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(xing)
不銹鋼（或碳鋼）與鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合金焊(han)接的主在(zai)問(wen)題是氣孔和(he)熱裂(lie)紋。
1. 氣孔
焊縫中產(chan)生氣孔的原因：焊接時液態金屬中溶解較多的氧，氧在(zai)高溫時將鎳氧化形(xing)成NiO。NiO能與(yu)液體金屬中氫和碳發生下列(lie)反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳(nie)(nie)-鐵合金(jin)(jin)的(de)凝(ning)固時來不及溢(yi)出，殘留在(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)就形成(cheng)氣(qi)孔(kong)(kong)。在(zai)純鎳(nie)(nie)與(yu)(yu)碳鋼埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)(han)時，鐵鎳(nie)(nie)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體(ti)含量(liang)對氣(qi)孔(kong)(kong)傾向的(de)影響見表(biao)5-86。從(cong)(cong)表(biao)中(zhong)(zhong)可(ke)知：氮(dan)和氫變(bian)化(hua)不大的(de)情況下，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧含量(liang)越多，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)孔(kong)(kong)數量(liang)越多。在(zai)埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)(han)時，與(yu)(yu)焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)種類也有關系(xi)，如圖5-37a所示。從(cong)(cong)圖中(zhong)(zhong)可(ke)以看出，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含量(liang)相同時，無氧焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)的(de)抗氣(qi)孔(kong)(kong)性能(neng)優于(yu)低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)；當焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時，用低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)焊(han)(han)(han)(han)(han)成(cheng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)所形成(cheng)的(de)氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)體(ti)積為(wei)用無氧焊(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)的(de)5～6倍。
此外，焊縫金屬中(zhong)的(de)(de)(de)鎳(nie)鐵(tie)(tie)比和(he)其(qi)他合金元素(su)對焊縫形成氣孔的(de)(de)(de)傾向也有影響。氧在液(ye)態鎳(nie)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)大(da)于在液(ye)態鐵(tie)(tie)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)，而氧在固態鎳(nie)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)卻比固態鐵(tie)(tie)中(zhong)小。因(yin)此，氧的(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)在鎳(nie)結晶(jing)時的(de)(de)(de)突變(bian)比在鐵(tie)(tie)結晶(jing)時突變(bian)更為顯著。從圖(tu)5-37a中(zhong)可(ke)以(yi)看出，當(dang)焊(han)縫中鎳量(liang)較(jiao)(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔(kong)傾(qing)向較(jiao)(jiao)小；鎳含(han)量(liang)大時，氣孔(kong)的傾(qing)向較(jiao)(jiao)大。然而，隨著焊(han)縫中的w（Ni）提高(gao)到60％～90％時，氣孔(kong)形(xing)成傾(qing)向有所降低，這(zhe)是由(you)于(yu)焊(han)縫金屬中熔入不銹(xiu)鋼(gang)量(liang)減少，碳(tan)含(han)量(liang)也(ye)相應減少，所以(yi)形(xing)成一氧化碳(tan)的氣孔(kong)傾(qing)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. 熱裂紋
熱裂紋(wen)是(shi)熔(rong)池結晶過(guo)程中形成低熔(rong)點共晶體引起(qi)的。
高鎳(nie)焊(han)(han)縫具(ju)有(you)樹枝狀組織，在(zai)粗大晶(jing)(jing)粒的(de)(de)邊界上，集中(zhong)了一些(xie)低(di)(di)熔(rong)點(dian)共(gong)晶(jing)(jing)體(ti)（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)(de)共(gong)晶(jing)(jing)體(ti)），削弱了晶(jing)(jing)粒間的(de)(de)聯系，降(jiang)低(di)(di)了焊(han)(han)縫金屬(shu)的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性能(neng)。此外，單相奧氏體(ti)焊(han)(han)縫中(zhong)，當鎳(nie)含量增加時(shi)，晶(jing)(jing)粒顯著長大，也促進裂(lie)紋的(de)(de)產(chan)生。從(cong)圖(tu)5-37b中(zhong)還可以(yi)看到(dao)采用無氧(yang)(yang)焊(han)(han)劑時(shi)，由(you)于焊(han)(han)縫中(zhong)氧(yang)(yang)、硫和磷等(deng)有(you)害(hai)雜質的(de)(de)減(jian)少(shao)，特別是氧(yang)(yang)含量的(de)(de)急劇降(jiang)低(di)(di)，裂(lie)紋傾向(xiang)減(jian)少(shao)。可以(yi)認為，無論從(cong)抗(kang)氣孔性能(neng)方(fang)面(mian)，還上從(cong)抗(kang)裂(lie)性能(neng)方(fang)面(mian)看，優質的(de)(de)焊(han)(han)接材料和良(liang)好的(de)(de)保(bao)護及脫氧(yang)(yang)是十分(fen)重要的(de)(de)。
