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(jie)性
不銹鋼(gang)(gang)（或碳鋼(gang)(gang)）與(yu)鎳及鎳合金焊接(jie)的主在問(wen)題(ti)是氣孔和熱裂(lie)紋。
1. 氣孔(kong)
焊縫中(zhong)產生氣孔的原因：焊接時液態金(jin)屬中(zhong)溶解較多的氧，氧在(zai)高(gao)溫時將鎳氧化形(xing)成NiO。NiO能(neng)與液體金(jin)屬中(zhong)氫(qing)和碳發生下列(lie)反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳(nie)-鐵(tie)合金的(de)(de)凝(ning)固時(shi)來不及溢出(chu)，殘留在焊(han)(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)就形成(cheng)氣(qi)孔(kong)(kong)。在純鎳(nie)與(yu)碳鋼埋(mai)弧焊(han)(han)時(shi)，鐵(tie)鎳(nie)焊(han)(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)含量(liang)(liang)對(dui)氣(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)向的(de)(de)影響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)知：氮和氫變化不大的(de)(de)情況下，焊(han)(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)含量(liang)(liang)越(yue)(yue)多，焊(han)(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)孔(kong)(kong)數量(liang)(liang)越(yue)(yue)多。在埋(mai)弧焊(han)(han)時(shi)，與(yu)焊(han)(han)劑(ji)(ji)(ji)種類也(ye)有關系，如圖5-37a所示(shi)。從圖中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看出(chu)，焊(han)(han)縫金屬(shu)中(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)含量(liang)(liang)相同時(shi)，無(wu)氧(yang)焊(han)(han)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)抗氣(qi)孔(kong)(kong)性(xing)能優于低硅(gui)焊(han)(han)劑(ji)(ji)(ji)；當焊(han)(han)縫金屬(shu)中(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)，用低硅(gui)焊(han)(han)劑(ji)(ji)(ji)焊(han)(han)成(cheng)的(de)(de)焊(han)(han)縫所形成(cheng)的(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)體(ti)積(ji)為用無(wu)氧(yang)焊(han)(han)劑(ji)(ji)(ji)的(de)(de)5～6倍。
此外，焊(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)的(de)(de)鎳(nie)鐵(tie)比和其他合金(jin)元(yuan)素對焊(han)縫(feng)形成氣(qi)孔的(de)(de)傾向也有(you)影響。氧(yang)在(zai)液(ye)態(tai)鎳(nie)中(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)(du)大于在(zai)液(ye)態(tai)鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)(du)，而氧(yang)在(zai)固態(tai)鎳(nie)中(zhong)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)(du)卻比固態(tai)鐵(tie)中(zhong)小。因此，氧(yang)的(de)(de)溶解(jie)(jie)度(du)(du)在(zai)鎳(nie)結晶(jing)時的(de)(de)突變比在(zai)鐵(tie)結晶(jing)時突變更為(wei)顯(xian)著。從(cong)圖5-37a中(zhong)可(ke)以(yi)看出(chu)，當焊(han)縫(feng)(feng)中鎳量(liang)較(jiao)少(shao)(shao)時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔傾(qing)向較(jiao)小(xiao)；鎳含量(liang)大時，氣孔的(de)傾(qing)向較(jiao)大。然而(er)，隨(sui)著焊(han)縫(feng)(feng)中的(de)w（Ni）提高(gao)到60％～90％時，氣孔形成傾(qing)向有所降低，這是由于(yu)焊(han)縫(feng)(feng)金屬中熔(rong)入不銹鋼量(liang)減少(shao)(shao)，碳(tan)含量(liang)也相應減少(shao)(shao)，所以(yi)形成一氧化碳(tan)的(de)氣孔傾(qing)向就降低了。
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(re)裂紋是熔池(chi)結晶過程中形成低(di)熔點共(gong)晶體(ti)引起(qi)的。
高鎳焊縫具有樹枝狀組(zu)織，在粗大(da)晶(jing)粒(li)的(de)(de)(de)(de)邊界(jie)上(shang)，集中(zhong)了(le)一(yi)些低(di)熔點共晶(jing)體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)(de)(de)共晶(jing)體），削弱了(le)晶(jing)粒(li)間的(de)(de)(de)(de)聯系，降低(di)了(le)焊縫金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)抗(kang)裂性(xing)能。此外(wai)，單相(xiang)奧氏體焊縫中(zhong)，當鎳含量增加時，晶(jing)粒(li)顯著長大(da)，也促進裂紋的(de)(de)(de)(de)產(chan)生。從圖5-37b中(zhong)還(huan)可以(yi)看到(dao)采(cai)用(yong)無(wu)(wu)氧焊劑時，由于焊縫中(zhong)氧、硫和(he)磷等有害雜質(zhi)的(de)(de)(de)(de)減少(shao)，特別是氧含量的(de)(de)(de)(de)急劇(ju)降低(di)，裂紋傾向減少(shao)。可以(yi)認為，無(wu)(wu)論從抗(kang)氣孔性(xing)能方(fang)(fang)面(mian)，還(huan)上(shang)從抗(kang)裂性(xing)能方(fang)(fang)面(mian)看，優(you)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)焊接材料和(he)良好的(de)(de)(de)(de)保(bao)護及脫(tuo)氧是十分(fen)重要的(de)(de)(de)(de)。
