鎳(nie)基合金由于具有優(you)異的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫性(xing)能和卓越的(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)能，已在(zai)航(hang)空航(hang)天、核電(dian)、火電(dian)、石油化工(gong)(gong)等(deng)領域(yu)獲(huo)得了廣泛的(de)(de)(de)(de)應用，但(dan)鎳(nie)基合金的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)往(wang)往(wang)會帶來(lai)不少的(de)(de)(de)(de)困難(nan)，主要表現在(zai)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化導致接(jie)(jie)(jie)頭性(xing)能的(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian)，以(yi)(yi)及焊(han)接(jie)(jie)(jie)過程中產生的(de)(de)(de)(de)各種裂(lie)紋等(deng)缺陷(xian)造成運行中的(de)(de)(de)(de)早期失效。為(wei)此，眾多科技工(gong)(gong)作(zuo)者(zhe)長(chang)期以(yi)(yi)來(lai)對鎳(nie)基合金的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)開展了大(da)量的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)研究，力求在(zai)焊(han)接(jie)(jie)(jie)鎳(nie)基合金時(shi)能獲(huo)得高(gao)質量和性(xing)能滿意的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭。
鎳(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金是(shi)工(gong)程材料(liao)(liao)最重要的(de)(de)(de)類(lei)別之一，因(yin)為它們能(neng)(neng)夠用(yong)(yong)于(yu)(yu)多種環境(jing)和(he)場(chang)(chang)(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)。在(zai)含水和(he)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)耐蝕場(chang)(chang)(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)、室溫(wen)(wen)和(he)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)高(gao)強度場(chang)(chang)(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)、低溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)延性(xing)和(he)韌性(xing)場(chang)(chang)(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)、特殊的(de)(de)(de)電(dian)性(xing)能(neng)(neng)場(chang)(chang)(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)以及與(yu)其他物理性(xing)能(neng)(neng)有關的(de)(de)(de)場(chang)(chang)(chang)合(he)(he)(he)(he)(he)都選(xuan)用(yong)(yong)了這些(xie)合(he)(he)(he)(he)(he)金。鎳(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金焊(han)(han)(han)接(jie)材料(liao)(liao)能(neng)(neng)提(ti)供某些(xie)焊(han)(han)(han)態(tai)下(xia)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)，而(er)這些(xie)性(xing)能(neng)(neng)是(shi)其他類(lei)型的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)產(chan)(chan)品所不能(neng)(neng)提(ti)供的(de)(de)(de)，例(li)如被許多各(ge)種不同的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)(he)(he)金元(yuan)素稀釋后，還(huan)能(neng)(neng)保持(chi)從低溫(wen)(wen)到接(jie)近固相(xiang)線溫(wen)(wen)度強度和(he)延性(xing)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)力。它們也是(shi)十分通用(yong)(yong)的(de)(de)(de)，例(li)如，用(yong)(yong)于(yu)(yu)焊(han)(han)(han)接(jie)9%鎳(nie)鋼的(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)(han)(han)接(jie)產(chan)(chan)品在(zai)液(ye)氮溫(wen)(wen)度下(xia)還(huan)具有非常高(gao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)態(tai)強度和(he)沖擊韌性(xing)。用(yong)(yong)來焊(han)(han)(han)接(jie)鑄鐵的(de)(de)(de)鎳(nie)和(he)鎳(nie)－鐵合(he)(he)(he)(he)(he)金能(neng)(neng)被鐵和(he)碳稀釋后而(er)保持(chi)延性(xing)，并提(ti)供良好的(de)(de)(de)機加工(gong)特性(xing)。鎳(nie)基(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金焊(han)(han)(han)接(jie)材料(liao)(liao)亦廣泛用(yong)(yong)于(yu)(yu)電(dian)力工(gong)業，可在(zai)碳鋼和(he)不銹(xiu)鋼之間進行異種焊(han)(han)(han)接(jie)，作為在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)使用(yong)(yong)時熱(re)膨脹系數(shu)的(de)(de)(de)過渡(du)材料(liao)(liao)。
