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(yi)、焊接性
不(bu)銹鋼（或(huo)碳(tan)鋼）與鎳及鎳合金焊接的主在問(wen)題是氣孔和熱(re)裂紋。
1. 氣孔(kong)
焊縫中產生氣(qi)孔的原因：焊接時液(ye)態金屬(shu)中溶解較多的氧(yang)(yang)，氧(yang)(yang)在高(gao)溫時將鎳氧(yang)(yang)化形(xing)成NiO。NiO能(neng)與液(ye)體金屬(shu)中氫和(he)碳發生下列反應(ying)：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳(nie)-鐵合金(jin)的(de)(de)凝固時(shi)來不及溢出(chu)，殘留在(zai)焊(han)(han)縫中(zhong)氣(qi)體就形成(cheng)氣(qi)孔(kong)(kong)。在(zai)純鎳(nie)與碳鋼埋弧焊(han)(han)時(shi)，鐵鎳(nie)焊(han)(han)縫中(zhong)氣(qi)體含(han)量(liang)對氣(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)向的(de)(de)影響(xiang)見(jian)表5-86。從表中(zhong)可知：氮和(he)氫變化不大的(de)(de)情況下(xia)，焊(han)(han)縫中(zhong)氧含(han)量(liang)越(yue)多，焊(han)(han)縫中(zhong)氣(qi)孔(kong)(kong)數量(liang)越(yue)多。在(zai)埋弧焊(han)(han)時(shi)，與焊(han)(han)劑種類也有關系，如圖5-37a所示。從圖中(zhong)可以(yi)看出(chu)，焊(han)(han)縫金(jin)屬中(zhong)鎳(nie)含(han)量(liang)相同時(shi)，無(wu)氧焊(han)(han)劑的(de)(de)抗氣(qi)孔(kong)(kong)性能優于低(di)硅焊(han)(han)劑；當焊(han)(han)縫金(jin)屬中(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)，用(yong)低(di)硅焊(han)(han)劑焊(han)(han)成(cheng)的(de)(de)焊(han)(han)縫所形成(cheng)的(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)體積(ji)為(wei)用(yong)無(wu)氧焊(han)(han)劑的(de)(de)5～6倍(bei)。
此外，焊縫金屬中的(de)(de)鎳(nie)鐵(tie)(tie)比和其他合金元素(su)對焊縫形(xing)成(cheng)氣孔的(de)(de)傾向也有影(ying)響。氧(yang)在(zai)液(ye)態(tai)鎳(nie)中的(de)(de)溶解度大于在(zai)液(ye)態(tai)鐵(tie)(tie)中的(de)(de)溶解度，而氧(yang)在(zai)固態(tai)鎳(nie)中的(de)(de)溶解度卻比固態(tai)鐵(tie)(tie)中小(xiao)。因此，氧(yang)的(de)(de)溶解度在(zai)鎳(nie)結(jie)晶(jing)(jing)時的(de)(de)突(tu)變(bian)比在(zai)鐵(tie)(tie)結(jie)晶(jing)(jing)時突(tu)變(bian)更為顯著。從圖5-37a中可以(yi)看出，當焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)鎳量較少時［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔傾(qing)向較小；鎳含量大時，氣(qi)孔的(de)傾(qing)向較大。然而，隨著焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)的(de)w（Ni）提(ti)高到(dao)60％～90％時，氣(qi)孔形成傾(qing)向有所(suo)降(jiang)低，這是由于焊(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)熔入(ru)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)量減少，碳(tan)含量也相應減少，所(suo)以(yi)形成一氧(yang)化碳(tan)的(de)氣(qi)孔傾(qing)向就(jiu)降(jiang)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
熱裂紋是(shi)熔池結(jie)晶過程中形成低熔點共(gong)晶體(ti)引起的。
高鎳焊(han)縫(feng)(feng)具有樹枝狀組織，在粗大(da)晶粒的(de)(de)邊界上(shang)，集中(zhong)(zhong)了一些低熔(rong)點共晶體（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)(de)共晶體），削弱了晶粒間(jian)的(de)(de)聯系(xi)，降(jiang)低了焊(han)縫(feng)(feng)金屬的(de)(de)抗(kang)裂(lie)性能(neng)。此(ci)外，單(dan)相(xiang)奧氏(shi)體焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)，當鎳含量增加時，晶粒顯著(zhu)長大(da)，也促(cu)進裂(lie)紋的(de)(de)產生。從(cong)圖5-37b中(zhong)(zhong)還可以看(kan)到采用無氧焊(han)劑時，由于焊(han)縫(feng)(feng)中(zhong)(zhong)氧、硫和磷等有害雜質的(de)(de)減少，特別是(shi)氧含量的(de)(de)急劇降(jiang)低，裂(lie)紋傾向減少。可以認為，無論從(cong)抗(kang)氣孔性能(neng)方面，還上(shang)從(cong)抗(kang)裂(lie)性能(neng)方面看(kan)，優質的(de)(de)焊(han)接材料和良(liang)好的(de)(de)保(bao)護及脫氧是(shi)十分重要的(de)(de)。
