鎳基合(he)金由于(yu)具有優異的(de)(de)(de)高(gao)溫性(xing)(xing)能(neng)和卓越的(de)(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)(xing)能(neng)，已(yi)在航空(kong)航天、核電、火(huo)電、石油化工等領域獲得(de)了(le)廣泛的(de)(de)(de)應(ying)用，但鎳基合(he)金的(de)(de)(de)焊(han)(han)接往往會帶來(lai)不少的(de)(de)(de)困難，主要表現在相(xiang)的(de)(de)(de)變(bian)化導(dao)致接頭性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)改變(bian)，以及焊(han)(han)接過(guo)程中產生的(de)(de)(de)各種裂(lie)紋(wen)等缺陷造成運(yun)行中的(de)(de)(de)早期失(shi)效(xiao)。為(wei)此，眾(zhong)多科技工作者長期以來(lai)對鎳基合(he)金的(de)(de)(de)焊(han)(han)接開展(zhan)了(le)大量(liang)的(de)(de)(de)試(shi)驗研(yan)究，力(li)求在焊(han)(han)接鎳基合(he)金時能(neng)獲得(de)高(gao)質量(liang)和性(xing)(xing)能(neng)滿意的(de)(de)(de)焊(han)(han)接接頭。
鎳(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)是工程材料最重要的(de)(de)(de)(de)類別之一，因為(wei)它們能(neng)夠用(yong)于(yu)多(duo)種(zhong)環境(jing)和(he)場(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)。在(zai)含水和(he)高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)(de)耐蝕場(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)、室溫(wen)和(he)高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)(de)高(gao)強度場(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)、低溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)(de)延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)場(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)、特(te)殊的(de)(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)場(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)以(yi)及與(yu)其他(ta)物理(li)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)有關的(de)(de)(de)(de)場(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)都選用(yong)了(le)這些(xie)合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。鎳(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)材料能(neng)提(ti)供某些(xie)焊(han)(han)態下(xia)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，而(er)這些(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)是其他(ta)類型(xing)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)產品所(suo)不(bu)能(neng)提(ti)供的(de)(de)(de)(de)，例如被許多(duo)各種(zhong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)元素稀(xi)釋(shi)后(hou)，還能(neng)保持(chi)從低溫(wen)到(dao)接(jie)近固(gu)相線溫(wen)度強度和(he)延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)。它們也是十分通用(yong)的(de)(de)(de)(de)，例如，用(yong)于(yu)焊(han)(han)接(jie)9%鎳(nie)鋼的(de)(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)(han)接(jie)產品在(zai)液(ye)氮溫(wen)度下(xia)還具(ju)有非常(chang)高(gao)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)態強度和(he)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。用(yong)來焊(han)(han)接(jie)鑄鐵的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)和(he)鎳(nie)－鐵合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)能(neng)被鐵和(he)碳(tan)稀(xi)釋(shi)后(hou)而(er)保持(chi)延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)，并提(ti)供良好(hao)的(de)(de)(de)(de)機加工特(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)。鎳(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)材料亦廣泛用(yong)于(yu)電力(li)工業(ye)，可在(zai)碳(tan)鋼和(he)不(bu)銹鋼之間(jian)進行異種(zhong)焊(han)(han)接(jie)，作為(wei)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)使用(yong)時熱膨脹系數的(de)(de)(de)(de)過渡(du)材料。
