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(yu)鎳及鎳合金(jin)焊(han)接(jie)的主在問題是氣孔和熱(re)裂紋。
1. 氣孔
焊(han)(han)縫中(zhong)(zhong)產生氣(qi)孔的原因：焊(han)(han)接時液態金屬(shu)中(zhong)(zhong)溶解較多(duo)的氧(yang)(yang)，氧(yang)(yang)在(zai)高溫時將鎳氧(yang)(yang)化形成NiO。NiO能與液體金屬(shu)中(zhong)(zhong)氫和(he)碳發生下(xia)列(lie)反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由(you)于鎳(nie)(nie)-鐵合金(jin)的(de)凝固時(shi)來(lai)不(bu)及溢出(chu)，殘留在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體就形成氣(qi)(qi)孔。在(zai)(zai)純鎳(nie)(nie)與碳(tan)鋼埋弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)，鐵鎳(nie)(nie)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體含(han)量(liang)(liang)對氣(qi)(qi)孔傾向的(de)影響(xiang)見表(biao)(biao)5-86。從表(biao)(biao)中(zhong)(zhong)可(ke)知(zhi)：氮和氫變化不(bu)大的(de)情況(kuang)下，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)越(yue)多，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)孔數量(liang)(liang)越(yue)多。在(zai)(zai)埋弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)，與焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)種類也(ye)有關系，如圖(tu)5-37a所(suo)示。從圖(tu)中(zhong)(zhong)可(ke)以(yi)看出(chu)，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬中(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)(liang)相同時(shi)，無氧(yang)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)抗氣(qi)(qi)孔性能優于低硅焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)；當(dang)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬中(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)，用低硅焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)焊(han)(han)(han)成的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)所(suo)形成的(de)氣(qi)(qi)孔的(de)體積(ji)為(wei)用無氧(yang)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)5～6倍。
此(ci)外，焊縫金屬(shu)中的(de)鎳鐵比(bi)(bi)和其他合(he)金元素(su)對焊縫形成氣(qi)孔的(de)傾向也有(you)影響。氧在(zai)(zai)液態(tai)鎳中的(de)溶(rong)解(jie)度大于在(zai)(zai)液態(tai)鐵中的(de)溶(rong)解(jie)度，而(er)氧在(zai)(zai)固態(tai)鎳中的(de)溶(rong)解(jie)度卻比(bi)(bi)固態(tai)鐵中小。因此(ci)，氧的(de)溶(rong)解(jie)度在(zai)(zai)鎳結晶時(shi)的(de)突變(bian)比(bi)(bi)在(zai)(zai)鐵結晶時(shi)突變(bian)更為(wei)顯著。從圖5-37a中可以(yi)(yi)看出，當焊縫中鎳量較(jiao)(jiao)少(shao)時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔傾(qing)(qing)向較(jiao)(jiao)小；鎳含量大(da)時，氣(qi)孔的(de)(de)傾(qing)(qing)向較(jiao)(jiao)大(da)。然而(er)，隨(sui)著焊縫中的(de)(de)w（Ni）提高到60％～90％時，氣(qi)孔形成傾(qing)(qing)向有所降低(di)，這(zhe)是由(you)于焊縫金(jin)屬(shu)中熔入(ru)不(bu)銹鋼量減少(shao)，碳含量也(ye)相(xiang)應減少(shao)，所以(yi)(yi)形成一氧化碳的(de)(de)氣(qi)孔傾(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)池結晶(jing)過程中(zhong)形成低熔(rong)點共晶(jing)體引(yin)起的。
高鎳焊(han)(han)縫(feng)具有(you)樹(shu)枝狀組織，在(zai)粗大(da)晶(jing)(jing)粒(li)的(de)(de)(de)(de)邊界上(shang)，集中(zhong)(zhong)了一(yi)些低熔點共晶(jing)(jing)體(ti)(ti)（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)(de)(de)共晶(jing)(jing)體(ti)(ti)），削弱(ruo)了晶(jing)(jing)粒(li)間的(de)(de)(de)(de)聯系(xi)，降低了焊(han)(han)縫(feng)金屬的(de)(de)(de)(de)抗裂性(xing)能。此外(wai)，單相奧氏體(ti)(ti)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)，當鎳含(han)量增(zeng)加時(shi)，晶(jing)(jing)粒(li)顯著長(chang)大(da)，也促進(jin)裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)產生。從(cong)圖5-37b中(zhong)(zhong)還可以看(kan)到采用(yong)無氧(yang)焊(han)(han)劑時(shi)，由于焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)氧(yang)、硫和(he)磷等有(you)害雜(za)質的(de)(de)(de)(de)減(jian)少，特別是(shi)氧(yang)含(han)量的(de)(de)(de)(de)急劇降低，裂紋(wen)(wen)傾(qing)向減(jian)少。可以認為(wei)，無論從(cong)抗氣孔(kong)性(xing)能方面，還上(shang)從(cong)抗裂性(xing)能方面看(kan)，優質的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)接材料和(he)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)保護及(ji)脫氧(yang)是(shi)十分重要(yao)的(de)(de)(de)(de)。
