鎳及鎳(nie)合(he)金(jin)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(jie)性
不銹鋼（或碳鋼）與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金(jin)焊(han)接的主在(zai)問題是氣孔和熱裂紋(wen)。
1. 氣孔
焊(han)(han)縫中產生氣孔(kong)的(de)原(yuan)因：焊(han)(han)接(jie)時液態金(jin)屬中溶(rong)解較多的(de)氧(yang)，氧(yang)在高溫時將鎳氧(yang)化(hua)形成NiO。NiO能與液體金(jin)屬中氫和(he)碳發生下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由(you)于(yu)鎳-鐵合金的(de)凝固(gu)時來不(bu)(bu)及溢(yi)出，殘(can)留(liu)在(zai)焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)就形(xing)成氣(qi)孔。在(zai)純鎳與碳(tan)鋼埋弧焊(han)時，鐵鎳焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)含(han)量對(dui)氣(qi)孔傾向的(de)影響(xiang)見表(biao)5-86。從表(biao)中(zhong)(zhong)可知：氮和氫變化不(bu)(bu)大(da)的(de)情況下，焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)氧含(han)量越多(duo)，焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)孔數量越多(duo)。在(zai)埋弧焊(han)時，與焊(han)劑(ji)(ji)種(zhong)類也有關系，如圖(tu)5-37a所示。從圖(tu)中(zhong)(zhong)可以(yi)看出，焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)鎳含(han)量相同時，無氧焊(han)劑(ji)(ji)的(de)抗氣(qi)孔性能優于(yu)低硅焊(han)劑(ji)(ji)；當(dang)焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時，用(yong)低硅焊(han)劑(ji)(ji)焊(han)成的(de)焊(han)縫(feng)所形(xing)成的(de)氣(qi)孔的(de)體(ti)積為用(yong)無氧焊(han)劑(ji)(ji)的(de)5～6倍(bei)。
此外，焊縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)的(de)鎳鐵比和其他(ta)合(he)金元素對焊縫(feng)形成氣孔的(de)傾向也有影(ying)響(xiang)。氧(yang)在(zai)(zai)液(ye)態(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)大于在(zai)(zai)液(ye)態(tai)鐵中(zhong)(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)，而(er)氧(yang)在(zai)(zai)固態(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)卻比固態(tai)鐵中(zhong)(zhong)小。因此，氧(yang)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)在(zai)(zai)鎳結晶時(shi)的(de)突(tu)變(bian)比在(zai)(zai)鐵結晶時(shi)突(tu)變(bian)更為顯著。從圖(tu)5-37a中(zhong)(zhong)可以(yi)看出，當(dang)焊(han)(han)縫中鎳量(liang)較少(shao)(shao)時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔傾(qing)向(xiang)較小(xiao)；鎳含量(liang)大時，氣孔的(de)傾(qing)向(xiang)較大。然(ran)而(er)，隨著焊(han)(han)縫中的(de)w（Ni）提高到60％～90％時，氣孔形成(cheng)傾(qing)向(xiang)有所(suo)降(jiang)低(di)，這是由于(yu)焊(han)(han)縫金屬中熔入(ru)不銹(xiu)鋼量(liang)減少(shao)(shao)，碳(tan)(tan)含量(liang)也相應減少(shao)(shao)，所(suo)以(yi)形成(cheng)一氧化碳(tan)(tan)的(de)氣孔傾(qing)向(xiang)就降(jiang)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(re)裂紋
熱裂紋是熔池結晶(jing)過程中形(xing)成低熔點共晶(jing)體引起的(de)。
高鎳焊(han)(han)縫具有樹枝狀(zhuang)組織，在(zai)粗大晶(jing)粒(li)的邊界上，集中了(le)一些低熔點共晶(jing)體(ti)（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的共晶(jing)體(ti)），削弱了(le)晶(jing)粒(li)間(jian)的聯系，降低了(le)焊(han)(han)縫金(jin)屬的抗裂性能。此外，單(dan)相奧氏(shi)體(ti)焊(han)(han)縫中，當鎳含量增(zeng)加時，晶(jing)粒(li)顯(xian)著長大，也促進裂紋的產生。從(cong)圖5-37b中還可以(yi)看(kan)到采用(yong)無氧(yang)焊(han)(han)劑(ji)時，由(you)于焊(han)(han)縫中氧(yang)、硫和磷(lin)等有害雜(za)質的減少，特(te)別是(shi)氧(yang)含量的急劇降低，裂紋傾向減少。可以(yi)認為，無論從(cong)抗氣孔性能方(fang)面(mian)，還上從(cong)抗裂性能方(fang)面(mian)看(kan)，優質的焊(han)(han)接材料和良好的保護及(ji)脫氧(yang)是(shi)十(shi)分(fen)重要的。