在(zai)焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)，含(han)有錳(meng)(meng)、鉻、鋁(lv)、鈦、鈮等合(he)金(jin)元(yuan)素均能(neng)提(ti)高焊(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)抗裂(lie)性能(neng)。其中(zhong)(zhong)錳(meng)(meng)、鉻、鋁(lv)、鈦和(he)鈮均為變(bian)質劑，能(neng)細化焊(han)縫(feng)組織，并打亂其結晶的(de)方(fang)向性；鋁(lv)和(he)鈦還是(shi)強烈的(de)脫氧劑，能(neng)降低(di)焊(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)(zhong)氧的(de)含(han)量；錳(meng)(meng)還具有一(yi)定(ding)脫硫作(zuo)用(yong)，能(neng)與(yu)硫形(xing)成難熔的(de)MnS，從而減少硫的(de)有害作(zuo)用(yong)。由此分(fen)析，不銹鋼與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合(he)金(jin)焊(han)接(jie)(jie)時，其抗裂(lie)性能(neng)優于碳鋼與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合(he)金(jin)的(de)焊(han)接(jie)(jie)。
二、焊接方法
不銹鋼(gang)（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金熔(rong)焊(han)(han)(han)的方法有焊(han)(han)(han)條電(dian)弧焊(han)(han)(han)、埋弧焊(han)(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)(han)、等離子弧焊(han)(han)(han)和脈沖激光焊(han)(han)(han)等。
1. 焊條(tiao)電弧焊
a. 為了保證焊(han)(han)接接頭的質量，選用焊(han)(han)接材(cai)料(liao)要使焊(han)(han)縫金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊(han)(han)縫具(ju)(ju)有較高(gao)的抗氣(qi)孔(kong)和(he)抗熱裂紋的性能，焊(han)(han)接接頭也具(ju)(ju)有優良的力(li)學性能。同時，還必(bi)須嚴格限(xian)制焊(han)(han)接材(cai)料(liao)中硫(liu)和(he)磷的含量。
b. 焊接坡口的角(jiao)度(du)應(ying)為(wei)60°～80°。
c. 焊前要(yao)將兩種金屬(shu)待焊處仔細(xi)清理，去除油污和雜質，露出金屬(shu)光(guang)澤，不能有(you)水跡。
d. 焊接時電弧(hu)應稍偏不銹鋼一(yi)側(ce)，選用小的熱(re)輸(shu)入(ru)，有利于細化晶粒，防止裂紋(wen)的形(xing)成。
2. 埋弧焊
不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純(chun)(chun)鎳焊(han)接時(shi)，焊(han)縫不會出現馬(ma)氏體組織，所以焊(han)接接頭的(de)力學性(xing)能比較好。例如，用熱(re)輸(shu)入比較大的(de)埋(mai)弧焊(han)焊(han)接不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純(chun)(chun)鎳時(shi)，焊(han)接接頭抗(kang)拉強度可達500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不裂。
3. 氣體保護焊
a. 管狀焊絲焊接
不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與鎳基熱(re)強合(he)金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接(jie)時(shi)，選用(yong)(yong)不(bu)同(tong)的管(guan)(guan)(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)(si)成分（管(guan)(guan)(guan)材為(wei)Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)屬熱(re)裂傾向(xiang)的影(ying)響(xiang)如圖5-38所示。試驗結果表明：提高抗裂性(xing)能最有效的方法是用(yong)(yong)鉬(mu)對焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)屬合(he)金(jin)(jin)(jin)化，當焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)w（Mo）達到(dao)6.5％時(shi)，幾(ji)乎完全可以消(xiao)除(chu)熱(re)裂紋。考(kao)慮到(dao)母(mu)材金(jin)(jin)(jin)屬稀釋的影(ying)響(xiang)，管(guan)(guan)(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)(si)中(zhong)w（Mo）為(wei)30％左(zuo)右。用(yong)(yong)氬弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Nil1Ti與鎳基熱(re)強合(he)金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用(yong)(yong)下(xia)列3種管(guan)(guan)(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)(si)都能獲(huo)得優質(zhi)的焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭，其管(guan)(guan)(guan)狀焊(han)(han)(han)絲(si)(si)的化學(xue)成分的質(zhi)量(liang)分數（％）為(wei)：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. 實芯焊(han)絲(si)焊(han)接
對不(bu)銹鋼與鎳基合(he)金進(jin)行氣(qi)(qi)體保護焊時，氣(qi)(qi)體保護可(ke)選用Ar、He或Ar+He混合(he)氣(qi)(qi)，為了消除焊縫(feng)金屬中氣(qi)(qi)孔，可(ke)以(yi)用體積分(fen)(fen)數為95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)氣(qi)(qi)體。要(yao)求Ar和(he)He氣(qi)(qi)體純度不(bu)小(xiao)于99.5％（體積分(fen)(fen)數）。
不(bu)銹鋼與鎳基(ji)合(he)金用(yong)手工鎢極(ji)氣體(ti)保護焊(han)時，所選用(yong)焊(han)絲(si)牌(pai)號見(jian)表5-87。不(bu)銹鋼與鎳手工鎢極(ji)氬(ya)弧焊(han)和自動鎢極(ji)氬(ya)弧焊(han)的焊(han)接(jie)參數見(jian)表5-88和表5-89。