在焊(han)縫(feng)中(zhong)，含(han)有錳、鉻、鋁(lv)、鈦(tai)(tai)、鈮等(deng)合金元素(su)均(jun)能(neng)(neng)提(ti)高焊(han)縫(feng)金屬(shu)的(de)抗裂性(xing)能(neng)(neng)。其(qi)中(zhong)錳、鉻、鋁(lv)、鈦(tai)(tai)和(he)鈮均(jun)為變質(zhi)劑，能(neng)(neng)細化焊(han)縫(feng)組織，并打亂(luan)其(qi)結晶的(de)方(fang)向性(xing)；鋁(lv)和(he)鈦(tai)(tai)還(huan)是強(qiang)烈的(de)脫(tuo)氧劑，能(neng)(neng)降低焊(han)縫(feng)金屬(shu)中(zhong)氧的(de)含(han)量；錳還(huan)具有一(yi)定脫(tuo)硫(liu)作用，能(neng)(neng)與(yu)硫(liu)形(xing)成(cheng)難熔的(de)MnS，從而(er)減少硫(liu)的(de)有害作用。由此分析，不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合金焊(han)接時，其(qi)抗裂性(xing)能(neng)(neng)優(you)于(yu)碳(tan)鋼(gang)與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合金的(de)焊(han)接。
二、焊接方法
不銹(xiu)鋼（06Cr18Ni11Ti）與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金熔(rong)焊(han)(han)的方法有焊(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)、埋弧(hu)焊(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)、等離子弧(hu)焊(han)(han)和(he)脈沖(chong)激光(guang)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(tou)的質量，選用焊(han)(han)接(jie)材(cai)料要使(shi)焊(han)(han)縫金(jin)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)(han)縫具(ju)有較高的抗(kang)氣孔和抗(kang)熱裂紋的性(xing)能，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)也具(ju)有優良的力學性(xing)能。同時(shi)，還必須(xu)嚴格限制焊(han)(han)接(jie)材(cai)料中硫和磷的含量。
b. 焊(han)接坡口的角度應為60°～80°。
c. 焊前要將兩(liang)種金(jin)屬待焊處仔細清理，去除油(you)污(wu)和雜(za)質(zhi)，露出金(jin)屬光(guang)澤，不能有水跡。
d. 焊接時電弧(hu)應稍偏不銹鋼(gang)一側，選(xuan)用小的(de)熱輸入，有利于細化晶粒，防止裂紋的(de)形成(cheng)。
2. 埋(mai)弧焊
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳焊接(jie)時(shi)，焊縫不(bu)會出現馬氏體(ti)組織(zhi)，所以焊接(jie)接(jie)頭(tou)的力學性(xing)能比(bi)(bi)較(jiao)好。例(li)如，用熱輸入比(bi)(bi)較(jiao)大(da)的埋弧焊焊接(jie)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳時(shi)，焊接(jie)接(jie)頭(tou)抗(kang)拉(la)強度(du)可達(da)500～600MPa，沖擊韌度(du)為240～300J／c㎡，冷彎角達(da)180°不(bu)裂。
3. 氣(qi)體保護焊
a. 管(guan)狀焊絲焊接
不銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與(yu)(yu)鎳基(ji)熱強合金(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)(han)接時(shi)，選(xuan)用(yong)不同(tong)的(de)管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲成分(fen)（管材為Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)熱裂傾向的(de)影(ying)響如(ru)圖5-38所(suo)示。試驗結果表明：提高抗裂性(xing)能最(zui)有效的(de)方(fang)法是用(yong)鉬對焊(han)(han)(han)(han)縫金(jin)屬(shu)合金(jin)化，當(dang)焊(han)(han)(han)(han)縫中w（Mo）達到(dao)6.5％時(shi)，幾乎完(wan)全可以消除熱裂紋。考(kao)慮(lv)到(dao)母材金(jin)屬(shu)稀釋的(de)影(ying)響，管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲中w（Mo）為30％左(zuo)右。用(yong)氬弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接不銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Nil1Ti與(yu)(yu)鎳基(ji)熱強合金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用(yong)下(xia)列3種管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲都能獲得優質的(de)焊(han)(han)(han)(han)接接頭，其管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲的(de)化學成分(fen)的(de)質量分(fen)數（％）為：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
對不銹鋼與鎳基(ji)合金(jin)進行氣(qi)(qi)體保(bao)護焊時，氣(qi)(qi)體保(bao)護可選用(yong)(yong)Ar、He或Ar+He混(hun)合氣(qi)(qi)，為(wei)了消除焊縫金(jin)屬中氣(qi)(qi)孔，可以用(yong)(yong)體積(ji)分數(shu)為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合氣(qi)(qi)體。要求Ar和He氣(qi)(qi)體純度不小于99.5％（體積(ji)分數(shu)）。
不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)基合金用手工(gong)鎢極氣(qi)體保護焊時，所選用焊絲牌號見(jian)表(biao)5-87。不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)手工(gong)鎢極氬(ya)弧(hu)焊和自動鎢極氬(ya)弧(hu)焊的(de)焊接參數(shu)見(jian)表(biao)5-88和表(biao)5-89。
