鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)由于具(ju)有優異(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫性(xing)能(neng)(neng)和(he)卓越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)能(neng)(neng)，已在(zai)(zai)航空航天(tian)、核(he)電、火(huo)電、石油化(hua)工(gong)(gong)等(deng)領(ling)域獲得了廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)，但鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)往(wang)往(wang)會帶(dai)來不少的(de)(de)(de)(de)(de)困難(nan)，主要表現(xian)在(zai)(zai)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)導(dao)致接(jie)頭性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)改變，以及焊(han)接(jie)過(guo)程中產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)各種(zhong)裂紋等(deng)缺陷(xian)造成運行中的(de)(de)(de)(de)(de)早期失效。為(wei)此(ci)，眾(zhong)多科(ke)技(ji)工(gong)(gong)作者長(chang)期以來對鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)開展了大量的(de)(de)(de)(de)(de)試(shi)驗研究，力(li)求(qiu)在(zai)(zai)焊(han)接(jie)鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)(jin)時能(neng)(neng)獲得高(gao)質量和(he)性(xing)能(neng)(neng)滿(man)意的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭。
鎳基合(he)金(jin)是(shi)(shi)工(gong)程(cheng)材(cai)料最重要的(de)(de)(de)類(lei)(lei)別之(zhi)一，因為(wei)它(ta)們(men)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)用(yong)于(yu)多(duo)種(zhong)環境和(he)(he)(he)場(chang)合(he)。在含水和(he)(he)(he)高溫下(xia)的(de)(de)(de)耐蝕場(chang)合(he)、室溫和(he)(he)(he)高溫下(xia)的(de)(de)(de)高強度(du)(du)(du)場(chang)合(he)、低溫下(xia)的(de)(de)(de)延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)場(chang)合(he)、特殊的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)場(chang)合(he)以及與其他物理性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)有關的(de)(de)(de)場(chang)合(he)都選用(yong)了這(zhe)些(xie)合(he)金(jin)。鎳基合(he)金(jin)焊(han)(han)接材(cai)料能(neng)(neng)(neng)提供(gong)某些(xie)焊(han)(han)態下(xia)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，而這(zhe)些(xie)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)是(shi)(shi)其他類(lei)(lei)型的(de)(de)(de)焊(han)(han)接產(chan)品(pin)(pin)所不能(neng)(neng)(neng)提供(gong)的(de)(de)(de)，例如(ru)(ru)被許(xu)多(duo)各種(zhong)不同的(de)(de)(de)合(he)金(jin)元(yuan)素稀釋后，還能(neng)(neng)(neng)保持從低溫到接近固(gu)相線溫度(du)(du)(du)強度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力。它(ta)們(men)也是(shi)(shi)十(shi)分通用(yong)的(de)(de)(de)，例如(ru)(ru)，用(yong)于(yu)焊(han)(han)接9%鎳鋼的(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)(han)接產(chan)品(pin)(pin)在液氮溫度(du)(du)(du)下(xia)還具有非常高的(de)(de)(de)焊(han)(han)態強度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)沖擊韌性(xing)(xing)(xing)(xing)。用(yong)來焊(han)(han)接鑄鐵的(de)(de)(de)鎳和(he)(he)(he)鎳－鐵合(he)金(jin)能(neng)(neng)(neng)被鐵和(he)(he)(he)碳(tan)稀釋后而保持延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)，并提供(gong)良好(hao)的(de)(de)(de)機加工(gong)特性(xing)(xing)(xing)(xing)。鎳基合(he)金(jin)焊(han)(han)接材(cai)料亦廣泛用(yong)于(yu)電力工(gong)業，可在碳(tan)鋼和(he)(he)(he)不銹(xiu)鋼之(zhi)間進行異種(zhong)焊(han)(han)接，作為(wei)在高溫下(xia)使用(yong)時熱膨脹系數的(de)(de)(de)過渡材(cai)料。