相對(dui)于(yu)鋼而言，鎳(nie)基(ji)合金能夠在(zai)(zai)低溫(wen)下使用，又能在(zai)(zai)接近1200℃的(de)(de)高(gao)溫(wen)下使用，因(yin)為(wei)固溶合金的(de)(de)基(ji)體從固態(tai)到絕對(dui)零(ling)度都保(bao)持奧氏體。這些(xie)加入適(shi)當添加劑的(de)(de)合金提供(gong)了有用的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)，并在(zai)(zai)包括電力(li)(li)、石化、化學加工、航(hang)天和(he)控(kong)制環境污染(ran)等(deng)的(de)(de)廣大工業領域中得(de)到了應用。對(dui)鎳(nie)基(ji)合金來(lai)說，焊(han)接是一門關鍵性(xing)的(de)(de)制造技(ji)術。最近50年來(lai)，已經(jing)進(jin)行了大量的(de)(de)研究和(he)開發工作，為(wei)更好地弄(nong)懂和(he)控(kong)制這些(xie)合金的(de)(de)焊(han)接性(xing)以及開發在(zai)(zai)焊(han)接接頭耐蝕(shi)性(xing)和(he)力(li)(li)學性(xing)能方面能滿足更高(gao)要(yao)求的(de)(de)焊(han)接材料作出了不懈的(de)(de)努力(li)(li)。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用純鎳合金
商(shang)用純鎳(nie)合金(jin)(jin)是基(ji)本上含有(you)鎳(nie)＞99%的那些合金(jin)(jin)。這是一個商(shang)用純鎳(nie)合金(jin)(jin)的完整族系，命名(ming)為(wei)200合金(jin)(jin)和201合金(jin)(jin)。這些材(cai)料具有(you)低強度(du)和低硬度(du)，原(yuan)則上由于它們(men)具有(you)良好的耐(nai)蝕(shi)性而(er)用于苛性腐蝕(shi)環境(jing)。201合金(jin)(jin)具有(you)最高(gao)值為(wei)0.02wt%的碳(tan)(tan)，所以它們(men)能夠在高(gao)于315℃（600°F)的高(gao)溫下使用而(er)無被“石墨(mo)化”的危險(xian)。因為(wei)碳(tan)(tan)在高(gao)于315℃的鎳(nie)基(ji)體(ti)中是相對易變(bian)的，添加超出溶解度(du)極限（～0.02%)的碳(tan)(tan)會造成石墨(mo)質點(dian)的沉淀，使材(cai)料變(bian)脆和變(bian)弱。
還有一些(xie)(xie)附加商用(yong)純鎳(nie)合(he)(he)金，它們在電或磁致伸(shen)縮的(de)(de)(de)(de)有限場合(he)(he)使用(yong)。這(zhe)些(xie)(xie)合(he)(he)金具(ju)有良(liang)好的(de)(de)(de)(de)焊(han)接性，但在焊(han)接時對氣(qi)孔(kong)敏感。如果(guo)在焊(han)前和焊(han)接中保持清潔(jie)，這(zhe)些(xie)(xie)合(he)(he)金會顯(xian)示良(liang)好的(de)(de)(de)(de)抗(kang)裂性，但保護(hu)氣(qi)體或焊(han)劑(ji)必須充(chong)足(zu)以避免氣(qi)孔(kong)的(de)(de)(de)(de)形成。商用(yong)純鎳(nie)焊(han)接材料含有最高達1.5%鋁和2.0%~3.5%鈦的(de)(de)(de)(de)添加劑(ji)來抵消少量的(de)(de)(de)(de)大氣(qi)污染。鈦和鋁與氧結合(he)(he)形成氧化物(wu)(wu)，與氮(dan)結合(he)(he)形成氮(dan)化物(wu)(wu)，因(yin)而控制了在焊(han)縫熔敷(fu)金屬中的(de)(de)(de)(de)氣(qi)孔(kong)。
2. 固(gu)溶強化合金
鎳(nie)(nie)和銅是同(tong)一(yi)(yi)(yi)形態的(de)(de)(de)(de)元素(su)（完全(quan)固溶性），能在(zai)整個成分范圍內(nei)生(sheng)成單相合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。這(zhe)個族(zu)系的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)通常(chang)對(dui)(dui)海水和其他一(yi)(yi)(yi)般腐蝕(shi)環境(jing)顯示出(chu)良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)性。通常(chang)Ni-Cu合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)有(you)很好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)性，但如(ru)果不使(shi)用適(shi)當(dang)的(de)(de)(de)(de)保(bao)護或良好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)抗氧(yang)化焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)，可(ke)能會對(dui)(dui)氣(qi)孔敏(min)感。