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、焊接性
不銹鋼（或碳(tan)鋼）與鎳(nie)及鎳(nie)合金焊接的(de)主在問題是(shi)氣(qi)孔(kong)和熱裂紋。
1. 氣(qi)孔(kong)
焊縫中(zhong)(zhong)產生氣孔的原因：焊接時液態金屬中(zhong)(zhong)溶解較多的氧，氧在高溫時將鎳氧化形(xing)成NiO。NiO能與(yu)液體金屬中(zhong)(zhong)氫(qing)和碳發生下列(lie)反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳(nie)-鐵合金(jin)的(de)凝固時(shi)(shi)來(lai)不及溢(yi)出，殘留在焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體(ti)就形成氣(qi)(qi)孔。在純鎳(nie)與(yu)(yu)碳鋼埋弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)時(shi)(shi)，鐵鎳(nie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體(ti)含量對氣(qi)(qi)孔傾向的(de)影響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可知：氮(dan)和氫變化不大的(de)情況(kuang)下(xia)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)含量越多，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)孔數(shu)量越多。在埋弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)時(shi)(shi)，與(yu)(yu)焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)種類也有關系(xi)，如圖5-37a所示(shi)。從圖中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可以看(kan)出，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)含量相同(tong)時(shi)(shi)，無氧(yang)焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)抗氣(qi)(qi)孔性(xing)能優于(yu)低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)；當焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)(shi)，用低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)焊(han)(han)(han)(han)成的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)所形成的(de)氣(qi)(qi)孔的(de)體(ti)積為(wei)用無氧(yang)焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)5～6倍。
此外(wai)，焊縫(feng)金屬中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)鐵(tie)比(bi)和(he)其他合金元素對焊縫(feng)形成氣孔(kong)的(de)(de)(de)(de)傾向也有影(ying)響。氧在(zai)液態鎳(nie)(nie)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)大于在(zai)液態鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)，而氧在(zai)固態鎳(nie)(nie)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)卻比(bi)固態鐵(tie)中(zhong)小(xiao)。因此，氧的(de)(de)(de)(de)溶解(jie)度(du)在(zai)鎳(nie)(nie)結(jie)晶(jing)時的(de)(de)(de)(de)突(tu)變比(bi)在(zai)鐵(tie)結(jie)晶(jing)時突(tu)變更為顯著(zhu)。從圖5-37a中(zhong)可以(yi)(yi)看出，當(dang)焊縫(feng)中鎳(nie)量(liang)(liang)(liang)較(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔傾(qing)(qing)(qing)向較(jiao)小；鎳(nie)含量(liang)(liang)(liang)大時，氣(qi)孔的(de)傾(qing)(qing)(qing)向較(jiao)大。然而，隨著(zhu)焊縫(feng)中的(de)w（Ni）提高(gao)到(dao)60％～90％時，氣(qi)孔形成傾(qing)(qing)(qing)向有所降低(di)，這是由于焊縫(feng)金屬(shu)中熔入不(bu)銹鋼(gang)量(liang)(liang)(liang)減少，碳含量(liang)(liang)(liang)也相應減少，所以(yi)(yi)形成一氧化碳的(de)氣(qi)孔傾(qing)(qing)(qing)向就降低(di)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
熱裂(lie)紋是熔(rong)池(chi)結晶過程(cheng)中形成低熔(rong)點共(gong)晶體引起(qi)的。
高鎳焊縫(feng)具有(you)樹枝(zhi)狀組織，在粗(cu)大晶粒的(de)(de)邊界上，集中(zhong)了(le)一些低熔點(dian)共晶體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)共晶體），削弱了(le)晶粒間的(de)(de)聯系，降(jiang)低了(le)焊縫(feng)金(jin)屬的(de)(de)抗(kang)裂性能。此外(wai)，單(dan)相奧氏(shi)體焊縫(feng)中(zhong)，當(dang)鎳含(han)量增加時，晶粒顯(xian)著長大，也促進裂紋(wen)的(de)(de)產生。從(cong)(cong)圖5-37b中(zhong)還(huan)可(ke)以看到采用無氧(yang)焊劑時，由于焊縫(feng)中(zhong)氧(yang)、硫和(he)磷等有(you)害雜質(zhi)的(de)(de)減(jian)少，特(te)別是(shi)氧(yang)含(han)量的(de)(de)急劇降(jiang)低，裂紋(wen)傾向減(jian)少。可(ke)以認為，無論從(cong)(cong)抗(kang)氣孔性能方(fang)面，還(huan)上從(cong)(cong)抗(kang)裂性能方(fang)面看，優質(zhi)的(de)(de)焊接材料(liao)和(he)良好的(de)(de)保護及脫氧(yang)是(shi)十分重要的(de)(de)。