相對于鋼而言，鎳基合金(jin)(jin)(jin)能(neng)夠(gou)在(zai)低(di)溫下(xia)使(shi)用(yong)(yong)，又能(neng)在(zai)接近1200℃的(de)(de)(de)高溫下(xia)使(shi)用(yong)(yong)，因為固(gu)溶合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)基體從固(gu)態到(dao)絕對零度(du)都保持(chi)奧氏(shi)體。這些(xie)加(jia)入適當添(tian)加(jia)劑(ji)的(de)(de)(de)合金(jin)(jin)(jin)提(ti)供了(le)有用(yong)(yong)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)，并在(zai)包括電力、石化、化學(xue)加(jia)工、航天和(he)控制(zhi)(zhi)環境污染等的(de)(de)(de)廣(guang)大工業(ye)領域中得到(dao)了(le)應用(yong)(yong)。對鎳基合金(jin)(jin)(jin)來說，焊接是一門(men)關鍵性(xing)的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)技術(shu)。最近50年來，已經進行了(le)大量的(de)(de)(de)研究和(he)開發工作，為更好地弄懂和(he)控制(zhi)(zhi)這些(xie)合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)焊接性(xing)以(yi)及開發在(zai)焊接接頭(tou)耐蝕性(xing)和(he)力學(xue)性(xing)能(neng)方面能(neng)滿足(zu)更高要求的(de)(de)(de)焊接材料作出了(le)不懈(xie)的(de)(de)(de)努力。
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(shang)用純鎳合金
商用純(chun)鎳(nie)合金(jin)是(shi)(shi)基本上(shang)含(han)有(you)鎳(nie)＞99%的(de)(de)那些(xie)合金(jin)。這是(shi)(shi)一個商用純(chun)鎳(nie)合金(jin)的(de)(de)完(wan)整(zheng)族系，命名為200合金(jin)和201合金(jin)。這些(xie)材料具(ju)有(you)低強度和低硬度，原則上(shang)由(you)于它們(men)具(ju)有(you)良好(hao)的(de)(de)耐蝕性(xing)而用于苛性(xing)腐(fu)蝕環境。201合金(jin)具(ju)有(you)最高(gao)值為0.02wt%的(de)(de)碳(tan)，所以它們(men)能(neng)夠在高(gao)于315℃（600°F)的(de)(de)高(gao)溫下使用而無被(bei)“石墨(mo)化”的(de)(de)危險。因為碳(tan)在高(gao)于315℃的(de)(de)鎳(nie)基體中(zhong)是(shi)(shi)相對易變(bian)(bian)的(de)(de)，添加超出溶解度極限（～0.02%)的(de)(de)碳(tan)會造成石墨(mo)質點的(de)(de)沉(chen)淀(dian)，使材料變(bian)(bian)脆(cui)和變(bian)(bian)弱。
還(huan)有(you)一些附加商用(yong)(yong)純鎳合(he)(he)金(jin)，它們在(zai)電或(huo)磁致伸縮(suo)的(de)(de)(de)有(you)限場合(he)(he)使用(yong)(yong)。這(zhe)些合(he)(he)金(jin)具有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接性(xing)，但(dan)在(zai)焊(han)(han)接時對氣(qi)(qi)孔(kong)敏感(gan)。如果在(zai)焊(han)(han)前和焊(han)(han)接中保持清潔，這(zhe)些合(he)(he)金(jin)會顯示良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)抗裂性(xing)，但(dan)保護氣(qi)(qi)體或(huo)焊(han)(han)劑必須(xu)充足以避免(mian)氣(qi)(qi)孔(kong)的(de)(de)(de)形(xing)成。商用(yong)(yong)純鎳焊(han)(han)接材料含有(you)最高達(da)1.5%鋁和2.0%~3.5%鈦(tai)的(de)(de)(de)添加劑來(lai)抵消少(shao)量(liang)的(de)(de)(de)大氣(qi)(qi)污染。鈦(tai)和鋁與氧結合(he)(he)形(xing)成氧化(hua)物，與氮結合(he)(he)形(xing)成氮化(hua)物，因而控制了在(zai)焊(han)(han)縫熔(rong)敷金(jin)屬(shu)中的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)孔(kong)。
2. 固溶強(qiang)化合金