相對于(yu)鋼(gang)而言(yan)，鎳基合(he)金(jin)(jin)能(neng)夠在(zai)(zai)低溫下(xia)使用，又(you)能(neng)在(zai)(zai)接(jie)近1200℃的(de)(de)高(gao)溫下(xia)使用，因為固溶合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)基體從固態到(dao)絕對零度都(dou)保持奧(ao)氏(shi)體。這些(xie)加入適當添(tian)加劑的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)提供了(le)有用的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)，并(bing)在(zai)(zai)包括電力、石化、化學(xue)加工、航天和(he)控制(zhi)環境污染(ran)等的(de)(de)廣(guang)大工業領(ling)域中得到(dao)了(le)應用。對鎳基合(he)金(jin)(jin)來說，焊(han)(han)接(jie)是一門關(guan)鍵性(xing)(xing)的(de)(de)制(zhi)造技術。最近50年來，已(yi)經進行了(le)大量的(de)(de)研究和(he)開發工作，為更好(hao)地弄(nong)懂和(he)控制(zhi)這些(xie)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)性(xing)(xing)以(yi)及開發在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭耐蝕性(xing)(xing)和(he)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)方(fang)面能(neng)滿足更高(gao)要(yao)求(qiu)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)材料作出了(le)不懈的(de)(de)努(nu)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(chun)鎳合金(jin)是基本上含有鎳＞99%的(de)那些合金(jin)。這是一個商用(yong)(yong)純(chun)鎳合金(jin)的(de)完整族系(xi)，命名為200合金(jin)和(he)201合金(jin)。這些材料具(ju)(ju)有低強度和(he)低硬度，原(yuan)則上由于(yu)(yu)它(ta)們(men)具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)耐蝕性(xing)而用(yong)(yong)于(yu)(yu)苛性(xing)腐蝕環境。201合金(jin)具(ju)(ju)有最高(gao)值為0.02wt%的(de)碳，所以它(ta)們(men)能夠(gou)在(zai)高(gao)于(yu)(yu)315℃（600°F)的(de)高(gao)溫下使用(yong)(yong)而無被“石墨化”的(de)危險(xian)。因為碳在(zai)高(gao)于(yu)(yu)315℃的(de)鎳基體中是相(xiang)對易變的(de)，添加(jia)超(chao)出溶解度極限（～0.02%)的(de)碳會(hui)造成石墨質點的(de)沉淀，使材料變脆和(he)變弱。
還有(you)一些附加(jia)(jia)商用純鎳(nie)合(he)(he)金(jin)，它們在(zai)電(dian)或磁致伸縮的有(you)限場合(he)(he)使用。這些合(he)(he)金(jin)具有(you)良好的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)性，但在(zai)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時對氣(qi)孔敏感。如果(guo)在(zai)焊(han)(han)(han)前和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)中保持清潔，這些合(he)(he)金(jin)會顯示良好的抗裂性，但保護氣(qi)體或焊(han)(han)(han)劑必須充足(zu)以避免氣(qi)孔的形(xing)成。商用純鎳(nie)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料含有(you)最高達(da)1.5%鋁和2.0%~3.5%鈦的添加(jia)(jia)劑來抵(di)消少量的大氣(qi)污染。鈦和鋁與(yu)氧(yang)結(jie)合(he)(he)形(xing)成氧(yang)化物，與(yu)氮(dan)結(jie)合(he)(he)形(xing)成氮(dan)化物，因(yin)而控制(zhi)了在(zai)焊(han)(han)(han)縫熔敷金(jin)屬(shu)中的氣(qi)孔。
2. 固溶強(qiang)化合金
