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(gang)（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)、焊接性
不銹鋼（或碳鋼）與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合金焊接的主在(zai)問題是(shi)氣孔和熱裂(lie)紋。
1. 氣孔
焊(han)縫中(zhong)產生氣孔的(de)原因：焊(han)接時液(ye)態金(jin)屬(shu)中(zhong)溶解較多的(de)氧，氧在高溫時將鎳氧化形(xing)成(cheng)NiO。NiO能與液(ye)體金(jin)屬(shu)中(zhong)氫(qing)和碳發生下列反應(ying)：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由(you)于鎳-鐵(tie)合金的(de)(de)(de)(de)(de)凝固時來(lai)不及(ji)溢出(chu)(chu)，殘留在焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中氣(qi)體(ti)就形成氣(qi)孔(kong)(kong)。在純鎳與(yu)碳鋼埋(mai)弧焊(han)(han)(han)時，鐵(tie)鎳焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中氣(qi)體(ti)含(han)量對氣(qi)孔(kong)(kong)傾向的(de)(de)(de)(de)(de)影響見表(biao)5-86。從表(biao)中可知(zhi)：氮(dan)和氫變化不大的(de)(de)(de)(de)(de)情況下，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中氧含(han)量越多，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中氣(qi)孔(kong)(kong)數量越多。在埋(mai)弧焊(han)(han)(han)時，與(yu)焊(han)(han)(han)劑(ji)種(zhong)類也有關系(xi)，如圖5-37a所示。從圖中可以看出(chu)(chu)，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬中鎳含(han)量相同時，無氧焊(han)(han)(han)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)抗氣(qi)孔(kong)(kong)性能優于低硅焊(han)(han)(han)劑(ji)；當焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬中w（Ni）為30％～60％時，用低硅焊(han)(han)(han)劑(ji)焊(han)(han)(han)成的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)所形成的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)積為用無氧焊(han)(han)(han)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)5～6倍。
此外，焊縫金屬中的(de)鎳(nie)(nie)鐵比和其他合(he)金元素(su)對焊縫形成氣孔的(de)傾向(xiang)也有影響。氧(yang)在(zai)(zai)液態鎳(nie)(nie)中的(de)溶解(jie)度大于在(zai)(zai)液態鐵中的(de)溶解(jie)度，而(er)氧(yang)在(zai)(zai)固(gu)態鎳(nie)(nie)中的(de)溶解(jie)度卻(que)比固(gu)態鐵中小。因此，氧(yang)的(de)溶解(jie)度在(zai)(zai)鎳(nie)(nie)結晶(jing)時(shi)的(de)突變比在(zai)(zai)鐵結晶(jing)時(shi)突變更為顯(xian)著(zhu)。從(cong)圖5-37a中可以看出，當焊縫中鎳量(liang)(liang)較少(shao)時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔(kong)傾向較小；鎳含(han)量(liang)(liang)大(da)時，氣(qi)孔(kong)的(de)(de)傾向較大(da)。然(ran)而，隨著(zhu)焊縫中的(de)(de)w（Ni）提高到60％～90％時，氣(qi)孔(kong)形成(cheng)傾向有所降低，這是(shi)由于焊縫金(jin)屬中熔入不銹(xiu)鋼(gang)量(liang)(liang)減(jian)少(shao)，碳含(han)量(liang)(liang)也(ye)相應減(jian)少(shao)，所以形成(cheng)一(yi)氧化碳的(de)(de)氣(qi)孔(kong)傾向就降低了。
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(wen)
熱裂紋是熔池結(jie)晶(jing)過程中形成低熔點共晶(jing)體引起的(de)。
高鎳焊(han)縫(feng)具有樹枝狀組織，在粗大晶(jing)(jing)(jing)粒的(de)(de)(de)(de)邊界上(shang)，集中了一些低(di)熔點共(gong)晶(jing)(jing)(jing)體（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)(de)(de)(de)共(gong)晶(jing)(jing)(jing)體），削弱了晶(jing)(jing)(jing)粒間的(de)(de)(de)(de)聯系(xi)，降低(di)了焊(han)縫(feng)金屬的(de)(de)(de)(de)抗裂性(xing)能。此(ci)外，單相奧氏(shi)體焊(han)縫(feng)中，當(dang)鎳含量增加時(shi)，晶(jing)(jing)(jing)粒顯著長大，也促進裂紋的(de)(de)(de)(de)產生。從圖5-37b中還可以看到(dao)采用無(wu)氧(yang)(yang)焊(han)劑時(shi)，由于焊(han)縫(feng)中氧(yang)(yang)、硫和磷等有害(hai)雜質的(de)(de)(de)(de)減少(shao)，特別是氧(yang)(yang)含量的(de)(de)(de)(de)急劇降低(di)，裂紋傾向減少(shao)。可以認為，無(wu)論從抗氣孔性(xing)能方(fang)面(mian)，還上(shang)從抗裂性(xing)能方(fang)面(mian)看，優質的(de)(de)(de)(de)焊(han)接材(cai)料(liao)和良好的(de)(de)(de)(de)保護(hu)及脫(tuo)氧(yang)(yang)是十分重要的(de)(de)(de)(de)。
在焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)，含有錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦、鈮等(deng)合金(jin)(jin)元(yuan)素均能(neng)提高焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)抗裂性能(neng)。其中(zhong)錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦和鈮均為變質劑(ji)，能(neng)細化焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)組織(zhi)，并打(da)亂其結(jie)晶的(de)(de)(de)方向性；鋁(lv)和鈦還是(shi)強(qiang)烈的(de)(de)(de)脫氧劑(ji)，能(neng)降低焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)氧的(de)(de)(de)含量(liang)；錳還具有一定脫硫(liu)作(zuo)用，能(neng)與硫(liu)形成難熔的(de)(de)(de)MnS，從而減(jian)少硫(liu)的(de)(de)(de)有害作(zuo)用。由(you)此分析，不銹鋼(gang)與鎳(nie)及鎳(nie)合金(jin)(jin)焊(han)(han)(han)(han)接時，其抗裂性能(neng)優于碳鋼(gang)與鎳(nie)及鎳(nie)合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接。
二、焊接(jie)方法(fa)
不(bu)銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳(nie)(nie)及鎳(nie)(nie)合(he)金熔焊(han)(han)的(de)方法有焊(han)(han)條(tiao)電弧(hu)焊(han)(han)、埋弧(hu)焊(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)、等(deng)離子弧(hu)焊(han)(han)和脈沖激光焊(han)(han)等(deng)。
1. 焊條電弧焊
a. 為(wei)了保證焊(han)接(jie)接(jie)頭的質量，選用焊(han)接(jie)材(cai)料要(yao)使焊(han)縫金(jin)屬(shu)中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此(ci)時焊(han)縫具有較高的抗氣孔和(he)(he)抗熱裂紋的性能，焊(han)接(jie)接(jie)頭也具有優良的力學性能。同時，還必須嚴格限制焊(han)接(jie)材(cai)料中(zhong)硫(liu)和(he)(he)磷(lin)的含量。
b. 焊接(jie)坡(po)口的角(jiao)度應為60°～80°。
c. 焊(han)前要(yao)將兩種金(jin)(jin)屬待焊(han)處仔(zi)細清理，去除油污和雜質，露(lu)出金(jin)(jin)屬光(guang)澤，不能有(you)水跡(ji)。
d. 焊接時電弧應稍偏不銹鋼一側，選用小(xiao)的熱(re)輸入，有(you)利于細化晶粒，防止裂紋的形成。
2. 埋弧焊
不銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳(nie)焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)縫不會出現馬氏體組(zu)織，所以(yi)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的力學性(xing)能比較(jiao)好。例如，用(yong)熱輸入比較(jiao)大的埋(mai)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)不銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳(nie)時，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭抗(kang)拉強度可達(da)500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎(wan)角達(da)180°不裂。
3. 氣體(ti)保護(hu)焊
a. 管狀(zhuang)焊(han)絲焊(han)接
不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與鎳基熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊接時(shi)，選用不(bu)同的管(guan)狀焊絲(si)成分（管(guan)材(cai)為Cr20Ni80），對焊縫(feng)(feng)金(jin)屬熱(re)裂(lie)傾向(xiang)的影響如圖5-38所示。試驗結果表明：提高抗(kang)裂(lie)性能最有效的方法是(shi)用鉬對焊縫(feng)(feng)金(jin)屬合(he)金(jin)化，當焊縫(feng)(feng)中w（Mo）達到(dao)6.5％時(shi)，幾乎完全可以消除(chu)熱(re)裂(lie)紋(wen)。考慮到(dao)母(mu)材(cai)金(jin)屬稀釋的影響，管(guan)狀焊絲(si)中w（Mo）為30％左右(you)。用氬弧焊焊接不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Nil1Ti與鎳基熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用下列(lie)3種管(guan)狀焊絲(si)都能獲得優質的焊接接頭，其管(guan)狀焊絲(si)的化學(xue)成分的質量分數（％）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. 實芯焊絲焊接
對(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)與鎳基合(he)金(jin)進行氣(qi)體保護(hu)焊時，氣(qi)體保護(hu)可選用Ar、He或Ar+He混合(he)氣(qi)，為了(le)消除焊縫金(jin)屬中氣(qi)孔，可以用體積分(fen)數(shu)為95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)氣(qi)體。要求Ar和He氣(qi)體純度(du)不(bu)小于99.5％（體積分(fen)數(shu)）。
不銹鋼與鎳基(ji)合金用(yong)(yong)手工鎢極氣(qi)體保護(hu)焊(han)時(shi)，所(suo)選用(yong)(yong)焊(han)絲(si)牌號見表(biao)5-87。不銹鋼與鎳手工鎢極氬弧焊(han)和自動鎢極氬弧焊(han)的(de)焊(han)接參數(shu)見表(biao)5-88和表(biao)5-89。
