie)-鐵(tie)合(he)金的(de)(de)(de)凝固時(shi)來(lai)不(bu)及溢出，殘留(liu)在焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)體就形成氣(qi)孔(kong)。在純鎳(nie)與(yu)(yu)碳鋼(gang)埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)，鐵(tie)鎳(nie)焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)體含(han)量(liang)對氣(qi)孔(kong)傾向的(de)(de)(de)影響見(jian)表5-86。從表中(zhong)可(ke)知：氮和氫變化不(bu)大的(de)(de)(de)情況下(xia)，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氧含(han)量(liang)越多，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)孔(kong)數量(liang)越多。在埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)，與(yu)(yu)焊(han)(han)(han)劑種類也有關系(xi)，如(ru)圖5-37a所(suo)示。從圖中(zhong)可(ke)以看出，焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)鎳(nie)含(han)量(liang)相同時(shi)，無氧焊(han)(han)(han)劑的(de)(de)(de)抗氣(qi)孔(kong)性(xing)能優(you)于(yu)低硅(gui)焊(han)(han)(han)劑；當焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)，用低硅(gui)焊(han)(han)(han)劑焊(han)(han)(han)成的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)所(suo)形成的(de)(de)(de)氣(qi)孔(kong)的(de)(de)(de)體積為用無氧焊(han)(han)(han)劑的(de)(de)(de)5～6倍。
此外，焊縫金屬中的(de)(de)鎳(nie)鐵(tie)比(bi)和其他(ta)合金元素對焊縫形成氣孔的(de)(de)傾向也有影響。氧(yang)在(zai)(zai)液態(tai)鎳(nie)中的(de)(de)溶(rong)解度(du)大于在(zai)(zai)液態(tai)鐵(tie)中的(de)(de)溶(rong)解度(du)，而氧(yang)在(zai)(zai)固態(tai)鎳(nie)中的(de)(de)溶(rong)解度(du)卻(que)比(bi)固態(tai)鐵(tie)中小。因此，氧(yang)的(de)(de)溶(rong)解度(du)在(zai)(zai)鎳(nie)結(jie)晶時的(de)(de)突變比(bi)在(zai)(zai)鐵(tie)結(jie)晶時突變更為顯(xian)著。從圖5-37a中可(ke)以看出(chu)，當焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中鎳量較(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔傾(qing)向(xiang)(xiang)較(jiao)小；鎳含(han)量大時，氣孔的傾(qing)向(xiang)(xiang)較(jiao)大。然而，隨著焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中的w（Ni）提高(gao)到(dao)60％～90％時，氣孔形成傾(qing)向(xiang)(xiang)有(you)所降低，這是由于焊(han)縫(feng)(feng)(feng)金(jin)屬中熔入不銹鋼(gang)量減少，碳(tan)含(han)量也相應減少，所以形成一氧化碳(tan)的氣孔傾(qing)向(xiang)(xiang)就(jiu)降低了。
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
熱裂紋是熔池結晶過程中形成低熔點共晶體引起的。
高鎳焊縫(feng)具有樹枝狀組織，在粗大(da)(da)晶(jing)粒(li)的(de)(de)(de)(de)(de)邊界(jie)上，集中(zhong)(zhong)了(le)一些低熔點共(gong)晶(jing)體（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)(de)(de)(de)(de)共(gong)晶(jing)體），削弱(ruo)了(le)晶(jing)粒(li)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)聯系，降(jiang)低了(le)焊縫(feng)金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)。此外，單(dan)相奧氏體焊縫(feng)中(zhong)(zhong)，當鎳含量增加時，晶(jing)粒(li)顯著長大(da)(da)，也促進裂(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)產生(sheng)。從圖(tu)5-37b中(zhong)(zhong)還可(ke)以(yi)看(kan)到采用無氧焊劑時，由于焊縫(feng)中(zhong)(zhong)氧、硫和磷等有害雜質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)少，特(te)別是氧含量的(de)(de)(de)(de)(de)急劇降(jiang)低，裂(lie)紋(wen)傾向減(jian)少。可(ke)以(yi)認為，無論從抗(kang)氣(qi)孔性(xing)能(neng)(neng)方(fang)面，還上從抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)方(fang)面看(kan)，優質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)焊接材料和良好的(de)(de)(de)(de)(de)保護及脫(tuo)氧是十分重要的(de)(de)(de)(de)(de)。