其他的(de)(de)(de)(de)固溶強化鎳(nie)(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)可(ke)以僅含有(you)鐵，這(zhe)些合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)大(da)多(duo)數由于(yu)特定的(de)(de)(de)(de)膨(peng)脹系數或電性能而得到使(shi)用。Ni-36%Fe合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)通常(chang)稱作INVAR合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)，在(zai)所(suo)有(you)的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中具有(you)最低的(de)(de)(de)(de)膨(peng)脹系數，在(zai)幾(ji)百(bai)度(du)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)范圍內(nei)加熱和冷卻一(yi)(yi)(yi)直(zhi)到約(yue)300°F,僅以小于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)(de)(de)速率膨(peng)脹和收縮。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)有(you)較好(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)性，但開發又有(you)良好(hao)(hao)抗凝(ning)固裂紋性能，又有(you)相匹配膨(peng)脹性能的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)材(cai)料(liao)(liao)對(dui)(dui)焊(han)材(cai)制造商來說是一(yi)(yi)(yi)個挑戰。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)及其焊(han)材(cai)也可(ke)能對(dui)(dui)低塑性開裂敏(min)感，這(zhe)種開裂的(de)(de)(de)(de)機理將在(zai)第3章中詳細闡述。
其他(ta)固溶合金含(han)有不同的置(zhi)換元素，包(bao)括鉻、鉬和鎢。每種元素都能(neng)(neng)賦予特殊的性能(neng)(neng)，并有能(neng)(neng)力改變每種合金的焊接(jie)特性。固溶強化(hua)鎳基合金的最高抗拉(la)強度值接(jie)近830 MPa(120 ksi),而屈服(fu)強度在345~480 MPa(50~70 ksi)之間。這些合金在要求具有良(liang)好耐(nai)蝕性的廣泛場(chang)合下使用。如果要求較高的強度水平，必(bi)須(xu)選擇沉淀強化(hua)合金。
3. 沉淀強(qiang)化合(he)金
沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)強(qiang)化(hua)(hua)鎳(nie)基(ji)(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)含有(you)(you)鈦、鋁和／或鈮等添加劑，在(zai)(zai)適(shi)當(dang)(dang)的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)后與鎳(nie)形(xing)成強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)物。在(zai)(zai)大(da)多(duo)(duo)數情(qing)況(kuang)下，這些沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)物與奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)具(ju)有(you)(you)凝聚力(li)，并使(shi)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)變(bian)形(xing)，因(yin)而實質上(shang)增加了(le)基(ji)(ji)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)。這些沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)物的(de)(de)大(da)多(duo)(duo)數稱(cheng)為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和Nig(Al,Ti)]和γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)最佳合(he)(he)(he)金(jin)(jin)添加劑和熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)情(qing)況(kuang)下，這些合(he)(he)(he)金(jin)(jin)能夠(gou)強(qiang)化(hua)(hua)到(dao)最高(gao)抗拉強(qiang)度(du)(du)超過1380 MPa(200 ksi)和0.2%屈服強(qiang)度(du)(du)超過1035 MPa(150 ksi).第一(yi)個沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr合(he)(he)(he)金(jin)(jin)（X-750)是由γ'強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)，在(zai)(zai)靠近γ'溶解線溫(wen)度(du)(du)下，顯示出良好的(de)(de)抗氧化(hua)(hua)性和高(gao)溫(wen)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)組合(he)(he)(he)。