鎳和(he)(he)銅(tong)是(shi)同一(yi)(yi)形(xing)態的元素(su)（完(wan)全固溶性(xing)），能(neng)在整個(ge)成分范圍內(nei)生成單相合(he)金。這個(ge)族系的材料通常(chang)對海(hai)水和(he)(he)其(qi)他一(yi)(yi)般腐蝕環境顯示出良好(hao)的耐蝕性(xing)。通常(chang)Ni-Cu合(he)金有(you)(you)很好(hao)的焊(han)(han)接(jie)性(xing)，但(dan)如果不使用適當(dang)的保護或良好(hao)的抗(kang)氧化焊(han)(han)接(jie)材料，可能(neng)會對氣孔敏感。其(qi)他的固溶強化鎳基合(he)金可以僅含有(you)(you)鐵，這些合(he)金的大(da)多數(shu)(shu)由于(yu)特定的膨(peng)脹系數(shu)(shu)或電性(xing)能(neng)而(er)得到(dao)使用。Ni-36%Fe合(he)金通常(chang)稱作INVAR合(he)金，在所有(you)(you)的鎳基合(he)金中(zhong)具有(you)(you)最低的膨(peng)脹系數(shu)(shu)，在幾百(bai)度的溫度范圍內(nei)加(jia)熱和(he)(he)冷(leng)卻一(yi)(yi)直到(dao)約300°F,僅以小(xiao)于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的速率膨(peng)脹和(he)(he)收縮(suo)。Ni-Fe合(he)金有(you)(you)較好(hao)的焊(han)(han)接(jie)性(xing)，但(dan)開發又有(you)(you)良好(hao)抗(kang)凝固裂(lie)紋性(xing)能(neng)，又有(you)(you)相匹配膨(peng)脹性(xing)能(neng)的焊(han)(han)接(jie)材料對焊(han)(han)材制造商來說是(shi)一(yi)(yi)個(ge)挑戰。Ni-Fe合(he)金及其(qi)焊(han)(han)材也(ye)可能(neng)對低塑性(xing)開裂(lie)敏感，這種(zhong)開裂(lie)的機理將在第3章(zhang)中(zhong)詳(xiang)細(xi)闡述(shu)。
其(qi)他固溶(rong)合(he)(he)金含(han)有(you)不(bu)同的置(zhi)換元素，包括鉻、鉬和鎢。每種元素都能賦予特殊的性能，并有(you)能力(li)改變(bian)每種合(he)(he)金的焊接(jie)特性。固溶(rong)強(qiang)(qiang)化鎳基合(he)(he)金的最高抗拉強(qiang)(qiang)度值(zhi)接(jie)近830 MPa(120 ksi),而屈(qu)服強(qiang)(qiang)度在345~480 MPa(50~70 ksi)之間(jian)。這些合(he)(he)金在要求(qiu)具有(you)良好耐蝕性的廣泛場合(he)(he)下使用。如果要求(qiu)較高的強(qiang)(qiang)度水平，必須選(xuan)擇(ze)沉淀(dian)強(qiang)(qiang)化合(he)(he)金。
3. 沉淀強化合金
沉(chen)淀強(qiang)(qiang)化(hua)鎳(nie)基合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)含(han)有鈦、鋁和(he)(he)／或鈮等添加(jia)劑，在(zai)(zai)適(shi)當(dang)的(de)(de)熱處(chu)理(li)后與鎳(nie)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)沉(chen)淀物。在(zai)(zai)大(da)多數情(qing)況下(xia)，這些沉(chen)淀物與奧(ao)氏(shi)體(ti)基體(ti)具有凝聚力，并使基體(ti)變形(xing)(xing)，因而實質上增(zeng)加(jia)了基體(ti)的(de)(de)強(qiang)(qiang)度。這些沉(chen)淀物的(de)(de)大(da)多數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)最佳(jia)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)添加(jia)劑和(he)(he)熱處(chu)理(li)情(qing)況下(xia)，這些合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)能(neng)夠強(qiang)(qiang)化(hua)到(dao)(dao)最高抗拉強(qiang)(qiang)度超過(guo)(guo)1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)0.2%屈服強(qiang)(qiang)度超過(guo)(guo)1035 MPa(150 ksi).第(di)(di)一(yi)個沉(chen)淀硬(ying)化(hua)Ni-Cr合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)（X-750)是(shi)(shi)由γ'強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)，在(zai)(zai)靠近γ'溶解線溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)，顯(xian)示出良好(hao)的(de)(de)抗氧化(hua)性(xing)和(he)(he)高溫(wen)(wen)(wen)強(qiang)(qiang)度的(de)(de)組(zu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)。