鎳及鎳(nie)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(xiu)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(yi)、焊(han)接性
不銹(xiu)鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金焊接的主在問題是氣孔和熱裂紋。
1. 氣孔(kong)
焊縫中產(chan)生(sheng)氣孔(kong)的原(yuan)因(yin)：焊接(jie)時液(ye)態金屬中溶解較(jiao)多的氧，氧在高溫(wen)時將鎳(nie)氧化形成(cheng)NiO。NiO能(neng)與液(ye)體金屬中氫(qing)和碳發(fa)生(sheng)下列反應(ying)：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳(nie)(nie)-鐵(tie)合金的(de)凝固時(shi)來(lai)不(bu)及溢(yi)出，殘留在(zai)焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體就形成(cheng)(cheng)氣(qi)(qi)(qi)孔。在(zai)純鎳(nie)(nie)與(yu)碳鋼埋(mai)弧(hu)焊(han)時(shi)，鐵(tie)鎳(nie)(nie)焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)體含量對氣(qi)(qi)(qi)孔傾(qing)向的(de)影響見(jian)表5-86。從(cong)表中(zhong)(zhong)可知：氮和氫變化不(bu)大(da)的(de)情況下，焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧含量越多(duo)(duo)，焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)孔數量越多(duo)(duo)。在(zai)埋(mai)弧(hu)焊(han)時(shi)，與(yu)焊(han)劑種類也有關系，如(ru)圖5-37a所示。從(cong)圖中(zhong)(zhong)可以看出，焊(han)縫(feng)(feng)金屬中(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含量相同時(shi)，無(wu)氧焊(han)劑的(de)抗氣(qi)(qi)(qi)孔性能(neng)優于低硅焊(han)劑；當焊(han)縫(feng)(feng)金屬中(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)，用低硅焊(han)劑焊(han)成(cheng)(cheng)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)所形成(cheng)(cheng)的(de)氣(qi)(qi)(qi)孔的(de)體積為(wei)用無(wu)氧焊(han)劑的(de)5～6倍(bei)。
此外，焊(han)縫金屬中(zhong)的(de)鎳鐵(tie)比和其他(ta)合(he)金元(yuan)素對焊(han)縫形成氣(qi)孔的(de)傾向也有(you)影(ying)響。氧在(zai)液態(tai)(tai)鎳中(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)大于在(zai)液態(tai)(tai)鐵(tie)中(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)，而氧在(zai)固態(tai)(tai)鎳中(zhong)的(de)溶解(jie)(jie)度(du)卻比固態(tai)(tai)鐵(tie)中(zhong)小。因此，氧的(de)溶解(jie)(jie)度(du)在(zai)鎳結晶時的(de)突變比在(zai)鐵(tie)結晶時突變更為顯(xian)著。從圖(tu)5-37a中(zhong)可以看出，當焊縫(feng)中(zhong)(zhong)鎳量(liang)較(jiao)少(shao)時(shi)(shi)［w（Ni）為(wei)15％～30％］，氣孔(kong)傾向(xiang)較(jiao)小；鎳含(han)量(liang)大時(shi)(shi)，氣孔(kong)的(de)傾向(xiang)較(jiao)大。然(ran)而(er)，隨著焊縫(feng)中(zhong)(zhong)的(de)w（Ni）提高到60％～90％時(shi)(shi)，氣孔(kong)形(xing)成傾向(xiang)有(you)所降低(di)，這是由于(yu)焊縫(feng)金屬(shu)中(zhong)(zhong)熔入不銹鋼量(liang)減少(shao)，碳(tan)含(han)量(liang)也相(xiang)應減少(shao)，所以形(xing)成一氧(yang)化碳(tan)的(de)氣孔(kong)傾向(xiang)就降低(di)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
熱裂紋是熔池(chi)結晶(jing)過程中形成低(di)熔點共晶(jing)體引起的(de)。
高(gao)鎳焊(han)(han)縫(feng)具(ju)有(you)樹枝狀組織，在粗大(da)晶(jing)粒(li)的(de)(de)邊(bian)界上(shang)，集中(zhong)(zhong)了(le)一些低(di)熔點(dian)共(gong)晶(jing)體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)共(gong)晶(jing)體），削弱了(le)晶(jing)粒(li)間(jian)的(de)(de)聯系(xi)，降低(di)了(le)焊(han)(han)縫(feng)金屬的(de)(de)抗裂(lie)性(xing)能。此外，單相奧氏體焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)，當鎳含(han)量增加(jia)時(shi)，晶(jing)粒(li)顯著長大(da)，也促進裂(lie)紋的(de)(de)產(chan)生(sheng)。從圖5-37b中(zhong)(zhong)還可以看(kan)到采用無氧焊(han)(han)劑時(shi)，由于(yu)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)氧、硫和(he)磷等有(you)害雜(za)質(zhi)的(de)(de)減(jian)少，特(te)別是氧含(han)量的(de)(de)急劇降低(di)，裂(lie)紋傾向減(jian)少。可以認為，無論從抗氣(qi)孔性(xing)能方面，還上(shang)從抗裂(lie)性(xing)能方面看(kan)，優質(zhi)的(de)(de)焊(han)(han)接材(cai)料(liao)和(he)良好的(de)(de)保護及脫(tuo)氧是十分重(zhong)要的(de)(de)。
