鎳及鎳合金(jin)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(bu)銹鋼(gang)（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
不銹鋼（或碳(tan)鋼）與鎳(nie)及鎳(nie)合金焊接的主在(zai)問題是氣孔和熱裂紋。
1. 氣孔
焊(han)(han)縫中(zhong)產生氣(qi)孔的原因：焊(han)(han)接時(shi)(shi)液(ye)態金(jin)屬(shu)中(zhong)溶(rong)解較多(duo)的氧，氧在高(gao)溫時(shi)(shi)將鎳(nie)氧化形(xing)成(cheng)NiO。NiO能與液(ye)體金(jin)屬(shu)中(zhong)氫(qing)和碳(tan)發生下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳(nie)-鐵(tie)合金的(de)凝固時(shi)來不(bu)及(ji)溢出(chu)，殘留(liu)在焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體就(jiu)形(xing)成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)。在純鎳(nie)與碳鋼埋弧焊(han)(han)(han)(han)(han)時(shi)，鐵(tie)鎳(nie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體含量(liang)對氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)傾向的(de)影(ying)響見表(biao)5-86。從(cong)表(biao)中(zhong)(zhong)可知：氮和氫變化不(bu)大(da)的(de)情(qing)況下，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧含量(liang)越(yue)多，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)數(shu)量(liang)越(yue)多。在埋弧焊(han)(han)(han)(han)(han)時(shi)，與焊(han)(han)(han)(han)(han)劑種類也有關系(xi)，如(ru)圖5-37a所示。從(cong)圖中(zhong)(zhong)可以看(kan)出(chu)，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)鎳(nie)含量(liang)相同時(shi)，無氧焊(han)(han)(han)(han)(han)劑的(de)抗氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)性(xing)能優于低硅(gui)焊(han)(han)(han)(han)(han)劑；當焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)，用低硅(gui)焊(han)(han)(han)(han)(han)劑焊(han)(han)(han)(han)(han)成(cheng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)所形(xing)成(cheng)的(de)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)的(de)體積為用無氧焊(han)(han)(han)(han)(han)劑的(de)5～6倍。
此(ci)外(wai)，焊縫金屬中(zhong)(zhong)(zhong)的鎳(nie)鐵(tie)比(bi)(bi)和其他合金元(yuan)素對焊縫形成氣(qi)孔的傾向也(ye)有影響。氧(yang)在(zai)(zai)液(ye)態鎳(nie)中(zhong)(zhong)(zhong)的溶解度(du)大于在(zai)(zai)液(ye)態鐵(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)的溶解度(du)，而氧(yang)在(zai)(zai)固態鎳(nie)中(zhong)(zhong)(zhong)的溶解度(du)卻比(bi)(bi)固態鐵(tie)中(zhong)(zhong)(zhong)小。因(yin)此(ci)，氧(yang)的溶解度(du)在(zai)(zai)鎳(nie)結晶時的突變比(bi)(bi)在(zai)(zai)鐵(tie)結晶時突變更為顯著。從圖5-37a中(zhong)(zhong)(zhong)可以看出，當焊縫(feng)中(zhong)(zhong)鎳(nie)量(liang)較少(shao)時(shi)(shi)［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔(kong)傾向較小；鎳(nie)含量(liang)大(da)時(shi)(shi)，氣(qi)孔(kong)的(de)傾向較大(da)。然(ran)而，隨著焊縫(feng)中(zhong)(zhong)的(de)w（Ni）提(ti)高到60％～90％時(shi)(shi)，氣(qi)孔(kong)形成傾向有所降低，這是由于(yu)焊縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)熔入不銹鋼量(liang)減少(shao)，碳含量(liang)也相應減少(shao)，所以形成一氧(yang)化碳的(de)氣(qi)孔(kong)傾向就降低了。
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(wen)
熱裂(lie)紋是熔(rong)池結晶(jing)(jing)過程(cheng)中形(xing)成低熔(rong)點(dian)共(gong)晶(jing)(jing)體(ti)引起的。
高鎳焊(han)縫(feng)具有(you)樹(shu)枝狀組織，在粗大晶粒的(de)邊(bian)界上，集中了一些低熔(rong)點共(gong)晶體(ti)（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)共(gong)晶體(ti)），削弱(ruo)了晶粒間的(de)聯系，降低了焊(han)縫(feng)金屬的(de)抗裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)。此(ci)外，單相奧氏體(ti)焊(han)縫(feng)中，當鎳含(han)量增加時，晶粒顯(xian)著長大，也促進裂(lie)紋(wen)的(de)產(chan)生。從(cong)圖5-37b中還可以(yi)看(kan)到采用無氧焊(han)劑(ji)時，由(you)于焊(han)縫(feng)中氧、硫和磷等有(you)害雜質的(de)減少(shao)，特別是(shi)氧含(han)量的(de)急劇降低，裂(lie)紋(wen)傾向減少(shao)。可以(yi)認為，無論從(cong)抗氣孔性(xing)能(neng)(neng)方面，還上從(cong)抗裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)方面看(kan)，優質的(de)焊(han)接材(cai)料(liao)和良(liang)好的(de)保護及脫氧是(shi)十(shi)分重要的(de)。
