鎳基合(he)金(jin)由(you)于(yu)具(ju)有(you)優異的(de)高溫(wen)性能(neng)和卓越的(de)耐蝕(shi)性能(neng)，已(yi)在(zai)航空航天、核電(dian)、火電(dian)、石油(you)化工等(deng)領(ling)域(yu)獲(huo)得了(le)(le)廣(guang)泛的(de)應用，但鎳基合(he)金(jin)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)往往會帶來不(bu)少的(de)困(kun)難，主要表現在(zai)相的(de)變(bian)化導致接(jie)(jie)(jie)頭性能(neng)的(de)改變(bian)，以及(ji)焊(han)接(jie)(jie)(jie)過程中(zhong)產生的(de)各種(zhong)裂紋等(deng)缺陷造成運行中(zhong)的(de)早(zao)期失效(xiao)。為此，眾多(duo)科技工作者(zhe)長期以來對鎳基合(he)金(jin)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)開展(zhan)了(le)(le)大(da)量的(de)試驗(yan)研究，力求在(zai)焊(han)接(jie)(jie)(jie)鎳基合(he)金(jin)時(shi)能(neng)獲(huo)得高質(zhi)量和性能(neng)滿意(yi)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭。
鎳(nie)基合(he)金是工(gong)程材料(liao)最重要的(de)類別之一，因為它們能(neng)(neng)(neng)(neng)夠(gou)用(yong)(yong)于多種(zhong)環境和(he)(he)場(chang)合(he)。在(zai)含(han)水(shui)和(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下的(de)耐(nai)蝕場(chang)合(he)、室(shi)溫(wen)(wen)(wen)和(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下的(de)高(gao)強(qiang)度(du)(du)(du)場(chang)合(he)、低溫(wen)(wen)(wen)下的(de)延性(xing)(xing)和(he)(he)韌(ren)性(xing)(xing)場(chang)合(he)、特(te)殊的(de)電(dian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)場(chang)合(he)以及與其他物理性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)有關的(de)場(chang)合(he)都選用(yong)(yong)了這些合(he)金。鎳(nie)基合(he)金焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)能(neng)(neng)(neng)(neng)提供(gong)某些焊(han)態下的(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，而(er)這些性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)是其他類型的(de)焊(han)接(jie)(jie)產(chan)品所不(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)提供(gong)的(de)，例(li)如被許多各種(zhong)不(bu)同的(de)合(he)金元(yuan)素稀(xi)釋后(hou)(hou)，還(huan)(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)保持(chi)從低溫(wen)(wen)(wen)到接(jie)(jie)近固(gu)相線溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)(he)延性(xing)(xing)的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力。它們也是十分(fen)通用(yong)(yong)的(de)，例(li)如，用(yong)(yong)于焊(han)接(jie)(jie)9%鎳(nie)鋼(gang)的(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)接(jie)(jie)產(chan)品在(zai)液氮溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)下還(huan)(huan)具有非常(chang)高(gao)的(de)焊(han)態強(qiang)度(du)(du)(du)和(he)(he)沖擊韌(ren)性(xing)(xing)。用(yong)(yong)來焊(han)接(jie)(jie)鑄鐵的(de)鎳(nie)和(he)(he)鎳(nie)－鐵合(he)金能(neng)(neng)(neng)(neng)被鐵和(he)(he)碳(tan)稀(xi)釋后(hou)(hou)而(er)保持(chi)延性(xing)(xing)，并提供(gong)良好的(de)機加工(gong)特(te)性(xing)(xing)。鎳(nie)基合(he)金焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)亦(yi)廣泛用(yong)(yong)于電(dian)力工(gong)業，可在(zai)碳(tan)鋼(gang)和(he)(he)不(bu)銹鋼(gang)之間進(jin)行(xing)異(yi)種(zhong)焊(han)接(jie)(jie)，作(zuo)為在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下使用(yong)(yong)時熱膨(peng)脹系數的(de)過渡材料(liao)。