不(bu)幸(xing)的(de)(de)是(shi)(shi)，當(dang)焊(han)后并直接(jie)時(shi)效而不(bu)在(zai)(zai)中間(jian)插入退火處(chu)理(li)時(shi)，會產(chan)生焊(han)后應(ying)變時(shi)效裂紋（SAC).這種開(kai)裂的(de)(de)機(ji)理(li)將在(zai)(zai)第(di)(di)4章(zhang)中詳細闡述。在(zai)(zai)為改善焊(han)接(jie)性(xing)和(he)(he)避免(mian)SAC的(de)(de)努力下(xia)，開(kai)發(fa)了γ”強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)第(di)(di)二代(dai)沉(chen)淀硬(ying)化(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這些合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)中最普遍的(de)(de)是(shi)(shi)718合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)。因為γ”沉(chen)淀物比γ'的(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)要慢得多，718合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)焊(han)后熱處(chu)理(li)時(shi)通常不(bu)受(shou)SAC影響。718合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)主要應(ying)用(yong)之一(yi)是(shi)(shi)航空航天燃氣(qi)透平傳動(dong)軸和(he)(he)耐(nai)壓殼。如果適(shi)當(dang)地熔(rong)煉，獲得低含(han)量的(de)(de)雜質，該合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)可(ke)提供極(ji)大(da)的(de)(de)使用(yong)機(ji)會。當(dang)設(she)計(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)理(li)時(shi)，在(zai)(zai)一(yi)直到(dao)(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)使用(yong)溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)，具有極(ji)佳(jia)的(de)(de)疲勞壽命。
基于沉(chen)淀強化(hua)合(he)金(jin)具(ju)有在高(gao)溫(wen)下(xia)不同尋常的高(gao)強度和耐(nai)蝕(shi)性(xing)，所以通常把它(ta)們歸(gui)類為“超(chao)合(he)金(jin)”。該(gai)術(shu)語曾松散地應用于許多其他(ta)高(gao)強度多元合(he)金(jin)，但一般術(shu)語“超(chao)合(he)金(jin)”是用來描(miao)述(shu)由γ'和γ”相所提供的具(ju)有超(chao)強度性(xing)能(neng)的鎳基合(he)金(jin)。
在(zai)燃氣輪機動葉片(pian)(pian)上(shang)采用超(chao)合(he)金始于IN713C合(he)金。這(zhe)種合(he)金與X-750合(he)金相(xiang)似，但僅僅作為鑄件生(sheng)產，因為含(han)有較多的(de)鋁(lv)、鈦添(tian)加劑(ji)，因此從(cong)鑄造溫度(du)(du)下(xia)冷卻時(shi)(shi)，會發生(sheng)時(shi)(shi)效硬(ying)化(hua)。由于該合(he)金對SAC有極高的(de)敏(min)感性，所以產品(pin)修(xiu)復受到限制，但在(zai)葉片(pian)(pian)頂端堆焊則不會開裂。經過數十年的(de)技術(shu)進展(zhan)，增加了“超(chao)合(he)金”族(zu)系的(de)其他(ta)成員，包括超(chao)高強(qiang)度(du)(du)和耐腐蝕的(de)單晶(jing)透平(ping)葉片(pian)(pian)合(he)金。為了減(jian)少(shao)在(zai)運(yun)行時(shi)(shi)受到侵蝕，在(zai)葉片(pian)(pian)頂端堆焊是可(ke)行的(de)，只要(yao)焊接過程能很(hen)好得到控制，并使殘余應力保持在(zai)較低水平(ping)。最(zui)初這(zhe)些材(cai)料在(zai)焊接修(xiu)復時(shi)(shi)曾(ceng)遇到挑戰，包括避免在(zai)熔(rong)池中(zhong)的(de)晶(jing)粒分散(san)和阻(zu)止開裂。
4. 其他特(te)殊合金
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(wei)繞或是NiAl或是Ni3Al組成而設計的(de)合(he)金(jin)。它(ta)們(men)顯(xian)示出非常(chang)高的(de)強度(du)和(he)(he)耐蝕性(xing)能(neng)，但由于它(ta)們(men)在很大溫度(du)范圍(wei)內延性(xing)低(di)，所以(yi)焊(han)接非常(chang)困難(nan)(nan)。Ni-Cr-B和(he)(he)Ni-Mo-Si合(he)金(jin)曾被(bei)開發用于在不同(tong)環境(jing)下的(de)耐磨材(cai)料，但這些合(he)金(jin)由于硬度(du)高、延性(xing)低(di)，并在其成分范圍(wei)內會形成低(di)熔(rong)融(rong)區間的(de)相，所以(yi)同(tong)樣(yang)難(nan)(nan)以(yi)焊(han)接。
