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）與鎳及鎳合金焊接的主(zhu)在問題是氣孔(kong)和熱裂紋(wen)。
1. 氣孔(kong)
焊(han)縫中(zhong)產生氣孔的原(yuan)因：焊(han)接(jie)時(shi)液態金屬中(zhong)溶解較多的氧(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(zhong)氫(qing)和碳發生下列反(fan)應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳-鐵合金的(de)凝(ning)固時(shi)(shi)(shi)來不(bu)(bu)及溢出，殘留在焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣體就形成氣孔(kong)。在純鎳與(yu)碳鋼埋弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)(shi)(shi)，鐵鎳焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣體含(han)(han)量(liang)對氣孔(kong)傾向的(de)影響見表(biao)5-86。從表(biao)中(zhong)可(ke)(ke)知：氮和(he)氫變化不(bu)(bu)大的(de)情況下，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氧(yang)含(han)(han)量(liang)越多(duo)，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣孔(kong)數(shu)量(liang)越多(duo)。在埋弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)(shi)(shi)，與(yu)焊(han)(han)(han)劑種類(lei)也有(you)關系，如(ru)圖5-37a所示。從圖中(zhong)可(ke)(ke)以看出，焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)鎳含(han)(han)量(liang)相同(tong)時(shi)(shi)(shi)，無氧(yang)焊(han)(han)(han)劑的(de)抗氣孔(kong)性能(neng)優于低(di)硅(gui)焊(han)(han)(han)劑；當焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)(shi)(shi)，用(yong)低(di)硅(gui)焊(han)(han)(han)劑焊(han)(han)(han)成的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)所形成的(de)氣孔(kong)的(de)體積(ji)為用(yong)無氧(yang)焊(han)(han)(han)劑的(de)5～6倍。
此(ci)(ci)外，焊縫金(jin)屬中的(de)鎳鐵(tie)比和其(qi)他(ta)合金(jin)元(yuan)素對焊縫形成氣孔的(de)傾向也(ye)有影響(xiang)。氧在(zai)液(ye)態鎳中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)大于在(zai)液(ye)態鐵(tie)中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)，而氧在(zai)固態鎳中的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)卻比固態鐵(tie)中小。因此(ci)(ci)，氧的(de)溶(rong)解(jie)度(du)(du)在(zai)鎳結晶時的(de)突變(bian)比在(zai)鐵(tie)結晶時突變(bian)更為顯(xian)著(zhu)。從圖5-37a中可以(yi)看出，當焊(han)縫中鎳量較少(shao)時(shi)［w（Ni）為(wei)15％～30％］，氣(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)向較小；鎳含(han)量大(da)時(shi)，氣(qi)孔(kong)(kong)的傾(qing)向較大(da)。然(ran)而(er)，隨著焊(han)縫中的w（Ni）提(ti)高到60％～90％時(shi)，氣(qi)孔(kong)(kong)形(xing)(xing)成傾(qing)向有所降(jiang)低，這(zhe)是由于焊(han)縫金屬(shu)中熔入不銹鋼量減少(shao)，碳含(han)量也相應減少(shao)，所以(yi)形(xing)(xing)成一氧化(hua)碳的氣(qi)孔(kong)(kong)傾(qing)向就(jiu)降(jiang)低了(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(re)裂紋(wen)
熱裂紋是熔池結晶過程中形成(cheng)低熔點共晶體引起的。
高鎳焊(han)縫(feng)具有樹枝狀組織，在粗大(da)晶(jing)(jing)粒(li)的(de)邊界上，集中(zhong)了(le)(le)一些低(di)熔點共(gong)晶(jing)(jing)體(ti)（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)共(gong)晶(jing)(jing)體(ti)），削(xue)弱了(le)(le)晶(jing)(jing)粒(li)間的(de)聯系，降低(di)了(le)(le)焊(han)縫(feng)金屬(shu)的(de)抗裂(lie)性能(neng)(neng)。此(ci)外，單相奧氏體(ti)焊(han)縫(feng)中(zhong)，當(dang)鎳含(han)量(liang)(liang)增加時(shi)，晶(jing)(jing)粒(li)顯著(zhu)長大(da)，也促進裂(lie)紋的(de)產生。從(cong)圖5-37b中(zhong)還(huan)可(ke)以(yi)看(kan)(kan)到采用無氧(yang)(yang)焊(han)劑時(shi)，由于焊(han)縫(feng)中(zhong)氧(yang)(yang)、硫和(he)磷等有害雜(za)質(zhi)的(de)減(jian)少(shao)，特(te)別是氧(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)的(de)急劇降低(di)，裂(lie)紋傾向減(jian)少(shao)。可(ke)以(yi)認為，無論(lun)從(cong)抗氣孔性能(neng)(neng)方面，還(huan)上從(cong)抗裂(lie)性能(neng)(neng)方面看(kan)(kan)，優質(zhi)的(de)焊(han)接材(cai)料和(he)良好的(de)保護及(ji)脫氧(yang)(yang)是十分重要的(de)。