相對(dui)于鋼(gang)而言，鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)能(neng)夠(gou)在(zai)低溫下使用(yong)，又能(neng)在(zai)接(jie)(jie)近1200℃的(de)高(gao)溫下使用(yong)，因為(wei)固(gu)溶(rong)合(he)金(jin)(jin)的(de)基體(ti)從固(gu)態到(dao)絕(jue)對(dui)零度都保持(chi)奧氏體(ti)。這些(xie)(xie)加入適(shi)當添加劑的(de)合(he)金(jin)(jin)提供了有用(yong)的(de)耐蝕性，并在(zai)包括電力、石化(hua)、化(hua)學(xue)加工(gong)、航天(tian)和控制環(huan)境污染(ran)等的(de)廣大(da)工(gong)業領域中得到(dao)了應用(yong)。對(dui)鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)來說，焊(han)接(jie)(jie)是一門關鍵性的(de)制造技術。最近50年來，已經進行了大(da)量的(de)研究和開發工(gong)作(zuo)，為(wei)更好地弄懂(dong)和控制這些(xie)(xie)合(he)金(jin)(jin)的(de)焊(han)接(jie)(jie)性以及開發在(zai)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)耐蝕性和力學(xue)性能(neng)方(fang)面(mian)能(neng)滿足更高(gao)要(yao)求的(de)焊(han)接(jie)(jie)材料(liao)作(zuo)出(chu)了不(bu)懈的(de)努力。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用(yong)純鎳合金
商用(yong)(yong)純鎳(nie)(nie)合(he)(he)金是(shi)基本(ben)上含(han)有鎳(nie)(nie)＞99%的(de)(de)那些(xie)(xie)合(he)(he)金。這(zhe)是(shi)一個商用(yong)(yong)純鎳(nie)(nie)合(he)(he)金的(de)(de)完整族系，命名為(wei)200合(he)(he)金和(he)(he)201合(he)(he)金。這(zhe)些(xie)(xie)材料(liao)具(ju)(ju)有低強度和(he)(he)低硬(ying)度，原則上由于它(ta)們具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)(de)耐蝕性(xing)而用(yong)(yong)于苛性(xing)腐蝕環(huan)境。201合(he)(he)金具(ju)(ju)有最高值為(wei)0.02wt%的(de)(de)碳(tan)(tan)，所以它(ta)們能夠在高于315℃（600°F)的(de)(de)高溫下使(shi)用(yong)(yong)而無被“石墨(mo)化”的(de)(de)危(wei)險(xian)。因為(wei)碳(tan)(tan)在高于315℃的(de)(de)鎳(nie)(nie)基體中是(shi)相(xiang)對易變(bian)(bian)的(de)(de)，添加超出溶解度極限（～0.02%)的(de)(de)碳(tan)(tan)會造成(cheng)石墨(mo)質(zhi)點的(de)(de)沉淀，使(shi)材料(liao)變(bian)(bian)脆和(he)(he)變(bian)(bian)弱。
還有(you)一些附(fu)加(jia)商(shang)(shang)用純(chun)鎳合金(jin)(jin)，它們在(zai)電(dian)或磁致伸縮(suo)的(de)(de)有(you)限場合使用。這(zhe)些合金(jin)(jin)具有(you)良好的(de)(de)焊(han)接性，但在(zai)焊(han)接時對氣孔(kong)敏(min)感。如果(guo)在(zai)焊(han)前和(he)焊(han)接中保持清潔，這(zhe)些合金(jin)(jin)會顯示良好的(de)(de)抗裂性，但保護氣體或焊(han)劑(ji)必須充足以避免氣孔(kong)的(de)(de)形成(cheng)。商(shang)(shang)用純(chun)鎳焊(han)接材料含有(you)最高達1.5%鋁和(he)2.0%~3.5%鈦的(de)(de)添加(jia)劑(ji)來抵消少量的(de)(de)大氣污染。鈦和(he)鋁與(yu)氧(yang)結合形成(cheng)氧(yang)化物，與(yu)氮(dan)結合形成(cheng)氮(dan)化物，因而控制了在(zai)焊(han)縫熔敷金(jin)(jin)屬(shu)中的(de)(de)氣孔(kong)。
2. 固溶強化(hua)合金
鎳(nie)和(he)銅是(shi)同(tong)一(yi)(yi)形態的(de)(de)(de)元素(su)（完全固(gu)溶性(xing)(xing)(xing)(xing)），能(neng)在整個(ge)成(cheng)分(fen)范圍內(nei)生成(cheng)單相(xiang)合金(jin)(jin)(jin)(jin)。這(zhe)個(ge)族系的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料通常對海水和(he)其(qi)他(ta)一(yi)(yi)般腐蝕(shi)(shi)環境顯示出良好(hao)的(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)。通常Ni-Cu合金(jin)(jin)(jin)(jin)有很好(hao)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)(xing)，但如果不使用(yong)適當的(de)(de)(de)保(bao)護或良好(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)氧化焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料，可能(neng)會對氣(qi)孔敏感(gan)。