鎳及鎳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(han)接性
不銹鋼(gang)（或碳(tan)鋼(gang)）與鎳及鎳合金焊接(jie)的主(zhu)在問題是氣孔和熱(re)裂紋。
1. 氣孔(kong)
焊(han)縫中(zhong)產生氣孔的原因(yin)：焊(han)接時液態(tai)金(jin)屬中(zhong)溶(rong)解較多的氧，氧在高溫(wen)時將鎳氧化形成NiO。NiO能與液體金(jin)屬中(zhong)氫和碳發生下(xia)列反(fan)應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳(nie)(nie)-鐵合金的(de)(de)凝(ning)固時(shi)(shi)(shi)來不及(ji)溢出，殘留在焊(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)體就形成(cheng)氣(qi)孔(kong)(kong)。在純鎳(nie)(nie)與碳鋼埋(mai)弧焊(han)時(shi)(shi)(shi)，鐵鎳(nie)(nie)焊(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)體含(han)量(liang)對氣(qi)孔(kong)(kong)傾向的(de)(de)影響見表5-86。從(cong)表中(zhong)(zhong)(zhong)可知：氮和氫變化不大(da)的(de)(de)情(qing)況下，焊(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)含(han)量(liang)越多(duo)，焊(han)縫中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)孔(kong)(kong)數量(liang)越多(duo)。在埋(mai)弧焊(han)時(shi)(shi)(shi)，與焊(han)劑種類也有關系，如圖(tu)5-37a所示。從(cong)圖(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)可以看出，焊(han)縫金屬中(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)相同時(shi)(shi)(shi)，無氧(yang)(yang)焊(han)劑的(de)(de)抗氣(qi)孔(kong)(kong)性能優于低硅焊(han)劑；當焊(han)縫金屬中(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)(shi)(shi)，用(yong)低硅焊(han)劑焊(han)成(cheng)的(de)(de)焊(han)縫所形成(cheng)的(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)體積為(wei)用(yong)無氧(yang)(yang)焊(han)劑的(de)(de)5～6倍。
此(ci)外，焊縫金(jin)屬中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)鎳(nie)鐵(tie)比(bi)和其他合金(jin)元素對焊縫形成(cheng)氣(qi)孔的(de)傾向(xiang)也有影響。氧(yang)(yang)在液態(tai)鎳(nie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)溶(rong)解度(du)(du)大于在液態(tai)鐵(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)溶(rong)解度(du)(du)，而氧(yang)(yang)在固態(tai)鎳(nie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)溶(rong)解度(du)(du)卻比(bi)固態(tai)鐵(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)小。因此(ci)，氧(yang)(yang)的(de)溶(rong)解度(du)(du)在鎳(nie)結晶(jing)時的(de)突變比(bi)在鐵(tie)結晶(jing)時突變更為顯著。從圖5-37a中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可以看(kan)出，當焊縫(feng)(feng)中(zhong)鎳(nie)量(liang)較少(shao)(shao)時(shi)［w（Ni）為15％～30％］，氣孔(kong)傾向較小(xiao)；鎳(nie)含(han)量(liang)大時(shi)，氣孔(kong)的傾向較大。然而，隨著焊縫(feng)(feng)中(zhong)的w（Ni）提(ti)高到60％～90％時(shi)，氣孔(kong)形(xing)(xing)成(cheng)傾向有(you)所降低，這(zhe)是(shi)由于(yu)焊縫(feng)(feng)金(jin)屬中(zhong)熔入(ru)不銹鋼量(liang)減少(shao)(shao)，碳含(han)量(liang)也相應減少(shao)(shao)，所以形(xing)(xing)成(cheng)一(yi)氧化(hua)碳的氣孔(kong)傾向就(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(re)裂紋
熱裂紋是熔(rong)池結晶過程中形成低(di)熔(rong)點共(gong)晶體(ti)引起(qi)的(de)。
高(gao)鎳焊縫(feng)(feng)具有樹枝狀(zhuang)組織，在粗大(da)晶(jing)粒的(de)邊界(jie)上(shang)，集中(zhong)了(le)一些低熔(rong)點(dian)共晶(jing)體(ti)（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)共晶(jing)體(ti)），削弱了(le)晶(jing)粒間的(de)聯(lian)系，降(jiang)低了(le)焊縫(feng)(feng)金(jin)屬的(de)抗裂性(xing)(xing)(xing)能。此(ci)外，單相奧氏體(ti)焊縫(feng)(feng)中(zhong)，當鎳含量(liang)增加時(shi)，晶(jing)粒顯著長(chang)大(da)，也促(cu)進(jin)裂紋的(de)產(chan)生。從圖5-37b中(zhong)還可(ke)以看到采用(yong)無氧(yang)焊劑時(shi)，由(you)于焊縫(feng)(feng)中(zhong)氧(yang)、硫和磷等有害雜質的(de)減少(shao)，特別是氧(yang)含量(liang)的(de)急(ji)劇降(jiang)低，裂紋傾向減少(shao)。可(ke)以認為，無論從抗氣孔性(xing)(xing)(xing)能方面(mian)，還上(shang)從抗裂性(xing)(xing)(xing)能方面(mian)看，優(you)質的(de)焊接材料(liao)和良好的(de)保護及脫氧(yang)是十分重要的(de)。
