鎳及鎳合(he)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（或碳鋼）與鎳及鎳合金焊(han)接的主在問題是氣孔和熱裂紋。
1. 氣孔
焊縫中產生氣孔的原(yuan)因：焊接時(shi)液態金屬中溶解較(jiao)多的氧(yang)，氧(yang)在高溫時(shi)將鎳氧(yang)化形成NiO。NiO能(neng)與液體金屬中氫和(he)碳發(fa)生下列反(fan)應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由(you)于(yu)鎳(nie)(nie)-鐵(tie)合金(jin)的(de)(de)凝固時(shi)來(lai)不(bu)及溢出，殘留在焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體就(jiu)形成(cheng)氣(qi)孔。在純鎳(nie)(nie)與碳(tan)鋼埋弧焊(han)時(shi)，鐵(tie)鎳(nie)(nie)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)體含(han)量(liang)對氣(qi)孔傾向的(de)(de)影(ying)響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)可(ke)知(zhi)：氮和氫變化(hua)不(bu)大的(de)(de)情(qing)況(kuang)下，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧(yang)含(han)量(liang)越(yue)多，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)孔數量(liang)越(yue)多。在埋弧焊(han)時(shi)，與焊(han)劑(ji)種類(lei)也有關系，如圖5-37a所示。從圖中(zhong)(zhong)可(ke)以看出，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)金(jin)屬(shu)中(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含(han)量(liang)相同時(shi)，無氧(yang)焊(han)劑(ji)的(de)(de)抗氣(qi)孔性能優于(yu)低(di)硅焊(han)劑(ji)；當焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)金(jin)屬(shu)中(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)，用(yong)低(di)硅焊(han)劑(ji)焊(han)成(cheng)的(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)所形成(cheng)的(de)(de)氣(qi)孔的(de)(de)體積為用(yong)無氧(yang)焊(han)劑(ji)的(de)(de)5～6倍。
此外，焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)的(de)鎳鐵(tie)比和其他合金(jin)(jin)元(yuan)素(su)對焊(han)縫(feng)形成氣(qi)孔的(de)傾向也有影響。氧在(zai)液態(tai)(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)溶解度(du)(du)(du)大(da)于在(zai)液態(tai)(tai)鐵(tie)中(zhong)(zhong)的(de)溶解度(du)(du)(du)，而(er)氧在(zai)固(gu)態(tai)(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)溶解度(du)(du)(du)卻(que)比固(gu)態(tai)(tai)鐵(tie)中(zhong)(zhong)小。因此，氧的(de)溶解度(du)(du)(du)在(zai)鎳結晶時(shi)的(de)突變(bian)比在(zai)鐵(tie)結晶時(shi)突變(bian)更為顯著(zhu)。從圖5-37a中(zhong)(zhong)可(ke)以看出，當焊縫中鎳量(liang)較(jiao)(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)(qing)(qing)向(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)(jiao)小(xiao)；鎳含(han)量(liang)大時，氣(qi)孔(kong)(kong)的傾(qing)(qing)(qing)向(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)(jiao)大。然而，隨著焊縫中的w（Ni）提高(gao)到60％～90％時，氣(qi)孔(kong)(kong)形成傾(qing)(qing)(qing)向(xiang)(xiang)(xiang)有所降低(di)，這是由于焊縫金(jin)屬(shu)中熔入不銹鋼(gang)量(liang)減少，碳(tan)(tan)含(han)量(liang)也相應減少，所以形成一(yi)氧化碳(tan)(tan)的氣(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)(qing)(qing)向(xiang)(xiang)(xiang)就(jiu)降低(di)了(le)。
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
熱裂紋是熔池結晶過程中形成低(di)熔點共晶體引起(qi)的。
高鎳焊縫具有樹(shu)枝狀組織，在(zai)粗(cu)大晶(jing)粒的(de)(de)(de)邊界上(shang)，集中(zhong)了(le)一(yi)些低(di)熔點(dian)共晶(jing)體(ti)（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)(de)共晶(jing)體(ti)），削弱了(le)晶(jing)粒間的(de)(de)(de)聯(lian)系(xi)，降低(di)了(le)焊縫金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)(xing)能(neng)。此外，單相奧(ao)氏體(ti)焊縫中(zhong)，當(dang)鎳含量增加時，晶(jing)粒顯(xian)著長大，也(ye)促(cu)進裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)產生。從圖5-37b中(zhong)還可以(yi)看到采用無氧焊劑時，由(you)于(yu)焊縫中(zhong)氧、硫(liu)和(he)磷等有害雜質(zhi)的(de)(de)(de)減少，特(te)別是氧含量的(de)(de)(de)急劇降低(di)，裂(lie)紋(wen)(wen)傾(qing)向減少。可以(yi)認為，無論從抗(kang)氣孔性(xing)(xing)能(neng)方面，還上(shang)從抗(kang)裂(lie)性(xing)(xing)能(neng)方面看，優質(zhi)的(de)(de)(de)焊接材料和(he)良好(hao)的(de)(de)(de)保護(hu)及(ji)脫氧是十分重要的(de)(de)(de)。