在焊縫(feng)中(zhong)，含(han)有(you)錳(meng)(meng)、鉻(ge)、鋁、鈦(tai)、鈮(ni)等合(he)金(jin)元(yuan)素(su)均(jun)能(neng)(neng)(neng)提高(gao)焊縫(feng)金(jin)屬(shu)(shu)的抗裂性能(neng)(neng)(neng)。其中(zhong)錳(meng)(meng)、鉻(ge)、鋁、鈦(tai)和鈮(ni)均(jun)為變質劑(ji)，能(neng)(neng)(neng)細化(hua)焊縫(feng)組織，并打亂其結(jie)晶的方(fang)向性；鋁和鈦(tai)還是強烈的脫(tuo)氧(yang)劑(ji)，能(neng)(neng)(neng)降低焊縫(feng)金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)氧(yang)的含(han)量；錳(meng)(meng)還具有(you)一定脫(tuo)硫作(zuo)用，能(neng)(neng)(neng)與(yu)硫形成(cheng)難熔的MnS，從而減少硫的有(you)害作(zuo)用。由此(ci)分析(xi)，不銹鋼(gang)與(yu)鎳及鎳合(he)金(jin)焊接(jie)時，其抗裂性能(neng)(neng)(neng)優于碳鋼(gang)與(yu)鎳及鎳合(he)金(jin)的焊接(jie)。
二、焊接方法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及(ji)鎳合金熔焊(han)的方(fang)法(fa)有(you)焊(han)條電弧焊(han)、埋弧焊(han)、氣體保護焊(han)、等離子弧焊(han)和脈沖(chong)激光焊(han)等。
1. 焊條電弧(hu)焊
a. 為(wei)了(le)保(bao)證焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)，選用焊接(jie)材(cai)料要(yao)使(shi)焊縫金屬(shu)中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此時焊縫具有(you)較(jiao)高的(de)(de)抗(kang)氣孔和(he)抗(kang)熱裂(lie)紋(wen)的(de)(de)性能(neng)(neng)，焊接(jie)接(jie)頭也(ye)具有(you)優良(liang)的(de)(de)力學性能(neng)(neng)。同時，還(huan)必須(xu)嚴格限制(zhi)焊接(jie)材(cai)料中硫(liu)和(he)磷的(de)(de)含量(liang)(liang)。
b. 焊接坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊(han)前(qian)要將(jiang)兩種金屬待焊(han)處仔細清理，去除油污和雜質，露(lu)出金屬光(guang)澤，不能有水跡。
d. 焊接時電(dian)弧應稍偏不銹鋼(gang)一側，選(xuan)用小的熱輸(shu)入(ru)，有利于細化晶粒，防止裂(lie)紋(wen)的形(xing)成(cheng)。
2. 埋(mai)弧(hu)焊
不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳焊(han)接(jie)時，焊(han)縫不(bu)會出現馬氏(shi)體組織，所以焊(han)接(jie)接(jie)頭的力學性能比(bi)較好。例如，用熱輸入比(bi)較大的埋弧焊(han)焊(han)接(jie)不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳時，焊(han)接(jie)接(jie)頭抗(kang)拉強度(du)(du)可達500～600MPa，沖擊韌度(du)(du)為240～300J／c㎡，冷彎角(jiao)達180°不(bu)裂。
3. 氣體保護焊(han)
a. 管(guan)狀焊絲(si)焊接
不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳基熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接時(shi)，選用不(bu)同的(de)(de)(de)管(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)成分(fen)（管(guan)材(cai)為(wei)Cr20Ni80），對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬熱(re)裂(lie)傾向的(de)(de)(de)影響(xiang)如(ru)圖5-38所示(shi)。試驗結果(guo)表明(ming)：提高抗裂(lie)性(xing)能(neng)最有效(xiao)的(de)(de)(de)方法是用鉬對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬合(he)金(jin)化，當(dang)焊(han)(han)(han)縫(feng)中w（Mo）達到(dao)6.5％時(shi)，幾乎完(wan)全可以消(xiao)除熱(re)裂(lie)紋。考慮(lv)到(dao)母材(cai)金(jin)屬稀釋(shi)的(de)(de)(de)影響(xiang)，管(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)中w（Mo）為(wei)30％左右。用氬弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳基熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用下列3種管(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)都能(neng)獲得優質的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接接頭，其管(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)的(de)(de)(de)化學成分(fen)的(de)(de)(de)質量分(fen)數（％）為(wei)：①. Cr 10～12，Ni 58～60和Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和Mo 20。
b. 實芯焊絲焊接
對不銹(xiu)鋼與鎳基合(he)(he)金進行(xing)氣(qi)體(ti)保護焊(han)時，氣(qi)體(ti)保護可(ke)選用Ar、He或(huo)Ar+He混合(he)(he)氣(qi)，為(wei)了(le)消除焊(han)縫金屬中氣(qi)孔，可(ke)以用體(ti)積分(fen)數為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)(he)氣(qi)體(ti)。要求Ar和He氣(qi)體(ti)純(chun)度不小于99.5％（體(ti)積分(fen)數）。
不(bu)銹(xiu)鋼與鎳(nie)(nie)基合金用手工(gong)鎢極氣體保護焊(han)(han)(han)時，所選(xuan)用焊(han)(han)(han)絲牌號見表(biao)5-87。不(bu)銹(xiu)鋼與鎳(nie)(nie)手工(gong)鎢極氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)(han)和自(zi)動鎢極氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)接參數見表(biao)5-88和表(biao)5-89。