在焊(han)(han)縫中，含有(you)錳、鉻(ge)、鋁、鈦(tai)、鈮等(deng)合(he)(he)金元(yuan)素均能(neng)提高(gao)焊(han)(han)縫金屬的(de)抗(kang)裂性能(neng)。其中錳、鉻(ge)、鋁、鈦(tai)和鈮均為變質劑，能(neng)細化(hua)焊(han)(han)縫組織，并打亂其結晶的(de)方向性；鋁和鈦(tai)還是強烈(lie)的(de)脫氧劑，能(neng)降低(di)焊(han)(han)縫金屬中氧的(de)含量(liang)；錳還具有(you)一定脫硫(liu)作(zuo)用，能(neng)與硫(liu)形成難(nan)熔(rong)的(de)MnS，從而減少硫(liu)的(de)有(you)害(hai)作(zuo)用。由此分(fen)析，不銹鋼與鎳(nie)及鎳(nie)合(he)(he)金焊(han)(han)接(jie)時，其抗(kang)裂性能(neng)優于碳鋼與鎳(nie)及鎳(nie)合(he)(he)金的(de)焊(han)(han)接(jie)。
二、焊接方法
不(bu)銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及(ji)鎳合(he)金熔焊(han)的方法有焊(han)條(tiao)電弧焊(han)、埋弧焊(han)、氣體保護焊(han)、等(deng)離子(zi)弧焊(han)和脈(mo)沖激(ji)光焊(han)等(deng)。
1. 焊條電弧焊
a. 為(wei)了保證(zheng)焊(han)(han)(han)接接頭的(de)質(zhi)量，選用焊(han)(han)(han)接材料要(yao)使焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此時(shi)焊(han)(han)(han)縫(feng)具(ju)有較高的(de)抗氣(qi)孔和(he)(he)抗熱裂紋(wen)的(de)性能，焊(han)(han)(han)接接頭也(ye)具(ju)有優良(liang)的(de)力學(xue)性能。同時(shi)，還必須嚴格限制焊(han)(han)(han)接材料中(zhong)硫和(he)(he)磷(lin)的(de)含(han)量。
b. 焊接坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊(han)前要將(jiang)兩(liang)種金屬待(dai)焊(han)處仔細(xi)清(qing)理(li)，去除油污和雜質，露出(chu)金屬光澤(ze)，不(bu)能有水跡(ji)。
d. 焊接時電弧(hu)應稍偏(pian)不銹(xiu)鋼一(yi)側，選用小的熱輸(shu)入，有利于細化晶(jing)粒，防(fang)止裂紋的形成。
2. 埋弧焊
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)不會出現(xian)馬氏(shi)體組織，所以焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)力學性能比較(jiao)好。例如，用熱輸入比較(jiao)大(da)的(de)埋弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳時，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭抗拉強度可(ke)達(da)500～600MPa，沖擊(ji)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(han)(han)絲焊(han)(han)接(jie)
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基熱強(qiang)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni80焊(han)接(jie)時，選用(yong)不(bu)(bu)同的(de)管(guan)狀(zhuang)焊(han)絲(si)成(cheng)分（管(guan)材為(wei)Cr20Ni80），對(dui)焊(han)縫金(jin)(jin)屬熱裂傾(qing)向的(de)影(ying)響如圖5-38所示。試驗(yan)結果表明(ming)：提高抗裂性能最有(you)效的(de)方法是用(yong)鉬對(dui)焊(han)縫金(jin)(jin)屬合(he)金(jin)(jin)化，當焊(han)縫中w（Mo）達到(dao)6.5％時，幾乎(hu)完全(quan)可以消(xiao)除熱裂紋。考慮到(dao)母材金(jin)(jin)屬稀釋(shi)的(de)影(ying)響，管(guan)狀(zhuang)焊(han)絲(si)中w（Mo）為(wei)30％左右(you)。用(yong)氬弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Nil1Ti與鎳基熱強(qiang)合(he)金(jin)(jin)Cr20Ni80時，通(tong)常采用(yong)下列(lie)3種管(guan)狀(zhuang)焊(han)絲(si)都能獲得(de)優質的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭，其(qi)管(guan)狀(zhuang)焊(han)絲(si)的(de)化學成(cheng)分的(de)質量分數(shu)（％）為(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. 實芯焊(han)絲(si)焊(han)接
對(dui)不銹(xiu)鋼與(yu)鎳基合金進行氣體(ti)保護焊時，氣體(ti)保護可(ke)選用Ar、He或Ar+He混(hun)合氣，為(wei)了消(xiao)除焊縫金屬中氣孔，可(ke)以用體(ti)積(ji)分數為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合氣體(ti)。要求Ar和He氣體(ti)純(chun)度不小于(yu)99.5％（體(ti)積(ji)分數）。
不(bu)銹(xiu)鋼與鎳基合金用手工鎢極氣(qi)體保護焊(han)(han)時，所(suo)選用焊(han)(han)絲牌號見表(biao)5-87。不(bu)銹(xiu)鋼與鎳手工鎢極氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)和自動(dong)鎢極氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)的焊(han)(han)接參數見表(biao)5-88和表(biao)5-89。