在焊(han)縫(feng)中，含有(you)錳(meng)(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)(lv)、鈦(tai)、鈮等合(he)金元素(su)均(jun)(jun)能(neng)(neng)提高焊(han)縫(feng)金屬的(de)抗裂性(xing)能(neng)(neng)。其(qi)中錳(meng)(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)(lv)、鈦(tai)和(he)(he)鈮均(jun)(jun)為變質劑，能(neng)(neng)細化焊(han)縫(feng)組織，并打(da)亂其(qi)結晶的(de)方向性(xing)；鋁(lv)(lv)和(he)(he)鈦(tai)還(huan)是(shi)強烈(lie)的(de)脫氧劑，能(neng)(neng)降(jiang)低焊(han)縫(feng)金屬中氧的(de)含量；錳(meng)(meng)還(huan)具(ju)有(you)一定脫硫(liu)作用(yong)，能(neng)(neng)與(yu)硫(liu)形成(cheng)難熔(rong)的(de)MnS，從而減(jian)少硫(liu)的(de)有(you)害作用(yong)。由此(ci)分析，不銹(xiu)鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金焊(han)接(jie)時，其(qi)抗裂性(xing)能(neng)(neng)優于碳鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合(he)金的(de)焊(han)接(jie)。
二(er)、焊接方法
不銹(xiu)鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)(nie)及鎳(nie)(nie)合(he)金(jin)熔焊(han)(han)的(de)方法有焊(han)(han)條電弧焊(han)(han)、埋弧焊(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)、等離子弧焊(han)(han)和脈沖激光焊(han)(han)等。
1. 焊條電弧焊
a. 為了(le)保證焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的質量，選(xuan)用焊(han)接(jie)(jie)材料要使(shi)焊(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)縫(feng)具有(you)較高的抗氣孔和(he)抗熱裂紋的性能，焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭也具有(you)優良(liang)的力(li)學性能。同時，還必須(xu)嚴格限(xian)制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)材料中(zhong)硫和(he)磷(lin)的含量。
b. 焊接坡口的角度(du)應為(wei)60°～80°。
c. 焊前要(yao)將兩種金屬(shu)(shu)待焊處(chu)仔細(xi)清理(li)，去(qu)除(chu)油污和雜質，露出金屬(shu)(shu)光(guang)澤，不能有(you)水跡。
d. 焊(han)接時電(dian)弧應稍(shao)偏不(bu)銹鋼一側，選用小的熱輸(shu)入，有利(li)于細化晶(jing)粒，防(fang)止裂紋的形成。
2. 埋(mai)弧焊
不銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與(yu)純(chun)鎳焊接(jie)(jie)時(shi)(shi)，焊縫不會(hui)出(chu)現(xian)馬氏(shi)體組(zu)織，所以焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的力學性能(neng)比較好(hao)。例如，用(yong)熱(re)輸入(ru)比較大的埋弧焊焊接(jie)(jie)不銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與(yu)純(chun)鎳時(shi)(shi)，焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)抗拉強(qiang)度可達500～600MPa，沖(chong)擊(ji)韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不裂。
3. 氣(qi)體保護焊
a. 管狀焊絲焊接
不(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳基(ji)熱(re)強(qiang)(qiang)合(he)(he)金Cr20Ni80焊接(jie)時(shi)(shi)，選(xuan)用不(bu)同的(de)(de)(de)管(guan)(guan)狀(zhuang)焊絲成分（管(guan)(guan)材為Cr20Ni80），對焊縫(feng)金屬熱(re)裂(lie)(lie)傾向的(de)(de)(de)影響(xiang)如圖(tu)5-38所示。試驗結果表明(ming)：提(ti)高抗裂(lie)(lie)性能(neng)最有效的(de)(de)(de)方法是(shi)用鉬對焊縫(feng)金屬合(he)(he)金化(hua)，當焊縫(feng)中(zhong)w（Mo）達到6.5％時(shi)(shi)，幾乎完全可以消除熱(re)裂(lie)(lie)紋(wen)。考(kao)慮到母材金屬稀(xi)釋的(de)(de)(de)影響(xiang)，管(guan)(guan)狀(zhuang)焊絲中(zhong)w（Mo）為30％左右。用氬弧焊焊接(jie)不(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳基(ji)熱(re)強(qiang)(qiang)合(he)(he)金Cr20Ni80時(shi)(shi)，通常(chang)采(cai)用下列3種管(guan)(guan)狀(zhuang)焊絲都能(neng)獲(huo)得優質的(de)(de)(de)焊接(jie)接(jie)頭(tou)，其管(guan)(guan)狀(zhuang)焊絲的(de)(de)(de)化(hua)學成分的(de)(de)(de)質量分數(shu)（％）為：①. Cr 10～12，Ni 58～60和Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和Mo 20。
b. 實芯焊絲(si)焊接
對不銹鋼(gang)與鎳基合金進行氣體(ti)(ti)保(bao)護焊時，氣體(ti)(ti)保(bao)護可選用Ar、He或Ar+He混合氣，為了消除焊縫(feng)金屬中氣孔，可以用體(ti)(ti)積分數為95％Ar＋5％Ar+5% He混合氣體(ti)(ti)。要求Ar和He氣體(ti)(ti)純度不小(xiao)于99.5％（體(ti)(ti)積分數）。
不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)基合(he)金(jin)用(yong)手工(gong)鎢(wu)(wu)極氣(qi)體保護焊(han)時(shi)，所選用(yong)焊(han)絲牌號見表5-87。不銹鋼(gang)與(yu)鎳(nie)手工(gong)鎢(wu)(wu)極氬弧焊(han)和自動鎢(wu)(wu)極氬弧焊(han)的焊(han)接參數見表5-88和表5-89。
