鎳及鎳合(he)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(bu)銹鋼(gang)（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、焊接性
不銹鋼（或(huo)碳鋼）與鎳及鎳合金焊接的主在問題是氣孔和熱裂(lie)紋(wen)。
1. 氣孔
焊縫(feng)中(zhong)產生(sheng)氣孔(kong)的原因：焊接時(shi)液態金屬中(zhong)溶解較多的氧，氧在高溫時(shi)將(jiang)鎳氧化形成NiO。NiO能與液體金屬中(zhong)氫和碳發生(sheng)下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳-鐵(tie)合(he)金的(de)(de)(de)凝固時(shi)來(lai)不(bu)及溢出(chu)(chu)，殘留在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)體就形成氣(qi)孔。在(zai)(zai)純鎳與(yu)碳鋼埋弧焊(han)(han)(han)(han)時(shi)，鐵(tie)鎳焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)體含量(liang)對氣(qi)孔傾向的(de)(de)(de)影響見(jian)表(biao)5-86。從表(biao)中(zhong)可知：氮和(he)氫變化不(bu)大的(de)(de)(de)情況下(xia)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氧含量(liang)越多(duo)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)孔數(shu)量(liang)越多(duo)。在(zai)(zai)埋弧焊(han)(han)(han)(han)時(shi)，與(yu)焊(han)(han)(han)(han)劑種類也有(you)關系，如(ru)圖5-37a所示。從圖中(zhong)可以(yi)看出(chu)(chu)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)鎳含量(liang)相同時(shi)，無(wu)氧焊(han)(han)(han)(han)劑的(de)(de)(de)抗氣(qi)孔性能優于(yu)低硅焊(han)(han)(han)(han)劑；當(dang)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)，用低硅焊(han)(han)(han)(han)劑焊(han)(han)(han)(han)成的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)所形成的(de)(de)(de)氣(qi)孔的(de)(de)(de)體積為(wei)用無(wu)氧焊(han)(han)(han)(han)劑的(de)(de)(de)5～6倍。
此(ci)外(wai)，焊縫金屬中(zhong)(zhong)的(de)(de)鎳鐵比和(he)其他合金元素(su)對焊縫形成氣孔的(de)(de)傾向也有影響(xiang)。氧在液(ye)(ye)態(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)大(da)于在液(ye)(ye)態(tai)鐵中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)，而氧在固態(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)卻比固態(tai)鐵中(zhong)(zhong)小。因此(ci)，氧的(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)(du)在鎳結(jie)晶(jing)時的(de)(de)突(tu)變比在鐵結(jie)晶(jing)時突(tu)變更為顯(xian)著(zhu)。從圖(tu)5-37a中(zhong)(zhong)可以(yi)看出(chu)，當(dang)焊(han)縫中鎳量較少時(shi)［w（Ni）為(wei)15％～30％］，氣孔傾(qing)向(xiang)較小；鎳含(han)量大時(shi)，氣孔的傾(qing)向(xiang)較大。然而，隨著(zhu)焊(han)縫中的w（Ni）提高到60％～90％時(shi)，氣孔形成傾(qing)向(xiang)有所降低，這是由(you)于(yu)焊(han)縫金屬中熔入不(bu)銹鋼量減(jian)少，碳(tan)含(han)量也(ye)相應(ying)減(jian)少，所以(yi)形成一氧化碳(tan)的氣孔傾(qing)向(xiang)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(re)裂(lie)紋(wen)
熱裂(lie)紋(wen)是熔池結(jie)晶(jing)過程中形(xing)成(cheng)低熔點共晶(jing)體(ti)引(yin)起的。
高鎳(nie)焊縫具(ju)有(you)樹枝狀組(zu)織(zhi)，在粗(cu)大(da)晶(jing)(jing)粒的(de)(de)邊界上(shang)，集中(zhong)(zhong)了一些(xie)低熔點(dian)共晶(jing)(jing)體(ti)(ti)（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)共晶(jing)(jing)體(ti)(ti)），削弱了晶(jing)(jing)粒間的(de)(de)聯(lian)系，降(jiang)低了焊縫金屬的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)。此外(wai)，單相奧氏體(ti)(ti)焊縫中(zhong)(zhong)，當鎳(nie)含量(liang)增加時，晶(jing)(jing)粒顯著長大(da)，也促進裂(lie)紋(wen)的(de)(de)產生(sheng)。從(cong)圖5-37b中(zhong)(zhong)還可以看到采用(yong)無氧焊劑時，由于焊縫中(zhong)(zhong)氧、硫和(he)磷等(deng)有(you)害雜質的(de)(de)減少，特別(bie)是氧含量(liang)的(de)(de)急劇降(jiang)低，裂(lie)紋(wen)傾向(xiang)減少。可以認(ren)為(wei)，無論從(cong)抗(kang)氣(qi)孔性(xing)能(neng)方(fang)面(mian)，還上(shang)從(cong)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)方(fang)面(mian)看，優(you)質的(de)(de)焊接材料和(he)良(liang)好的(de)(de)保護及(ji)脫(tuo)氧是十分重要的(de)(de)。
在焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)，含(han)有(you)錳(meng)、鉻、鋁(lv)(lv)、鈦、鈮等合金元(yuan)素均(jun)能提(ti)高焊(han)縫(feng)金屬的(de)抗裂(lie)性能。其(qi)中(zhong)(zhong)錳(meng)、鉻、鋁(lv)(lv)、鈦和鈮均(jun)為變質劑(ji)，能細化焊(han)縫(feng)組織，并打亂其(qi)結晶的(de)方向性；鋁(lv)(lv)和鈦還(huan)是強烈的(de)脫氧劑(ji)，能降低焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)氧的(de)含(han)量；錳(meng)還(huan)具有(you)一(yi)定脫硫作用(yong)，能與(yu)硫形成難(nan)熔(rong)的(de)MnS，從而減少(shao)硫的(de)有(you)害作用(yong)。由此分析，不銹鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金焊(han)接(jie)時，其(qi)抗裂(lie)性能優于(yu)碳鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金的(de)焊(han)接(jie)。
二、焊(han)接方(fang)法
不銹(xiu)鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)(nie)及鎳(nie)(nie)合金熔(rong)焊的方法有(you)焊條電弧(hu)焊、埋弧(hu)焊、氣體保(bao)護焊、等(deng)離子弧(hu)焊和脈(mo)沖激光(guang)焊等(deng)。
1. 焊條(tiao)電(dian)弧焊
a. 為(wei)了(le)保證焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)(de)質量，選用(yong)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料要使(shi)(shi)焊(han)(han)縫金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)(shi)w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此時焊(han)(han)縫具(ju)有(you)較高的(de)(de)抗氣孔和(he)抗熱裂(lie)紋的(de)(de)性能，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭也具(ju)有(you)優良(liang)的(de)(de)力學性能。同時，還必須嚴格(ge)限制焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料中硫和(he)磷(lin)的(de)(de)含量。
b. 焊接坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊(han)前要將兩(liang)種(zhong)金屬待焊(han)處(chu)仔細清理，去除油(you)污和(he)雜質，露出(chu)金屬光澤，不能有水跡。
d. 焊接時電弧應稍偏不銹鋼一側，選用小的熱輸入(ru)，有利于細化晶(jing)粒，防止裂(lie)紋的形成。
2. 埋弧焊
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳焊接(jie)時，焊縫不會出現(xian)馬氏體組織，所(suo)以焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)力學性能比較好。例如，用(yong)熱輸入比較大(da)的(de)(de)埋弧焊焊接(jie)不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳時，焊接(jie)接(jie)頭抗拉強度可(ke)達500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角(jiao)達180°不裂。
3. 氣體保護焊(han)
a. 管(guan)狀焊(han)絲焊(han)接(jie)
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳(nie)基(ji)(ji)熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)，選用(yong)不同的(de)管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲(si)(si)成(cheng)分(fen)（管(guan)(guan)材(cai)為Cr20Ni80），對焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬熱(re)裂傾(qing)向(xiang)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)如圖(tu)5-38所示。試驗結果表明：提高(gao)抗(kang)裂性能最有效的(de)方(fang)法是用(yong)鉬(mu)對焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬合(he)金(jin)化(hua)，當(dang)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)w（Mo）達(da)到6.5％時(shi)，幾乎完全可以消除熱(re)裂紋。考慮到母材(cai)金(jin)屬稀釋的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲(si)(si)中(zhong)w（Mo）為30％左(zuo)右(you)。用(yong)氬(ya)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)不銹鋼06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳(nie)基(ji)(ji)熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通(tong)常(chang)采用(yong)下列3種(zhong)管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲(si)(si)都能獲得優質的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭，其管(guan)(guan)狀焊(han)(han)絲(si)(si)的(de)化(hua)學成(cheng)分(fen)的(de)質量分(fen)數（％）為：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
對不銹鋼與(yu)鎳基合(he)金進行氣(qi)體保(bao)護(hu)焊(han)時，氣(qi)體保(bao)護(hu)可選用Ar、He或Ar+He混合(he)氣(qi)，為(wei)了(le)消除(chu)焊(han)縫(feng)金屬中氣(qi)孔，可以(yi)用體積分數為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)氣(qi)體。要求Ar和He氣(qi)體純度不小(xiao)于99.5％（體積分數）。
不銹鋼與(yu)鎳(nie)(nie)基合金用手(shou)工鎢(wu)極(ji)氣體保護焊(han)時，所選用焊(han)絲牌號見表(biao)5-87。不銹鋼與(yu)鎳(nie)(nie)手(shou)工鎢(wu)極(ji)氬弧焊(han)和自動鎢(wu)極(ji)氬弧焊(han)的焊(han)接(jie)參(can)數見表(biao)5-88和表(biao)5-89。
