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(jie)性(xing)
不銹鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金焊接的(de)主(zhu)在問題是氣孔和熱裂紋。
1. 氣孔
焊(han)縫中產生(sheng)氣孔的原因：焊(han)接(jie)時(shi)液(ye)態金屬中溶解較多的氧(yang)，氧(yang)在高溫時(shi)將鎳(nie)氧(yang)化形成NiO。NiO能與(yu)液(ye)體金屬中氫和(he)碳發生(sheng)下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳-鐵合金的(de)凝固時(shi)來不及溢出，殘留在(zai)(zai)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體(ti)就形成氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)。在(zai)(zai)純鎳與碳鋼(gang)埋(mai)弧(hu)焊(han)時(shi)，鐵鎳焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體(ti)含(han)量對氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)傾向的(de)影(ying)響見表(biao)5-86。從(cong)表(biao)中(zhong)(zhong)可知：氮和氫變(bian)化不大的(de)情況下(xia)，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧含(han)量越多，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)數量越多。在(zai)(zai)埋(mai)弧(hu)焊(han)時(shi)，與焊(han)劑種類也有(you)關(guan)系，如圖(tu)(tu)5-37a所示。從(cong)圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)可以看出，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)金屬中(zhong)(zhong)鎳含(han)量相同時(shi)，無氧焊(han)劑的(de)抗氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)性(xing)能優于(yu)低(di)(di)硅焊(han)劑；當焊(han)縫(feng)(feng)(feng)金屬中(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)，用低(di)(di)硅焊(han)劑焊(han)成的(de)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)所形成的(de)氣(qi)(qi)孔(kong)(kong)的(de)體(ti)積(ji)為用無氧焊(han)劑的(de)5～6倍。
此外，焊縫金屬中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)鎳鐵比(bi)和(he)其他合金元素對焊縫形(xing)成氣孔的(de)(de)傾向也(ye)有影響。氧(yang)在(zai)(zai)液(ye)態鎳中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度大于在(zai)(zai)液(ye)態鐵中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度，而氧(yang)在(zai)(zai)固(gu)態鎳中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度卻比(bi)固(gu)態鐵中(zhong)(zhong)(zhong)小(xiao)。因此，氧(yang)的(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)度在(zai)(zai)鎳結晶時的(de)(de)突變比(bi)在(zai)(zai)鐵結晶時突變更為顯著。從圖(tu)5-37a中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以看出(chu)，當(dang)焊縫中(zhong)鎳(nie)(nie)量較(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔(kong)傾(qing)(qing)(qing)向較(jiao)小(xiao)；鎳(nie)(nie)含(han)量大(da)(da)時，氣(qi)孔(kong)的傾(qing)(qing)(qing)向較(jiao)大(da)(da)。然(ran)而(er)，隨著(zhu)焊縫中(zhong)的w（Ni）提高到(dao)60％～90％時，氣(qi)孔(kong)形成傾(qing)(qing)(qing)向有所降低(di)(di)，這是由于焊縫金屬中(zhong)熔入不銹鋼(gang)量減(jian)少，碳(tan)含(han)量也相應減(jian)少，所以形成一氧(yang)化碳(tan)的氣(qi)孔(kong)傾(qing)(qing)(qing)向就降低(di)(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
熱裂紋(wen)是(shi)熔(rong)池結(jie)晶過程中形(xing)成(cheng)低(di)熔(rong)點共晶體(ti)引起的。
高鎳(nie)焊(han)縫(feng)具有樹枝狀(zhuang)組織，在粗大晶(jing)(jing)粒(li)的邊界(jie)上，集中了一些(xie)低熔點共晶(jing)(jing)體(ti)（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的共晶(jing)(jing)體(ti)），削弱(ruo)了晶(jing)(jing)粒(li)間的聯系(xi)，降低了焊(han)縫(feng)金屬的抗(kang)裂性(xing)能(neng)。此(ci)外，單相奧氏體(ti)焊(han)縫(feng)中，當鎳(nie)含(han)量(liang)增加時(shi)，晶(jing)(jing)粒(li)顯(xian)著長大，也促進裂紋(wen)的產(chan)生(sheng)。從(cong)圖5-37b中還可以看到采用無氧(yang)焊(han)劑時(shi)，由(you)于焊(han)縫(feng)中氧(yang)、硫和(he)磷等有害雜質的減(jian)少，特別是氧(yang)含(han)量(liang)的急劇降低，裂紋(wen)傾向減(jian)少。可以認為，無論從(cong)抗(kang)氣(qi)孔性(xing)能(neng)方面(mian)，還上從(cong)抗(kang)裂性(xing)能(neng)方面(mian)看，優(you)質的焊(han)接材料和(he)良好的保護及脫氧(yang)是十分(fen)重要的。