在焊縫(feng)中，含(han)有錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦、鈮等合(he)金(jin)元素均(jun)能(neng)提高(gao)焊縫(feng)金(jin)屬的抗裂(lie)性(xing)能(neng)。其中錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦和鈮均(jun)為變質劑，能(neng)細化焊縫(feng)組織(zhi)，并打亂其結晶的方向性(xing)；鋁(lv)和鈦還(huan)是強(qiang)烈的脫氧劑，能(neng)降低焊縫(feng)金(jin)屬中氧的含(han)量；錳還(huan)具(ju)有一定脫硫作(zuo)用(yong)，能(neng)與(yu)硫形成難熔的MnS，從而減少硫的有害作(zuo)用(yong)。由此分析，不銹(xiu)鋼(gang)與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金(jin)焊接時，其抗裂(lie)性(xing)能(neng)優于碳鋼(gang)與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金(jin)的焊接。
二、焊接方法
不(bu)銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔焊(han)的(de)方法有(you)焊(han)條(tiao)電弧(hu)焊(han)、埋(mai)弧(hu)焊(han)、氣體保護(hu)焊(han)、等(deng)(deng)離子(zi)弧(hu)焊(han)和脈(mo)沖激光(guang)焊(han)等(deng)(deng)。
1. 焊(han)條電弧焊(han)
a. 為(wei)了保證焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)質量(liang)，選用焊接(jie)材料要使(shi)焊縫(feng)金屬中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此時焊縫(feng)具有(you)較高的(de)(de)抗氣孔和抗熱裂(lie)紋(wen)的(de)(de)性能(neng)，焊接(jie)接(jie)頭也(ye)具有(you)優良(liang)的(de)(de)力(li)學性能(neng)。同時，還必須(xu)嚴格限(xian)制(zhi)焊接(jie)材料中(zhong)硫(liu)和磷(lin)的(de)(de)含量(liang)。
b. 焊接坡口的角(jiao)度應為60°～80°。
c. 焊(han)(han)前(qian)要將(jiang)兩種(zhong)金屬(shu)待焊(han)(han)處仔細清理(li)，去(qu)除油污和雜質，露出金屬(shu)光(guang)澤(ze)，不(bu)能有(you)水跡。
d. 焊接(jie)時電弧(hu)應(ying)稍偏不銹鋼一(yi)側，選用小的(de)熱輸(shu)入，有(you)利于細化晶粒，防(fang)止裂紋(wen)的(de)形成。
2. 埋(mai)弧焊
不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳(nie)焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)縫(feng)不(bu)(bu)(bu)會出(chu)現馬氏體(ti)組織，所以(yi)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)力(li)學性能比較好。例如(ru)，用熱輸入比較大的(de)埋弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳(nie)時，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭抗拉(la)強度可達500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不(bu)(bu)(bu)裂。
3. 氣體保護焊
a. 管狀焊絲焊接(jie)
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基熱(re)強合金(jin)(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接(jie)時(shi)，選用(yong)不同的(de)管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲成分（管材為Cr20Ni80），對(dui)焊(han)(han)(han)縫金(jin)(jin)屬熱(re)裂(lie)傾(qing)向(xiang)的(de)影響(xiang)(xiang)如(ru)圖5-38所示。試(shi)驗結果表(biao)明：提高抗裂(lie)性能最有效(xiao)的(de)方法是用(yong)鉬對(dui)焊(han)(han)(han)縫金(jin)(jin)屬合金(jin)(jin)化，當焊(han)(han)(han)縫中w（Mo）達到6.5％時(shi)，幾乎完全可以消除(chu)熱(re)裂(lie)紋。考慮到母材金(jin)(jin)屬稀釋的(de)影響(xiang)(xiang)，管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲中w（Mo）為30％左右。用(yong)氬弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)不銹鋼06Cr18Nil1Ti與鎳基熱(re)強合金(jin)(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采(cai)用(yong)下列3種管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲都(dou)能獲得優(you)質的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭，其管狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲的(de)化學成分的(de)質量分數（％）為：①. Cr 10～12，Ni 58～60和(he)(he)Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和(he)(he)Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和(he)(he)Mo 20。
b. 實芯焊絲焊接
對不(bu)銹鋼(gang)與鎳基合金進行氣(qi)(qi)體(ti)(ti)保(bao)護焊時，氣(qi)(qi)體(ti)(ti)保(bao)護可選用(yong)Ar、He或(huo)Ar+He混合氣(qi)(qi)，為了消除焊縫金屬(shu)中氣(qi)(qi)孔(kong)，可以用(yong)體(ti)(ti)積分(fen)數為95％Ar＋5％Ar+5% He混合氣(qi)(qi)體(ti)(ti)。要(yao)求Ar和He氣(qi)(qi)體(ti)(ti)純(chun)度不(bu)小于(yu)99.5％（體(ti)(ti)積分(fen)數）。
不(bu)銹鋼(gang)(gang)與(yu)鎳(nie)(nie)基合金(jin)用手工鎢極氣體保(bao)護焊(han)時，所(suo)選用焊(han)絲牌號見表(biao)(biao)5-87。不(bu)銹鋼(gang)(gang)與(yu)鎳(nie)(nie)手工鎢極氬(ya)弧焊(han)和自動(dong)鎢極氬(ya)弧焊(han)的焊(han)接參數見表(biao)(biao)5-88和表(biao)(biao)5-89。