在焊(han)縫(feng)中(zhong)，含有(you)錳(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦、鈮等(deng)合(he)(he)金元(yuan)素(su)均能(neng)(neng)提高焊(han)縫(feng)金屬(shu)的(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)。其中(zhong)錳(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦和鈮均為變(bian)質劑(ji)，能(neng)(neng)細化(hua)焊(han)縫(feng)組織，并(bing)打亂其結(jie)晶的(de)方向性(xing)；鋁(lv)和鈦還是強烈的(de)脫氧劑(ji)，能(neng)(neng)降低焊(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)氧的(de)含量；錳(meng)還具有(you)一定脫硫作(zuo)用，能(neng)(neng)與(yu)硫形成難熔的(de)MnS，從而減(jian)少硫的(de)有(you)害(hai)作(zuo)用。由此(ci)分(fen)析，不銹(xiu)鋼(gang)與(yu)鎳及(ji)鎳合(he)(he)金焊(han)接時，其抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)優于碳鋼(gang)與(yu)鎳及(ji)鎳合(he)(he)金的(de)焊(han)接。
二、焊接方法
不(bu)銹鋼(gang)（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)及鎳(nie)合金熔焊的(de)方法有焊條電弧(hu)焊、埋(mai)弧(hu)焊、氣體保護焊、等(deng)(deng)離(li)子弧(hu)焊和脈沖激光焊等(deng)(deng)。
1. 焊條電(dian)弧焊
a. 為了保證焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)質量(liang)，選用焊(han)接(jie)材料要使焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)(he)(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時(shi)焊(han)縫(feng)具(ju)有(you)(you)較高(gao)的(de)抗氣孔和(he)(he)(he)抗熱(re)裂紋(wen)的(de)性能，焊(han)接(jie)接(jie)頭也(ye)具(ju)有(you)(you)優良的(de)力學(xue)性能。同時(shi)，還必須(xu)嚴格限制焊(han)接(jie)材料中(zhong)硫和(he)(he)(he)磷的(de)含量(liang)。
b. 焊接(jie)坡口的(de)角度應(ying)為60°～80°。
c. 焊(han)前要將(jiang)兩(liang)種(zhong)金屬待焊(han)處仔細清理，去除(chu)油污和雜質，露出金屬光澤，不能有水跡。
d. 焊接時(shi)電弧應稍偏不銹(xiu)鋼一側，選用小的熱輸入，有利于細化晶粒，防止裂紋(wen)的形成。
2. 埋弧焊
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳焊接(jie)(jie)時，焊縫不會出現馬氏體(ti)組織，所以(yi)焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的力(li)學(xue)性能比較好(hao)。例(li)如，用熱輸入比較大的埋弧(hu)焊焊接(jie)(jie)不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳時，焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭抗拉強(qiang)度可(ke)達(da)500～600MPa，沖擊韌度為(wei)240～300J／c㎡，冷彎角達(da)180°不裂。
3. 氣體保護焊
a. 管狀焊絲焊接(jie)
不銹鋼(gang)(gang)06Cr18Ni11Ti與鎳基熱強合金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接時，選用(yong)不同的(de)(de)管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲成(cheng)分(fen)（管(guan)材(cai)(cai)為(wei)(wei)Cr20Ni80），對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)熱裂傾向(xiang)的(de)(de)影響如圖5-38所示。試驗結(jie)果(guo)表明：提高抗裂性能最有效的(de)(de)方法是用(yong)鉬(mu)對(dui)(dui)焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)合金(jin)化(hua)，當焊(han)(han)(han)縫中w（Mo）達到6.5％時，幾乎完全可以消除(chu)熱裂紋。考慮到母材(cai)(cai)金(jin)屬(shu)稀釋的(de)(de)影響，管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲中w（Mo）為(wei)(wei)30％左右(you)。用(yong)氬弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接不銹鋼(gang)(gang)06Cr18Nil1Ti與鎳基熱強合金(jin)Cr20Ni80時，通常采用(yong)下列3種(zhong)管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲都能獲(huo)得優質的(de)(de)焊(han)(han)(han)接接頭(tou)，其管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲的(de)(de)化(hua)學成(cheng)分(fen)的(de)(de)質量分(fen)數（％）為(wei)(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(shi)芯焊(han)絲焊(han)接
對不銹(xiu)鋼與鎳基(ji)合金進(jin)行氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)保護焊時，氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)保護可選用Ar、He或Ar+He混合氣(qi)(qi)，為了消除焊縫(feng)金屬中氣(qi)(qi)孔，可以用體(ti)(ti)(ti)積分(fen)數(shu)為95％Ar＋5％Ar+5% He混合氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)。要求Ar和He氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)純度(du)不小于99.5％（體(ti)(ti)(ti)積分(fen)數(shu)）。
不銹(xiu)鋼與(yu)鎳(nie)(nie)基(ji)合金用(yong)手工(gong)鎢(wu)極氣體(ti)保護焊(han)(han)(han)時(shi)，所選用(yong)焊(han)(han)(han)絲牌號(hao)見表5-87。不銹(xiu)鋼與(yu)鎳(nie)(nie)手工(gong)鎢(wu)極氬弧焊(han)(han)(han)和自動(dong)鎢(wu)極氬弧焊(han)(han)(han)的焊(han)(han)(han)接參數見表5-88和表5-89。