在焊(han)(han)(han)(han)縫中(zhong)(zhong)，含(han)有錳、鉻、鋁(lv)(lv)、鈦、鈮(ni)等合(he)金元素均能(neng)提高焊(han)(han)(han)(han)縫金屬的抗裂性能(neng)。其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)錳、鉻、鋁(lv)(lv)、鈦和(he)鈮(ni)均為變質劑(ji)，能(neng)細化焊(han)(han)(han)(han)縫組織，并打亂其(qi)(qi)結晶的方(fang)向性；鋁(lv)(lv)和(he)鈦還(huan)是強烈的脫(tuo)氧劑(ji)，能(neng)降低(di)焊(han)(han)(han)(han)縫金屬中(zhong)(zhong)氧的含(han)量；錳還(huan)具有一定脫(tuo)硫作用(yong)(yong)，能(neng)與(yu)(yu)硫形成難熔(rong)的MnS，從而減少硫的有害作用(yong)(yong)。由此(ci)分(fen)析(xi)，不銹鋼與(yu)(yu)鎳及鎳合(he)金焊(han)(han)(han)(han)接時(shi)，其(qi)(qi)抗裂性能(neng)優于碳(tan)鋼與(yu)(yu)鎳及鎳合(he)金的焊(han)(han)(han)(han)接。
二、焊接方法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔焊(han)(han)的方法有焊(han)(han)條電(dian)弧(hu)(hu)焊(han)(han)、埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)、等離子弧(hu)(hu)焊(han)(han)和脈沖激光焊(han)(han)等。
1. 焊(han)條電弧焊(han)
a. 為了(le)保證焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的質量，選用焊(han)(han)接(jie)材(cai)料要使(shi)焊(han)(han)縫金屬(shu)中(zhong)(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊(han)(han)縫具(ju)有較高(gao)的抗氣孔和(he)(he)抗熱裂紋的性能(neng)，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭也(ye)具(ju)有優良的力學性能(neng)。同時，還必(bi)須嚴格限(xian)制焊(han)(han)接(jie)材(cai)料中(zhong)(zhong)硫和(he)(he)磷的含(han)量。
b. 焊接坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊(han)前要將(jiang)兩(liang)種金屬待焊(han)處仔(zi)細(xi)清(qing)理，去除油污和雜質(zhi)，露(lu)出金屬光澤，不能有水跡。
d. 焊接(jie)時電弧(hu)應稍偏(pian)不銹(xiu)鋼一側(ce)，選用小的(de)熱輸入，有利(li)于細化晶粒，防止裂紋的(de)形(xing)成。
2. 埋弧焊(han)
不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純鎳焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時，焊(han)(han)縫不(bu)會出(chu)現馬氏體組織，所以焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的力學性能比較好。例如，用熱輸(shu)入(ru)比較大的埋弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)純鎳時，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭抗(kang)拉強度可達(da)500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達(da)180°不(bu)裂。
3. 氣(qi)體保護焊
a. 管狀焊絲(si)焊接
不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳基(ji)熱(re)強(qiang)合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接(jie)時，選用(yong)(yong)不同的(de)(de)(de)管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)成分(fen)(fen)（管(guan)材為(wei)(wei)Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)熱(re)裂傾向的(de)(de)(de)影響如圖5-38所示。試驗結(jie)果表明：提高抗裂性能(neng)最有效的(de)(de)(de)方法(fa)是用(yong)(yong)鉬對焊(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)合(he)金(jin)化，當焊(han)(han)(han)縫中w（Mo）達到(dao)6.5％時，幾乎完全可(ke)以消除熱(re)裂紋(wen)。考慮到(dao)母材金(jin)屬(shu)稀釋的(de)(de)(de)影響，管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)中w（Mo）為(wei)(wei)30％左右。用(yong)(yong)氬(ya)弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)不銹(xiu)鋼06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳基(ji)熱(re)強(qiang)合(he)金(jin)Cr20Ni80時，通常采用(yong)(yong)下列3種管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)都能(neng)獲得優質(zhi)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)，其管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)的(de)(de)(de)化學成分(fen)(fen)的(de)(de)(de)質(zhi)量分(fen)(fen)數(shu)（％）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. 實芯焊絲焊接
對不銹鋼(gang)與鎳基合金(jin)進(jin)行氣體(ti)(ti)保護焊(han)時(shi)，氣體(ti)(ti)保護可選用Ar、He或Ar+He混(hun)合氣，為了消除焊(han)縫(feng)金(jin)屬中氣孔，可以用體(ti)(ti)積(ji)分數為95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合氣體(ti)(ti)。要求Ar和He氣體(ti)(ti)純(chun)度(du)不小于99.5％（體(ti)(ti)積(ji)分數）。
不(bu)銹鋼與鎳基(ji)合金用手(shou)工鎢(wu)(wu)極(ji)氣體保護焊(han)時(shi)，所(suo)選(xuan)用焊(han)絲牌號見(jian)表(biao)5-87。不(bu)銹鋼與鎳手(shou)工鎢(wu)(wu)極(ji)氬弧焊(han)和(he)自動鎢(wu)(wu)極(ji)氬弧焊(han)的焊(han)接參數(shu)見(jian)表(biao)5-88和(he)表(biao)5-89。