鎳和(he)銅是(shi)同一形態的(de)(de)元素（完全固溶(rong)性(xing)(xing)），能(neng)在(zai)整個成(cheng)分范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)生成(cheng)單相合金(jin)(jin)(jin)(jin)。這(zhe)個族系的(de)(de)材(cai)料通(tong)常對(dui)(dui)海水(shui)和(he)其(qi)他(ta)一般腐蝕環境顯示出(chu)良(liang)好(hao)的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)。通(tong)常Ni-Cu合金(jin)(jin)(jin)(jin)有(you)(you)(you)(you)(you)很好(hao)的(de)(de)焊(han)接性(xing)(xing)，但(dan)如果不使用適當(dang)的(de)(de)保護(hu)或良(liang)好(hao)的(de)(de)抗(kang)氧化焊(han)接材(cai)料，可能(neng)會對(dui)(dui)氣(qi)孔敏感(gan)。其(qi)他(ta)的(de)(de)固溶(rong)強(qiang)化鎳基合金(jin)(jin)(jin)(jin)可以僅(jin)含有(you)(you)(you)(you)(you)鐵，這(zhe)些合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)大多數(shu)由于特定的(de)(de)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)系數(shu)或電性(xing)(xing)能(neng)而得到(dao)使用。Ni-36%Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)通(tong)常稱作INVAR合金(jin)(jin)(jin)(jin)，在(zai)所有(you)(you)(you)(you)(you)的(de)(de)鎳基合金(jin)(jin)(jin)(jin)中具有(you)(you)(you)(you)(you)最(zui)低的(de)(de)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)系數(shu)，在(zai)幾百度的(de)(de)溫(wen)度范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)加(jia)熱和(he)冷卻(que)一直到(dao)約(yue)300°F,僅(jin)以小于1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)速率膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)和(he)收縮。Ni-Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)有(you)(you)(you)(you)(you)較好(hao)的(de)(de)焊(han)接性(xing)(xing)，但(dan)開(kai)發又有(you)(you)(you)(you)(you)良(liang)好(hao)抗(kang)凝(ning)固裂紋性(xing)(xing)能(neng)，又有(you)(you)(you)(you)(you)相匹配(pei)膨(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)焊(han)接材(cai)料對(dui)(dui)焊(han)材(cai)制造商來說是(shi)一個挑戰。Ni-Fe合金(jin)(jin)(jin)(jin)及其(qi)焊(han)材(cai)也可能(neng)對(dui)(dui)低塑性(xing)(xing)開(kai)裂敏感(gan)，這(zhe)種開(kai)裂的(de)(de)機(ji)理將在(zai)第3章中詳細(xi)闡述。
其(qi)他固溶(rong)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)含有(you)不同的(de)(de)(de)置換元素，包括鉻、鉬和鎢。每(mei)種(zhong)元素都能(neng)賦(fu)予特殊的(de)(de)(de)性能(neng)，并有(you)能(neng)力改變每(mei)種(zhong)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)焊接特性。固溶(rong)強化鎳基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)最(zui)高抗(kang)拉強度(du)值接近830 MPa(120 ksi),而(er)屈服強度(du)在345~480 MPa(50~70 ksi)之間。這些合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在要求具有(you)良好(hao)耐蝕性的(de)(de)(de)廣泛場合(he)(he)下使用(yong)。如果(guo)要求較高的(de)(de)(de)強度(du)水平，必須選擇沉(chen)淀強化合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。
3. 沉淀強(qiang)化合金
沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)強化鎳(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)含(han)有鈦、鋁和(he)(he)(he)／或鈮等添(tian)加(jia)劑，在(zai)適(shi)當(dang)(dang)的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)后與(yu)鎳(nie)形成(cheng)強化的(de)(de)(de)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)。在(zai)大多數情況下，這些(xie)(xie)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)與(yu)奧(ao)氏體基體具有凝(ning)聚力，并使(shi)(shi)基體變形，因(yin)而(er)實質上增加(jia)了(le)(le)基體的(de)(de)(de)強度(du)(du)。這些(xie)(xie)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)大多數稱為(wei)Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)最佳合(he)(he)(he)金(jin)添(tian)加(jia)劑和(he)(he)(he)熱(re)處(chu)理(li)情況下，這些(xie)(xie)合(he)(he)(he)金(jin)能夠(gou)強化到最高抗(kang)拉(la)強度(du)(du)超過1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)(he)0.2%屈服強度(du)(du)超過1035 MPa(150 ksi).