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(yi)、焊接性
不銹鋼（或碳(tan)鋼）與鎳及鎳合金焊接的主在問題是氣孔和熱裂紋。
1. 氣孔
焊縫(feng)中(zhong)產生(sheng)氣(qi)孔的原因：焊接時液態金(jin)屬中(zhong)溶解(jie)較多的氧(yang)，氧(yang)在高溫(wen)時將鎳氧(yang)化形成NiO。NiO能與液體(ti)金(jin)屬中(zhong)氫和碳發生(sheng)下(xia)列反(fan)應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由(you)于鎳(nie)(nie)-鐵合金的(de)凝(ning)固時來(lai)不(bu)及(ji)溢出，殘留在(zai)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)(ti)就形(xing)成氣(qi)孔。在(zai)純鎳(nie)(nie)與(yu)碳鋼(gang)埋弧焊(han)(han)時，鐵鎳(nie)(nie)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)(ti)含量對氣(qi)孔傾向的(de)影響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)可知：氮和氫變(bian)化不(bu)大(da)的(de)情況下，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)含量越多(duo)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)孔數量越多(duo)。在(zai)埋弧焊(han)(han)時，與(yu)焊(han)(han)劑種類也有關系，如圖5-37a所示。從圖中(zhong)(zhong)可以看出，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含量相同時，無氧(yang)(yang)焊(han)(han)劑的(de)抗氣(qi)孔性(xing)能優于低硅(gui)焊(han)(han)劑；當(dang)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時，用低硅(gui)焊(han)(han)劑焊(han)(han)成的(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)所形(xing)成的(de)氣(qi)孔的(de)體(ti)(ti)積為用無氧(yang)(yang)焊(han)(han)劑的(de)5～6倍。
此(ci)外，焊縫金屬中的(de)(de)(de)鎳鐵比和其他合金元素對(dui)焊縫形(xing)成(cheng)氣孔(kong)的(de)(de)(de)傾向也有(you)影(ying)響。氧在(zai)(zai)液(ye)態鎳中的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)大于在(zai)(zai)液(ye)態鐵中的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)，而氧在(zai)(zai)固態鎳中的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)卻比固態鐵中小。因此(ci)，氧的(de)(de)(de)溶(rong)解度(du)在(zai)(zai)鎳結(jie)晶時(shi)的(de)(de)(de)突(tu)變比在(zai)(zai)鐵結(jie)晶時(shi)突(tu)變更為顯著。從圖5-37a中可以(yi)看出，當(dang)焊縫中(zhong)鎳量較(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)向(xiang)較(jiao)小(xiao)；鎳含量大時，氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)的傾(qing)向(xiang)較(jiao)大。然而，隨著焊縫中(zhong)的w（Ni）提高到60％～90％時，氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)形成傾(qing)向(xiang)有所降低，這是由(you)于焊縫金屬中(zhong)熔入不銹(xiu)鋼量減少，碳含量也相(xiang)應(ying)減少，所以(yi)形成一氧化碳的氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)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. 熱裂(lie)紋
熱(re)裂(lie)紋是熔池結晶過(guo)程中形成低熔點共晶體(ti)引起的。
高鎳(nie)焊(han)縫(feng)(feng)具有(you)樹枝狀組織，在(zai)粗大(da)(da)晶(jing)粒的邊界(jie)上，集中(zhong)(zhong)了一些低(di)(di)(di)熔點共(gong)(gong)晶(jing)體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的共(gong)(gong)晶(jing)體），削弱了晶(jing)粒間的聯系，降(jiang)低(di)(di)(di)了焊(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)的抗(kang)裂性(xing)能(neng)。此外，單相奧氏(shi)體焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)，當鎳(nie)含(han)量增加時(shi)，晶(jing)粒顯著長大(da)(da)，也促進裂紋的產生(sheng)。從圖5-37b中(zhong)(zhong)還可以看(kan)到采用(yong)無氧焊(han)劑時(shi)，由于焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧、硫和(he)磷等有(you)害雜質的減(jian)少，特別是氧含(han)量的急(ji)劇降(jiang)低(di)(di)(di)，裂紋傾向減(jian)少。可以認(ren)為，無論從抗(kang)氣孔性(xing)能(neng)方(fang)面(mian)，還上從抗(kang)裂性(xing)能(neng)方(fang)面(mian)看(kan)，優質的焊(han)接材料和(he)良好(hao)的保護(hu)及脫氧是十(shi)分重(zhong)要的。