在焊(han)縫中，含有錳(meng)、鉻、鋁(lv)、鈦(tai)、鈮等合金元素均能(neng)提高焊(han)縫金屬的(de)(de)抗(kang)裂(lie)(lie)性(xing)能(neng)。其中錳(meng)、鉻、鋁(lv)、鈦(tai)和鈮均為變質劑，能(neng)細化(hua)焊(han)縫組織，并打亂(luan)其結晶的(de)(de)方(fang)向(xiang)性(xing)；鋁(lv)和鈦(tai)還是強烈的(de)(de)脫氧劑，能(neng)降(jiang)低(di)焊(han)縫金屬中氧的(de)(de)含量(liang)；錳(meng)還具有一(yi)定(ding)脫硫(liu)作用，能(neng)與(yu)硫(liu)形成難熔(rong)的(de)(de)MnS，從而(er)減少硫(liu)的(de)(de)有害作用。由此分析，不銹鋼與(yu)鎳及(ji)鎳合金焊(han)接時，其抗(kang)裂(lie)(lie)性(xing)能(neng)優于碳(tan)鋼與(yu)鎳及(ji)鎳合金的(de)(de)焊(han)接。
二、焊接方(fang)法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔(rong)焊(han)(han)的方法有焊(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)、埋弧(hu)焊(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)、等離子弧(hu)焊(han)(han)和脈(mo)沖激光焊(han)(han)等。
1. 焊(han)條電弧焊(han)
a. 為了保證焊接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)質量，選(xuan)用焊接(jie)材(cai)料(liao)要使焊縫金屬中(zhong)w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊縫具有(you)較高的(de)抗氣孔和(he)抗熱裂(lie)紋(wen)的(de)性(xing)能，焊接(jie)接(jie)頭(tou)也具有(you)優良的(de)力學性(xing)能。同(tong)時，還(huan)必須嚴格限制焊接(jie)材(cai)料(liao)中(zhong)硫和(he)磷的(de)含量。
b. 焊接坡口(kou)的角度應為60°～80°。
c. 焊前要將兩種金屬(shu)待焊處仔細清理，去除油污(wu)和雜質，露出(chu)金屬(shu)光澤，不(bu)能(neng)有水跡。
d. 焊接(jie)時電弧應稍偏不銹鋼一側，選用小的(de)熱輸入，有利(li)于細(xi)化晶粒，防(fang)止裂(lie)紋的(de)形成。
2. 埋(mai)弧焊
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳焊(han)接(jie)時，焊(han)縫不(bu)(bu)會(hui)出現馬氏體組織，所(suo)以焊(han)接(jie)接(jie)頭的力學性能比較好(hao)。例如，用熱輸入比較大的埋弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與純鎳時，焊(han)接(jie)接(jie)頭抗拉強度可達500～600MPa，沖擊(ji)韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不(bu)(bu)裂。
3. 氣體保護(hu)焊(han)
a. 管狀焊絲焊接
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳(nie)基熱強合(he)金(jin)Cr20Ni80焊(han)接(jie)時，選用不同的(de)管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)成(cheng)分（管(guan)材為Cr20Ni80），對焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬(shu)(shu)熱裂(lie)傾向的(de)影響如圖5-38所(suo)示(shi)。試驗結果(guo)表明：提高抗裂(lie)性能最有(you)效的(de)方法是用鉬對焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬(shu)(shu)合(he)金(jin)化，當焊(han)縫(feng)(feng)中w（Mo）達(da)到(dao)6.5％時，幾乎完全可(ke)以消除熱裂(lie)紋。考慮(lv)到(dao)母(mu)材金(jin)屬(shu)(shu)稀釋的(de)影響，管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)中w（Mo）為30％左右(you)。用氬弧焊(han)焊(han)接(jie)不銹鋼06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳(nie)基熱強合(he)金(jin)Cr20Ni80時，通常采用下列3種管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)都能獲得優質的(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)，其管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)的(de)化學成(cheng)分的(de)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
對不(bu)銹鋼(gang)與鎳基合(he)金(jin)進行氣(qi)體(ti)(ti)保護(hu)焊(han)時，氣(qi)體(ti)(ti)保護(hu)可選用(yong)Ar、He或Ar+He混(hun)合(he)氣(qi)，為了消除(chu)焊(han)縫金(jin)屬中氣(qi)孔，可以用(yong)體(ti)(ti)積(ji)分(fen)數(shu)為95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合(he)氣(qi)體(ti)(ti)。要(yao)求Ar和He氣(qi)體(ti)(ti)純度不(bu)小于99.5％（體(ti)(ti)積(ji)分(fen)數(shu)）。
不銹鋼與鎳(nie)(nie)基合金用(yong)手工鎢極(ji)氣體保護焊(han)時，所選用(yong)焊(han)絲(si)牌號見(jian)表(biao)5-87。不銹鋼與鎳(nie)(nie)手工鎢極(ji)氬(ya)(ya)弧焊(han)和自動鎢極(ji)氬(ya)(ya)弧焊(han)的焊(han)接參數見(jian)表(biao)5-88和表(biao)5-89。