不幸的(de)(de)是，當(dang)(dang)焊后并直接(jie)時(shi)(shi)效而不在(zai)(zai)中(zhong)間插入退火處(chu)理(li)(li)(li)時(shi)(shi)，會產生焊后應變(bian)時(shi)(shi)效裂(lie)紋（SAC).這種開裂(lie)的(de)(de)機(ji)(ji)理(li)(li)(li)將在(zai)(zai)第4章中(zhong)詳細闡述。在(zai)(zai)為改善焊接(jie)性和避免(mian)SAC的(de)(de)努力(li)下，開發了(le)γ”強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)第二代沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這些合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)最普遍(bian)的(de)(de)是718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。因(yin)為γ”沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)物比γ'的(de)(de)形(xing)成要慢得(de)多(duo)(duo)，718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)焊后熱(re)處(chu)理(li)(li)(li)時(shi)(shi)通常不受SAC影(ying)響。718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)主要應用之一(yi)是航(hang)空(kong)航(hang)天燃氣透平傳(chuan)動(dong)軸(zhou)和耐壓(ya)殼。如果適(shi)當(dang)(dang)地熔煉，獲得(de)低含量的(de)(de)雜質，該合(he)(he)(he)金(jin)(jin)可提(ti)供極(ji)大(da)的(de)(de)使(shi)用機(ji)(ji)會。當(dang)(dang)設計合(he)(he)(he)理(li)(li)(li)時(shi)(shi)，在(zai)(zai)一(yi)直到(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)使(shi)用溫(wen)度(du)(du)下，具(ju)有(you)(you)極(ji)佳的(de)(de)疲勞(lao)壽命。
基于(yu)沉淀強(qiang)化合(he)金(jin)(jin)具(ju)有在高(gao)(gao)溫下不同尋常(chang)(chang)的(de)高(gao)(gao)強(qiang)度(du)和耐蝕性(xing)(xing)，所以通常(chang)(chang)把它們歸類為(wei)“超(chao)合(he)金(jin)(jin)”。該術(shu)語曾(ceng)松(song)散(san)地應用于(yu)許多(duo)其他高(gao)(gao)強(qiang)度(du)多(duo)元合(he)金(jin)(jin)，但一般術(shu)語“超(chao)合(he)金(jin)(jin)”是用來描(miao)述(shu)由γ'和γ”相所提供的(de)具(ju)有超(chao)強(qiang)度(du)性(xing)(xing)能的(de)鎳基合(he)金(jin)(jin)。
在(zai)燃氣輪機動(dong)葉片(pian)上采用超(chao)合(he)(he)金(jin)(jin)始于IN713C合(he)(he)金(jin)(jin)。這種合(he)(he)金(jin)(jin)與X-750合(he)(he)金(jin)(jin)相似，但僅(jin)僅(jin)作為鑄件生產(chan)，因為含(han)有(you)較多的(de)(de)鋁、鈦添加劑，因此從鑄造溫度下冷(leng)卻(que)時，會(hui)發生時效硬(ying)化。由(you)于該合(he)(he)金(jin)(jin)對SAC有(you)極高的(de)(de)敏感性，所以產(chan)品(pin)修復受到限制(zhi)，但在(zai)葉片(pian)頂(ding)端堆焊(han)則(ze)不(bu)會(hui)開(kai)裂。經過(guo)數十年的(de)(de)技術進展，增加了“超(chao)合(he)(he)金(jin)(jin)”族系的(de)(de)其他(ta)成(cheng)員，包(bao)括超(chao)高強度和耐腐蝕的(de)(de)單(dan)晶透平葉片(pian)合(he)(he)金(jin)(jin)。為了減少(shao)在(zai)運行時受到侵(qin)蝕，在(zai)葉片(pian)頂(ding)端堆焊(han)是可行的(de)(de)，只要焊(han)接過(guo)程能很(hen)好得到控制(zhi)，并使殘(can)余應力保持在(zai)較低水平。最(zui)初(chu)這些材料在(zai)焊(han)接修復時曾遇到挑戰，包(bao)括避(bi)免在(zai)熔池中的(de)(de)晶粒(li)分散(san)和阻止開(kai)裂。
4. 其他(ta)特殊(shu)合(he)金(jin)
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁化合(he)物是圍繞或是NiAl或是Ni3Al組(zu)成而(er)設計(ji)的(de)合(he)金(jin)。它們顯示出非常高的(de)強度(du)(du)和(he)耐蝕性(xing)能，但(dan)由于(yu)(yu)它們在很大溫度(du)(du)范圍內延性(xing)低(di)(di)，所以(yi)焊接非常困難。Ni-Cr-B和(he)Ni-Mo-Si合(he)金(jin)曾被(bei)開發用于(yu)(yu)在不同環境下(xia)的(de)耐磨(mo)材料，但(dan)這些(xie)合(he)金(jin)由于(yu)(yu)硬度(du)(du)高、延性(xing)低(di)(di)，并在其成分范圍內會形成低(di)(di)熔融區間的(de)相(xiang)，所以(yi)同樣難以(yi)焊接。