在焊(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)，含有(you)錳、鉻、鋁、鈦、鈮等合金元素(su)均能(neng)提高焊(han)縫(feng)金屬的(de)抗裂性(xing)(xing)能(neng)。其(qi)中(zhong)(zhong)錳、鉻、鋁、鈦和(he)鈮均為變(bian)質劑，能(neng)細化焊(han)縫(feng)組織，并打亂(luan)其(qi)結(jie)晶的(de)方向性(xing)(xing)；鋁和(he)鈦還(huan)是強烈(lie)的(de)脫氧(yang)劑，能(neng)降(jiang)低焊(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)氧(yang)的(de)含量；錳還(huan)具有(you)一(yi)定脫硫作用(yong)(yong)，能(neng)與硫形成難(nan)熔的(de)MnS，從而減少(shao)硫的(de)有(you)害作用(yong)(yong)。由此分析，不銹鋼與鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合金焊(han)接(jie)時，其(qi)抗裂性(xing)(xing)能(neng)優于碳(tan)鋼與鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合金的(de)焊(han)接(jie)。
二、焊接方法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔(rong)焊(han)(han)的(de)方(fang)法有焊(han)(han)條電弧焊(han)(han)、埋弧焊(han)(han)、氣體保(bao)護焊(han)(han)、等離子弧焊(han)(han)和脈沖(chong)激光焊(han)(han)等。
1. 焊條(tiao)電弧(hu)焊
a. 為了保證焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)質量，選用焊(han)(han)接(jie)(jie)材料要(yao)使(shi)焊(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊(han)(han)縫(feng)具(ju)有較高的(de)(de)抗氣孔和(he)抗熱裂紋的(de)(de)性(xing)能(neng)，焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)也具(ju)有優良的(de)(de)力學性(xing)能(neng)。同時，還(huan)必須嚴(yan)格限制焊(han)(han)接(jie)(jie)材料中(zhong)硫和(he)磷(lin)的(de)(de)含量。
b. 焊接坡口的角度(du)應(ying)為60°～80°。
c. 焊(han)(han)前要將兩種金屬(shu)待焊(han)(han)處仔細清(qing)理(li)，去除油污和(he)雜質，露出金屬(shu)光澤，不能(neng)有(you)水(shui)跡。
d. 焊接時(shi)電弧應稍偏不銹鋼一側，選(xuan)用小的(de)熱輸入，有(you)利(li)于細(xi)化晶粒，防止裂紋的(de)形成。
2. 埋弧焊
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳(nie)焊接(jie)時，焊縫不(bu)(bu)會出現馬氏體組織，所(suo)以焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)力學性能比較好。例如，用熱輸入比較大的(de)埋弧焊焊接(jie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳(nie)時，焊接(jie)接(jie)頭(tou)抗拉(la)強度可達(da)500～600MPa，沖擊韌(ren)度為240～300J／c㎡，冷彎角達(da)180°不(bu)(bu)裂。
3. 氣體保護焊(han)
a. 管狀焊絲焊接
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳基(ji)熱強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)，選用不同的(de)管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲成(cheng)分（管(guan)材(cai)為(wei)Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)熱裂(lie)傾向的(de)影(ying)響如圖5-38所示。試驗結果(guo)表明：提高抗裂(lie)性能最有效的(de)方法是用鉬對焊(han)(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)合(he)金(jin)化，當焊(han)(han)(han)(han)縫中w（Mo）達(da)到6.5％時(shi)，幾(ji)乎完全可以(yi)消除熱裂(lie)紋。考慮(lv)到母材(cai)金(jin)屬(shu)稀釋的(de)影(ying)響，管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲中w（Mo）為(wei)30％左右(you)。用氬弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)不銹鋼06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳基(ji)熱強合(he)金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常(chang)采用下列3種管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲都能獲(huo)得優質(zhi)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭，其管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲的(de)化學成(cheng)分的(de)質(zhi)量(liang)分數（％）為(wei)：①. Cr 10～12，Ni 58～60和(he)Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和(he)Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和(he)Mo 20。
b. 實(shi)芯焊絲焊接
對不(bu)銹鋼與(yu)鎳基合金進行(xing)氣(qi)(qi)(qi)體保(bao)(bao)護(hu)焊時，氣(qi)(qi)(qi)體保(bao)(bao)護(hu)可選用Ar、He或(huo)Ar+He混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)，為了(le)消除焊縫(feng)金屬中氣(qi)(qi)(qi)孔，可以用體積(ji)(ji)分數為95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)體。要求Ar和He氣(qi)(qi)(qi)體純度不(bu)小于(yu)99.5％（體積(ji)(ji)分數）。
不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)基合金(jin)用(yong)手(shou)工鎢(wu)極氣(qi)體保護焊(han)時，所選用(yong)焊(han)絲牌(pai)號見表5-87。不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)手(shou)工鎢(wu)極氬(ya)(ya)弧(hu)焊(han)和(he)自動鎢(wu)極氬(ya)(ya)弧(hu)焊(han)的焊(han)接參(can)數見表5-88和(he)表5-89。