其(qi)他(ta)的(de)(de)(de)固(gu)溶強化鎳(nie)基合金(jin)(jin)(jin)(jin)可以僅含有鐵，這(zhe)些合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)大多(duo)數由于(yu)特(te)定(ding)的(de)(de)(de)膨(peng)(peng)脹系數或電性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)而得到使用(yong)。Ni-36%Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)通常稱作INVAR合金(jin)(jin)(jin)(jin)，在所有的(de)(de)(de)鎳(nie)基合金(jin)(jin)(jin)(jin)中(zhong)具(ju)有最低(di)的(de)(de)(de)膨(peng)(peng)脹系數，在幾百度的(de)(de)(de)溫度范圍內(nei)加熱和(he)冷卻一(yi)(yi)直(zhi)到約300°F,僅以小于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)(de)速率(lv)膨(peng)(peng)脹和(he)收(shou)縮。Ni-Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)有較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)性(xing)(xing)(xing)(xing)，但開發又(you)有良好(hao)抗(kang)凝固(gu)裂(lie)紋性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，又(you)有相(xiang)匹配膨(peng)(peng)脹性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料對焊(han)材(cai)(cai)制造商(shang)來說(shuo)是(shi)一(yi)(yi)個(ge)挑戰。Ni-Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)及其(qi)焊(han)材(cai)(cai)也可能(neng)對低(di)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)開裂(lie)敏感(gan)，這(zhe)種開裂(lie)的(de)(de)(de)機理將在第(di)3章(zhang)中(zhong)詳細闡述(shu)。
其他固(gu)溶合(he)(he)金(jin)含有(you)不同的(de)置換元素，包(bao)括鉻(ge)、鉬和鎢。每種(zhong)元素都能賦(fu)予(yu)特殊的(de)性能，并有(you)能力(li)改變每種(zhong)合(he)(he)金(jin)的(de)焊(han)接特性。固(gu)溶強(qiang)化鎳基合(he)(he)金(jin)的(de)最高(gao)抗拉強(qiang)度(du)(du)值接近(jin)830 MPa(120 ksi),而(er)屈服強(qiang)度(du)(du)在345~480 MPa(50~70 ksi)之間。這些(xie)合(he)(he)金(jin)在要(yao)求具有(you)良好(hao)耐蝕性的(de)廣泛場合(he)(he)下使用。如(ru)果(guo)要(yao)求較高(gao)的(de)強(qiang)度(du)(du)水平，必須選(xuan)擇沉(chen)淀強(qiang)化合(he)(he)金(jin)。
3. 沉(chen)淀(dian)強化合金
沉(chen)淀(dian)強(qiang)化(hua)鎳基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)含(han)有鈦、鋁和(he)(he)／或鈮等添加(jia)劑，在(zai)(zai)適(shi)當(dang)(dang)的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)后與鎳形(xing)(xing)成強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)沉(chen)淀(dian)物(wu)(wu)。在(zai)(zai)大多(duo)數情(qing)況下(xia)(xia)，這些(xie)沉(chen)淀(dian)物(wu)(wu)與奧(ao)氏(shi)體(ti)基體(ti)具(ju)有凝聚力(li)，并使(shi)基體(ti)變形(xing)(xing)，因而(er)實(shi)質上(shang)增加(jia)了(le)基體(ti)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)。這些(xie)沉(chen)淀(dian)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)大多(duo)數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)最佳合(he)(he)(he)金(jin)(jin)添加(jia)劑和(he)(he)熱(re)處(chu)理(li)(li)情(qing)況下(xia)(xia)，這些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)能夠強(qiang)化(hua)到最高抗拉強(qiang)度(du)(du)超過1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)0.2%屈服(fu)強(qiang)度(du)(du)超過1035 MPa(150 ksi).