在焊(han)(han)縫(feng)中，含有錳(meng)、鉻、鋁、鈦、鈮(ni)等合金(jin)元(yuan)素均(jun)(jun)能(neng)(neng)提(ti)高焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬的抗裂性(xing)能(neng)(neng)。其中錳(meng)、鉻、鋁、鈦和鈮(ni)均(jun)(jun)為(wei)變質(zhi)劑，能(neng)(neng)細化焊(han)(han)縫(feng)組(zu)織，并打亂其結晶的方向(xiang)性(xing)；鋁和鈦還是強烈的脫氧劑，能(neng)(neng)降低焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬中氧的含量；錳(meng)還具有一定脫硫作用(yong)(yong)，能(neng)(neng)與硫形成難熔的MnS，從而減(jian)少硫的有害作用(yong)(yong)。由此分析，不銹鋼與鎳及鎳合金(jin)焊(han)(han)接時，其抗裂性(xing)能(neng)(neng)優于(yu)碳鋼與鎳及鎳合金(jin)的焊(han)(han)接。
二(er)、焊接方法
不銹(xiu)鋼（06Cr18Ni11Ti）與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金熔焊(han)的(de)方法有焊(han)條電弧(hu)焊(han)、埋弧(hu)焊(han)、氣體保(bao)護焊(han)、等離子弧(hu)焊(han)和脈(mo)沖激(ji)光焊(han)等。
1. 焊條電弧(hu)焊
a. 為了保證焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭的(de)質量，選用焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材(cai)(cai)料要(yao)使(shi)焊(han)縫(feng)金屬(shu)中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為1.8％～2.0％和w（Mo）為3.4％～4.0％，此時(shi)焊(han)縫(feng)具有較高的(de)抗(kang)氣孔和抗(kang)熱裂紋的(de)性能(neng)，焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭也具有優良的(de)力(li)學性能(neng)。同時(shi)，還必須嚴格限制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材(cai)(cai)料中硫(liu)和磷(lin)的(de)含量。
b. 焊接坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊前(qian)要將兩種(zhong)金屬待焊處仔細(xi)清(qing)理，去除油污和雜質，露出金屬光澤，不能有水(shui)跡(ji)。
d. 焊接時電弧應(ying)稍偏不銹鋼一側，選用小的熱輸入，有(you)利于細化(hua)晶粒，防止(zhi)裂紋的形成。
2. 埋弧焊
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純(chun)鎳(nie)焊(han)接(jie)時(shi)，焊(han)縫(feng)不(bu)(bu)會出現馬氏體(ti)組織，所以(yi)焊(han)接(jie)接(jie)頭的力學(xue)性能比(bi)較(jiao)好。例(li)如，用(yong)熱輸入比(bi)較(jiao)大的埋弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純(chun)鎳(nie)時(shi)，焊(han)接(jie)接(jie)頭抗拉強度可達500～600MPa，沖(chong)擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角(jiao)達180°不(bu)(bu)裂。
3. 氣體保(bao)護(hu)焊
a. 管狀焊絲焊接(jie)
不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與鎳(nie)基熱(re)(re)強(qiang)合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接時(shi)，選用不同的(de)(de)管狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲成分（管材(cai)為(wei)Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬熱(re)(re)裂(lie)傾(qing)向的(de)(de)影響如圖(tu)5-38所示。試驗結果(guo)表明：提(ti)高抗裂(lie)性能最有效的(de)(de)方法是用鉬對焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬合(he)金(jin)化(hua)，當焊(han)(han)(han)縫中w（Mo）達(da)到(dao)6.5％時(shi)，幾(ji)乎完全可(ke)以消除熱(re)(re)裂(lie)紋。考(kao)慮到(dao)母(mu)材(cai)金(jin)屬稀釋(shi)的(de)(de)影響，管狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲中w（Mo）為(wei)30％左(zuo)右(you)。用氬弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接不銹(xiu)鋼06Cr18Nil1Ti與鎳(nie)基熱(re)(re)強(qiang)合(he)金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采(cai)用下列3種管狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲都能獲得優(you)質(zhi)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接接頭，其管狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)絲的(de)(de)化(hua)學成分的(de)(de)質(zhi)量分數（％）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. 實芯焊絲焊接
對不銹鋼與鎳基合金進行(xing)氣體(ti)保護(hu)焊(han)時，氣體(ti)保護(hu)可(ke)選用(yong)(yong)Ar、He或Ar+He混合氣，為了消除焊(han)縫金屬中氣孔，可(ke)以用(yong)(yong)體(ti)積分數為95％Ar＋5％Ar+5% He混合氣體(ti)。要求Ar和He氣體(ti)純度不小于(yu)99.5％（體(ti)積分數）。
不銹鋼與鎳基合金(jin)用(yong)手(shou)工(gong)(gong)鎢極氣體保護焊(han)時(shi)，所選用(yong)焊(han)絲牌號見表5-87。不銹鋼與鎳手(shou)工(gong)(gong)鎢極氬弧(hu)焊(han)和自動(dong)鎢極氬弧(hu)焊(han)的(de)焊(han)接(jie)參數見表5-88和表5-89。