在(zai)焊縫(feng)中(zhong)，含(han)有錳、鉻、鋁(lv)、鈦、鈮等合(he)金(jin)元素均能(neng)提高焊縫(feng)金(jin)屬的(de)(de)抗(kang)裂性能(neng)。其中(zhong)錳、鉻、鋁(lv)、鈦和鈮均為變質(zhi)劑(ji)(ji)，能(neng)細化焊縫(feng)組(zu)織，并打亂其結(jie)晶的(de)(de)方向性；鋁(lv)和鈦還是強烈的(de)(de)脫氧(yang)劑(ji)(ji)，能(neng)降低焊縫(feng)金(jin)屬中(zhong)氧(yang)的(de)(de)含(han)量；錳還具有一定脫硫(liu)作用，能(neng)與(yu)硫(liu)形成難(nan)熔的(de)(de)MnS，從而減少硫(liu)的(de)(de)有害作用。由此分析，不銹(xiu)鋼與(yu)鎳及鎳合(he)金(jin)焊接時，其抗(kang)裂性能(neng)優于碳鋼與(yu)鎳及鎳合(he)金(jin)的(de)(de)焊接。
二(er)、焊接方法(fa)
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)及鎳(nie)合金熔焊(han)的方(fang)法有(you)焊(han)條電弧(hu)焊(han)、埋(mai)弧(hu)焊(han)、氣(qi)體保護焊(han)、等離子弧(hu)焊(han)和脈沖激光焊(han)等。
1. 焊(han)條(tiao)電(dian)弧焊(han)
a. 為了保證焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)質(zhi)量(liang)，選用(yong)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料要使(shi)(shi)焊(han)縫金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)(shi)w（Mn）為1.8％～2.0％和w（Mo）為3.4％～4.0％，此時(shi)(shi)焊(han)縫具(ju)有(you)(you)較高(gao)的(de)抗氣孔和抗熱裂紋的(de)性(xing)能，焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭也具(ju)有(you)(you)優良的(de)力學性(xing)能。同時(shi)(shi)，還必須(xu)嚴(yan)格(ge)限(xian)制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料中硫和磷的(de)含量(liang)。
b. 焊(han)接(jie)坡口的角度(du)應為(wei)60°～80°。
c. 焊前(qian)要(yao)將(jiang)兩(liang)種金屬待焊處仔細清理，去除油污和雜質，露出金屬光澤，不能有水(shui)跡。
d. 焊接時電弧(hu)應稍偏(pian)不銹(xiu)鋼一(yi)側，選用(yong)小(xiao)的熱(re)輸入，有利(li)于細化晶粒，防止裂紋的形成。
2. 埋弧焊
不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純鎳焊(han)接(jie)(jie)時(shi)，焊(han)縫不會出現馬(ma)氏體(ti)組織(zhi)，所(suo)以焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的力學(xue)性能比較好。例如，用熱輸入比較大的埋弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)(jie)不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純鎳時(shi)，焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭抗拉強度可(ke)達500～600MPa，沖(chong)擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不裂。
3. 氣體保護焊
a. 管(guan)狀焊(han)(han)絲(si)焊(han)(han)接
不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳(nie)基熱(re)強合金Cr20Ni80焊(han)(han)接(jie)時(shi)(shi)，選用(yong)不(bu)同的管狀焊(han)(han)絲(si)成分（管材(cai)為Cr20Ni80），對(dui)焊(han)(han)縫金屬熱(re)裂傾向的影響如圖5-38所示(shi)。試驗結果表明(ming)：提高抗裂性能最有效的方(fang)法是(shi)用(yong)鉬對(dui)焊(han)(han)縫金屬合金化(hua)(hua)，當焊(han)(han)縫中(zhong)w（Mo）達到6.5％時(shi)(shi)，幾乎(hu)完(wan)全可以消(xiao)除熱(re)裂紋。考慮到母材(cai)金屬稀釋(shi)的影響，管狀焊(han)(han)絲(si)中(zhong)w（Mo）為30％左(zuo)右。用(yong)氬弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)不(bu)銹鋼06Cr18Nil1Ti與鎳(nie)基熱(re)強合金Cr20Ni80時(shi)(shi)，通(tong)常采用(yong)下列3種管狀焊(han)(han)絲(si)都能獲(huo)得優質(zhi)(zhi)的焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭，其(qi)管狀焊(han)(han)絲(si)的化(hua)(hua)學成分的質(zhi)(zhi)量(liang)分數(shu)（％）為：①. Cr 10～12，Ni 58～60和(he)Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和(he)Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和(he)Mo 20。
b. 實(shi)芯焊絲焊接
對不銹(xiu)鋼與鎳基合(he)(he)金進行氣(qi)體保(bao)護(hu)焊時，氣(qi)體保(bao)護(hu)可(ke)選用Ar、He或(huo)Ar+He混合(he)(he)氣(qi)，為(wei)(wei)了消除焊縫(feng)金屬中氣(qi)孔，可(ke)以用體積分數為(wei)(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)(he)氣(qi)體。要(yao)求Ar和He氣(qi)體純(chun)度不小于99.5％（體積分數）。
不(bu)銹(xiu)鋼與鎳(nie)基合金用手工鎢極(ji)氣(qi)體保(bao)護焊時，所選用焊絲牌號(hao)見表5-87。不(bu)銹(xiu)鋼與鎳(nie)手工鎢極(ji)氬(ya)弧焊和自動鎢極(ji)氬(ya)弧焊的焊接(jie)參(can)數(shu)見表5-88和表5-89。