第(di)一個沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化Ni-Cr合(he)(he)(he)金(jin)（X-750)是(shi)由(you)γ'強化的(de)(de)(de)，在(zai)靠近γ'溶解線(xian)溫(wen)(wen)度(du)(du)下，顯示(shi)出良好(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)氧化性和(he)(he)(he)高溫(wen)(wen)強度(du)(du)的(de)(de)(de)組(zu)合(he)(he)(he)。不幸的(de)(de)(de)是(shi)，當(dang)(dang)焊(han)后并直(zhi)接(jie)時(shi)效而(er)不在(zai)中間(jian)插入退火處(chu)理(li)時(shi)，會產生焊(han)后應變時(shi)效裂(lie)紋（SAC).這種(zhong)開裂(lie)的(de)(de)(de)機理(li)將在(zai)第(di)4章(zhang)中詳細闡(chan)述。在(zai)為(wei)改善焊(han)接(jie)性和(he)(he)(he)避免SAC的(de)(de)(de)努力下，開發了(le)(le)γ”強化的(de)(de)(de)第(di)二(er)代沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)金(jin)。這些(xie)(xie)合(he)(he)(he)金(jin)中最普遍的(de)(de)(de)是(shi)718合(he)(he)(he)金(jin)。因(yin)為(wei)γ”沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)比(bi)γ'的(de)(de)(de)形成(cheng)要慢(man)得(de)多，718合(he)(he)(he)金(jin)在(zai)焊(han)后熱(re)處(chu)理(li)時(shi)通常不受SAC影響。718合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)主要應用之一是(shi)航空(kong)航天燃氣(qi)透平傳動軸和(he)(he)(he)耐壓殼。如果(guo)適(shi)當(dang)(dang)地熔(rong)煉，獲(huo)得(de)低(di)含(han)量的(de)(de)(de)雜質，該(gai)合(he)(he)(he)金(jin)可提供極大的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用機會。當(dang)(dang)設計合(he)(he)(he)理(li)時(shi)，在(zai)一直(zhi)到760℃（1400°F)的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用溫(wen)(wen)度(du)(du)下，具有極佳的(de)(de)(de)疲勞壽(shou)命。
基(ji)于沉淀強(qiang)化合(he)金具有(you)在(zai)高溫下不同尋常的高強(qiang)度(du)(du)和(he)耐(nai)蝕性，所以(yi)通(tong)常把它們歸(gui)類(lei)為“超合(he)金”。該術(shu)語曾松(song)散地(di)應用(yong)于許多(duo)其他高強(qiang)度(du)(du)多(duo)元合(he)金，但一般術(shu)語“超合(he)金”是用(yong)來(lai)描述(shu)由γ'和(he)γ”相所提供的具有(you)超強(qiang)度(du)(du)性能的鎳基(ji)合(he)金。
在(zai)燃氣輪(lun)機動葉片上采(cai)用超(chao)(chao)(chao)合(he)金(jin)始于(yu)IN713C合(he)金(jin)。這種合(he)金(jin)與(yu)X-750合(he)金(jin)相(xiang)似，但(dan)僅僅作為(wei)鑄(zhu)件生產，因為(wei)含有較多的(de)(de)鋁、鈦添加劑，因此從鑄(zhu)造溫度(du)下冷卻時(shi)(shi)，會(hui)發生時(shi)(shi)效硬(ying)化。由(you)于(yu)該合(he)金(jin)對SAC有極高的(de)(de)敏感性，所以產品修復受(shou)到限制，但(dan)在(zai)葉片頂(ding)端堆焊則(ze)不會(hui)開裂。經過(guo)數十(shi)年的(de)(de)技(ji)術進展(zhan)，增(zeng)加了“超(chao)(chao)(chao)合(he)金(jin)”族系(xi)的(de)(de)其他成員，包括(kuo)超(chao)(chao)(chao)高強度(du)和(he)耐(nai)腐蝕的(de)(de)單晶透平葉片合(he)金(jin)。為(wei)了減少(shao)在(zai)運行(xing)時(shi)(shi)受(shou)到侵蝕，在(zai)葉片頂(ding)端堆焊是(shi)可行(xing)的(de)(de)，只要焊接(jie)過(guo)程能很好得到控(kong)制，并使殘余(yu)應力保持在(zai)較低水平。最初這些材料在(zai)焊接(jie)修復時(shi)(shi)曾遇到挑戰，包括(kuo)避免在(zai)熔池中的(de)(de)晶粒分(fen)散和(he)阻止開裂。
4. 其(qi)他特殊合金(jin)
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)物是(shi)(shi)圍繞或是(shi)(shi)NiAl或是(shi)(shi)Ni3Al組成(cheng)而設計(ji)的合(he)金。它們顯(xian)示出(chu)非常高的強度(du)(du)和耐蝕性能(neng)，但由于(yu)(yu)它們在很大溫度(du)(du)范(fan)圍內(nei)延性低(di)，所以焊接(jie)非常困難。Ni-Cr-B和Ni-Mo-Si合(he)金曾被開發用(yong)于(yu)(yu)在不(bu)同環境下的耐磨材(cai)料(liao)，但這些合(he)金由于(yu)(yu)硬度(du)(du)高、延性低(di)，并在其成(cheng)分范(fan)圍內(nei)會形成(cheng)低(di)熔融區間的相，所以同樣難以焊接(jie)。