在(zai)焊(han)縫中，含有錳、鉻、鋁(lv)、鈦(tai)(tai)、鈮(ni)等合(he)金(jin)(jin)元(yuan)素均能提高(gao)焊(han)縫金(jin)(jin)屬的(de)抗裂性能。其(qi)中錳、鉻、鋁(lv)、鈦(tai)(tai)和鈮(ni)均為變(bian)質劑，能細化焊(han)縫組(zu)織，并打亂其(qi)結晶(jing)的(de)方向性；鋁(lv)和鈦(tai)(tai)還(huan)是強(qiang)烈的(de)脫氧劑，能降低(di)焊(han)縫金(jin)(jin)屬中氧的(de)含量(liang)；錳還(huan)具有一(yi)定脫硫(liu)作(zuo)用，能與(yu)硫(liu)形成難熔的(de)MnS，從而減少硫(liu)的(de)有害作(zuo)用。由(you)此分析，不銹鋼與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合(he)金(jin)(jin)焊(han)接(jie)時(shi)，其(qi)抗裂性能優于(yu)碳(tan)鋼與(yu)鎳(nie)及(ji)鎳(nie)合(he)金(jin)(jin)的(de)焊(han)接(jie)。
二、焊接方法
不(bu)銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與(yu)鎳及鎳合金熔焊的方法有焊條電弧焊、埋(mai)弧焊、氣體保(bao)護焊、等(deng)離子弧焊和脈沖激光焊等(deng)。
1. 焊條電弧焊
a. 為(wei)了(le)保證(zheng)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的質(zhi)量(liang)，選用焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料要使焊(han)(han)縫金屬中(zhong)(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此時焊(han)(han)縫具有(you)較高的抗氣孔和抗熱裂(lie)紋的性(xing)能(neng)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭也具有(you)優良的力學性(xing)能(neng)。同時，還(huan)必須嚴格限(xian)制焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)材料中(zhong)(zhong)硫和磷的含量(liang)。
b. 焊(han)接坡(po)口(kou)的角度應為(wei)60°～80°。
c. 焊前要將兩種金屬待焊處仔(zi)細(xi)清理，去除(chu)油污和雜質，露出(chu)金屬光澤(ze)，不能有水跡(ji)。
d. 焊接時電弧應稍偏(pian)不銹鋼一側，選用小的(de)熱輸入(ru)，有(you)利于細(xi)化晶粒，防止裂紋的(de)形成。
2. 埋弧焊
不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳焊(han)接(jie)時(shi)，焊(han)縫不(bu)會(hui)出現馬氏體組織，所(suo)以(yi)焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)力(li)學性(xing)能比(bi)較好。例(li)如，用熱輸入比(bi)較大的(de)埋(mai)弧焊(han)焊(han)接(jie)不(bu)銹鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳時(shi)，焊(han)接(jie)接(jie)頭抗拉(la)強(qiang)度(du)可達(da)(da)500～600MPa，沖擊韌度(du)為240～300J／c㎡，冷彎(wan)角達(da)(da)180°不(bu)裂(lie)。
3. 氣體保(bao)護焊
a. 管狀(zhuang)焊絲(si)焊接
不銹鋼(gang)(gang)06Cr18Ni11Ti與鎳基熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊接(jie)時，選用不同(tong)的(de)管(guan)(guan)狀焊絲成分（管(guan)(guan)材為Cr20Ni80），對(dui)焊縫金(jin)屬熱(re)裂傾向的(de)影響如圖5-38所示。試驗結果(guo)表明：提(ti)高抗裂性(xing)能最有(you)效的(de)方法是用鉬對(dui)焊縫金(jin)屬合(he)金(jin)化，當焊縫中w（Mo）達到6.5％時，幾乎完(wan)全可以消除(chu)熱(re)裂紋。考慮到母材金(jin)屬稀釋的(de)影響，管(guan)(guan)狀焊絲中w（Mo）為30％左右。用氬(ya)弧焊焊接(jie)不銹鋼(gang)(gang)06Cr18Nil1Ti與鎳基熱(re)強合(he)金(jin)Cr20Ni80時，通常采用下列3種管(guan)(guan)狀焊絲都能獲得優質(zhi)的(de)焊接(jie)接(jie)頭，其管(guan)(guan)狀焊絲的(de)化學(xue)成分的(de)質(zhi)量分數（％）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. 實芯焊(han)絲焊(han)接
對不銹鋼與鎳(nie)基合金(jin)進行氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)保護焊(han)時，氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)保護可選用(yong)Ar、He或Ar+He混合氣(qi)(qi)，為(wei)了消除焊(han)縫金(jin)屬(shu)中氣(qi)(qi)孔，可以(yi)用(yong)體(ti)(ti)(ti)積分數為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混合氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)。要(yao)求(qiu)Ar和He氣(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)純(chun)度(du)不小于99.5％（體(ti)(ti)(ti)積分數）。
不(bu)銹鋼(gang)與鎳(nie)基(ji)合金用(yong)手工(gong)鎢極(ji)(ji)氣體保護焊(han)(han)(han)時，所選(xuan)用(yong)焊(han)(han)(han)絲牌號見(jian)表(biao)(biao)5-87。不(bu)銹鋼(gang)與鎳(nie)手工(gong)鎢極(ji)(ji)氬弧(hu)焊(han)(han)(han)和(he)自動(dong)鎢極(ji)(ji)氬弧(hu)焊(han)(han)(han)的焊(han)(han)(han)接(jie)參數見(jian)表(biao)(biao)5-88和(he)表(biao)(biao)5-89。