第(di)一(yi)個(ge)沉(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)Ni-Cr合(he)(he)(he)金(jin)(jin)（X-750)是(shi)由(you)γ'強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)，在(zai)(zai)靠(kao)近γ'溶解線溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)，顯示出良好(hao)的(de)(de)(de)抗氧化(hua)性和(he)(he)高溫(wen)強(qiang)度(du)(du)的(de)(de)(de)組合(he)(he)(he)。不幸(xing)的(de)(de)(de)是(shi)，當(dang)(dang)焊后并直接時效而(er)不在(zai)(zai)中(zhong)間插入退火處(chu)理(li)(li)時，會產生焊后應變時效裂(lie)紋（SAC).這種開裂(lie)的(de)(de)(de)機理(li)(li)將在(zai)(zai)第(di)4章中(zhong)詳細(xi)闡(chan)述。在(zai)(zai)為改善焊接性和(he)(he)避免SAC的(de)(de)(de)努力(li)下(xia)(xia)，開發了(le)γ”強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)第(di)二代沉(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)最普遍的(de)(de)(de)是(shi)718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。因為γ”沉(chen)淀(dian)物(wu)(wu)比γ'的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成要(yao)慢得多(duo)，718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)焊后熱(re)處(chu)理(li)(li)時通常不受SAC影響。718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)主要(yao)應用(yong)之一(yi)是(shi)航空航天燃氣(qi)透(tou)平(ping)傳動軸和(he)(he)耐壓殼(ke)。如果適(shi)當(dang)(dang)地熔煉，獲得低(di)含(han)量的(de)(de)(de)雜質，該合(he)(he)(he)金(jin)(jin)可提(ti)供極大的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)機會。當(dang)(dang)設(she)計合(he)(he)(he)理(li)(li)時，在(zai)(zai)一(yi)直到760℃（1400°F)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)(du)下(xia)(xia)，具(ju)有極佳的(de)(de)(de)疲勞壽(shou)命。
基于沉淀強(qiang)(qiang)化合(he)金(jin)具有在高溫下不同尋常的高強(qiang)(qiang)度(du)和(he)耐蝕性(xing)，所以通常把它們歸類為(wei)“超(chao)(chao)合(he)金(jin)”。該(gai)術語曾松散地應用于許多(duo)(duo)其他高強(qiang)(qiang)度(du)多(duo)(duo)元(yuan)合(he)金(jin)，但一般術語“超(chao)(chao)合(he)金(jin)”是用來描述由γ'和(he)γ”相所提供的具有超(chao)(chao)強(qiang)(qiang)度(du)性(xing)能(neng)的鎳基合(he)金(jin)。
在(zai)燃(ran)氣輪(lun)機動葉(xie)(xie)片上采用超合金(jin)始于(yu)IN713C合金(jin)。這種合金(jin)與X-750合金(jin)相似，但僅(jin)僅(jin)作為鑄件生產，因為含有較多的鋁、鈦添加劑，因此從鑄造(zao)溫(wen)度(du)下冷卻(que)時(shi)，會發生時(shi)效(xiao)硬化。由于(yu)該合金(jin)對SAC有極(ji)高(gao)(gao)的敏感性，所(suo)以產品修復受到限制，但在(zai)葉(xie)(xie)片頂端(duan)堆焊則不會開裂。經過數十年的技術進展，增(zeng)加了“超合金(jin)”族(zu)系(xi)的其(qi)他成員，包(bao)括超高(gao)(gao)強度(du)和(he)耐(nai)腐蝕的單晶透平葉(xie)(xie)片合金(jin)。為了減(jian)少在(zai)運(yun)行(xing)時(shi)受到侵蝕，在(zai)葉(xie)(xie)片頂端(duan)堆焊是可行(xing)的，只要焊接過程能很(hen)好得到控制，并(bing)使殘余(yu)應力(li)保持在(zai)較低(di)水平。最初這些材料在(zai)焊接修復時(shi)曾(ceng)遇(yu)到挑戰，包(bao)括避(bi)免在(zai)熔池中的晶粒分散和(he)阻止開裂。
4. 其他特(te)殊合(he)金
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁化合(he)(he)物是圍繞或(huo)是NiAl或(huo)是Ni3Al組成而設(she)計(ji)的合(he)(he)金(jin)。它們顯示出非(fei)常高(gao)的強度和耐(nai)蝕性能，但(dan)由于(yu)它們在(zai)很大(da)溫度范(fan)圍內(nei)延性低(di)，所以焊(han)接(jie)非(fei)常困難。Ni-Cr-B和Ni-Mo-Si合(he)(he)金(jin)曾(ceng)被(bei)開發用于(yu)在(zai)不同(tong)環境下的耐(nai)磨材料(liao)，但(dan)這些合(he)(he)金(jin)由于(yu)硬度高(gao)、延性低(di)，并在(zai)其成分范(fan)圍內(nei)會形成低(di)熔融區(qu)間(jian)的相，所以同(tong)樣難以焊(han)接(jie)。