在焊(han)(han)(han)縫(feng)中，含有(you)錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦、鈮等合(he)金元素均(jun)能(neng)(neng)提高焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬(shu)的(de)抗裂性(xing)能(neng)(neng)。其(qi)中錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦和鈮均(jun)為變(bian)質(zhi)劑(ji)，能(neng)(neng)細化焊(han)(han)(han)縫(feng)組織，并打(da)亂(luan)其(qi)結晶的(de)方(fang)向性(xing)；鋁(lv)和鈦還(huan)是強(qiang)烈的(de)脫氧(yang)劑(ji)，能(neng)(neng)降低焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬(shu)中氧(yang)的(de)含量(liang)；錳還(huan)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)脫硫作用，能(neng)(neng)與硫形成難熔的(de)MnS，從而減少硫的(de)有(you)害作用。由此分析，不(bu)銹鋼與鎳及鎳合(he)金焊(han)(han)(han)接時，其(qi)抗裂性(xing)能(neng)(neng)優于碳(tan)鋼與鎳及鎳合(he)金的(de)焊(han)(han)(han)接。
二(er)、焊接(jie)方(fang)法(fa)
不銹鋼(gang)（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合(he)金(jin)熔(rong)焊(han)的方(fang)法有焊(han)條電弧(hu)焊(han)、埋弧(hu)焊(han)、氣體保護焊(han)、等離子弧(hu)焊(han)和(he)脈(mo)沖激光焊(han)等。
1. 焊條電弧(hu)焊
a. 為(wei)了保(bao)證焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)質量，選用焊(han)(han)(han)接(jie)材料(liao)要使焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此(ci)時(shi)焊(han)(han)(han)縫具(ju)有較高(gao)的(de)抗(kang)氣孔(kong)和(he)抗(kang)熱裂紋的(de)性能，焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭也具(ju)有優良(liang)的(de)力(li)學性能。同(tong)時(shi)，還必須嚴(yan)格限制焊(han)(han)(han)接(jie)材料(liao)中(zhong)硫和(he)磷的(de)含量。
b. 焊接坡口的角度應為(wei)60°～80°。
c. 焊(han)前(qian)要將兩種金屬(shu)待焊(han)處仔(zi)細(xi)清(qing)理，去除油(you)污(wu)和(he)雜質(zhi)，露出金屬(shu)光澤，不(bu)能有(you)水跡。
d. 焊接時(shi)電弧應稍偏不銹鋼一側，選用小(xiao)的熱(re)輸入，有利于細化晶粒，防(fang)止裂紋的形成。
2. 埋弧焊
不銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)縫不會出現馬氏體組織，所以(yi)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)力學性能比(bi)較(jiao)好。例(li)如，用熱輸(shu)入(ru)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)不銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳時，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭抗拉強度(du)可達500～600MPa，沖擊韌度(du)為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不裂。
3. 氣體保護焊
a. 管狀焊絲焊接
不(bu)(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基(ji)熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)接時(shi)，選(xuan)用不(bu)(bu)同的管(guan)狀焊(han)絲成分(fen)（管(guan)材為(wei)(wei)Cr20Ni80），對焊(han)縫金(jin)屬熱(re)裂(lie)傾向的影響如圖5-38所示。試(shi)驗(yan)結(jie)果表明：提高抗裂(lie)性能(neng)最有效的方法(fa)是用鉬對焊(han)縫金(jin)屬合(he)金(jin)化(hua)(hua)，當焊(han)縫中w（Mo）達(da)到6.5％時(shi)，幾乎完全可以消除熱(re)裂(lie)紋(wen)。考慮(lv)到母材金(jin)屬稀釋的影響，管(guan)狀焊(han)絲中w（Mo）為(wei)(wei)30％左右。用氬弧焊(han)焊(han)接不(bu)(bu)銹鋼06Cr18Nil1Ti與鎳基(ji)熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用下列3種(zhong)管(guan)狀焊(han)絲都能(neng)獲(huo)得(de)優質的焊(han)接接頭，其管(guan)狀焊(han)絲的化(hua)(hua)學成分(fen)的質量(liang)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. 實芯(xin)焊(han)絲焊(han)接
對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)與鎳基合金(jin)進行(xing)氣(qi)體(ti)保護焊(han)時，氣(qi)體(ti)保護可(ke)選用Ar、He或(huo)Ar+He混(hun)合氣(qi)，為(wei)(wei)了消除焊(han)縫金(jin)屬中氣(qi)孔，可(ke)以(yi)用體(ti)積分(fen)數為(wei)(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合氣(qi)體(ti)。要求Ar和He氣(qi)體(ti)純度(du)不(bu)小于99.5％（體(ti)積分(fen)數）。
不銹鋼(gang)與(yu)(yu)鎳基合(he)金用(yong)手(shou)工(gong)鎢(wu)(wu)極(ji)氣體保(bao)護焊(han)時，所(suo)選用(yong)焊(han)絲牌號見表5-87。不銹鋼(gang)與(yu)(yu)鎳手(shou)工(gong)鎢(wu)(wu)極(ji)氬(ya)弧(hu)焊(han)和自(zi)動(dong)鎢(wu)(wu)極(ji)氬(ya)弧(hu)焊(han)的焊(han)接參數見表5-88和表5-89。
