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(gang)（或碳鋼(gang)）與(yu)鎳及鎳合金焊接的主在問題是氣孔和(he)熱(re)裂紋。
1. 氣孔
焊縫中(zhong)(zhong)產生(sheng)氣孔的原因(yin)：焊接時(shi)液態金(jin)屬中(zhong)(zhong)溶(rong)解較多的氧(yang)，氧(yang)在高溫時(shi)將鎳(nie)氧(yang)化形成NiO。NiO能與液體金(jin)屬中(zhong)(zhong)氫和碳發生(sheng)下(xia)列反(fan)應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于鎳-鐵(tie)(tie)合金(jin)的(de)(de)凝固時(shi)來不及溢出(chu)，殘(can)留在焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)體就形成氣(qi)孔(kong)。在純鎳與(yu)碳(tan)鋼埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)，鐵(tie)(tie)鎳焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)體含(han)量對氣(qi)孔(kong)傾向的(de)(de)影響見(jian)表5-86。從表中(zhong)可知：氮(dan)和氫(qing)變化不大的(de)(de)情(qing)況下，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氧(yang)含(han)量越(yue)多，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)氣(qi)孔(kong)數量越(yue)多。在埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)時(shi)，與(yu)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)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)(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)鎳含(han)量相同時(shi)，無(wu)氧(yang)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)(de)抗氣(qi)孔(kong)性(xing)能優于低硅(gui)(gui)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)；當焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)w（Ni）為30％～60％時(shi)，用低硅(gui)(gui)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)焊(han)(han)(han)成的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)所形成的(de)(de)氣(qi)孔(kong)的(de)(de)體積(ji)為用無(wu)氧(yang)焊(han)(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)(de)5～6倍。
此(ci)外(wai)，焊縫金(jin)屬中的(de)鎳(nie)鐵比(bi)和(he)其他合(he)金(jin)元素對焊縫形成氣孔的(de)傾向(xiang)也(ye)有影響(xiang)。氧(yang)在液態鎳(nie)中的(de)溶解(jie)度大于在液態鐵中的(de)溶解(jie)度，而氧(yang)在固態鎳(nie)中的(de)溶解(jie)度卻比(bi)固態鐵中小(xiao)。因(yin)此(ci)，氧(yang)的(de)溶解(jie)度在鎳(nie)結(jie)(jie)晶(jing)時(shi)的(de)突變(bian)比(bi)在鐵結(jie)(jie)晶(jing)時(shi)突變(bian)更為顯著。從圖5-37a中可以看出，當焊(han)縫中(zhong)鎳量(liang)(liang)較少時(shi)［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔(kong)傾(qing)向(xiang)較小；鎳含(han)量(liang)(liang)大時(shi)，氣(qi)孔(kong)的傾(qing)向(xiang)較大。然而，隨著焊(han)縫中(zhong)的w（Ni）提高到60％～90％時(shi)，氣(qi)孔(kong)形(xing)成傾(qing)向(xiang)有所(suo)降低，這是由于(yu)焊(han)縫金屬中(zhong)熔(rong)入不銹鋼量(liang)(liang)減少，碳含(han)量(liang)(liang)也相應減少，所(suo)以形(xing)成一氧化碳的氣(qi)孔(kong)傾(qing)向(xiang)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
熱裂紋是(shi)熔池結晶過程中形成低熔點共(gong)晶體引起(qi)的。
高鎳(nie)焊(han)(han)縫(feng)具有(you)樹枝狀(zhuang)組(zu)織，在粗(cu)大晶(jing)粒的(de)(de)邊(bian)界上(shang)，集中(zhong)了一些低(di)熔點共晶(jing)體(ti)(ti)（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)(de)共晶(jing)體(ti)(ti)），削弱了晶(jing)粒間的(de)(de)聯系，降(jiang)低(di)了焊(han)(han)縫(feng)金屬的(de)(de)抗(kang)(kang)裂(lie)性(xing)能。此外，單相奧氏體(ti)(ti)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)，當鎳(nie)含量增加時，晶(jing)粒顯著長(chang)大，也促進裂(lie)紋(wen)的(de)(de)產(chan)生(sheng)。從圖(tu)5-37b中(zhong)還(huan)可以(yi)看到采用無氧(yang)焊(han)(han)劑時，由(you)于焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)氧(yang)、硫和(he)磷等(deng)有(you)害雜(za)質(zhi)的(de)(de)減(jian)少(shao)，特別是氧(yang)含量的(de)(de)急劇降(jiang)低(di)，裂(lie)紋(wen)傾向減(jian)少(shao)。可以(yi)認為(wei)，無論(lun)從抗(kang)(kang)氣孔性(xing)能方面，還(huan)上(shang)從抗(kang)(kang)裂(lie)性(xing)能方面看，優(you)質(zhi)的(de)(de)焊(han)(han)接材料和(he)良好的(de)(de)保護及脫氧(yang)是十分重要的(de)(de)。
在焊(han)縫中，含有(you)錳(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)(lv)、鈦、鈮等合金(jin)元(yuan)素均能(neng)(neng)提高焊(han)縫金(jin)屬(shu)的(de)抗裂(lie)性能(neng)(neng)。其中錳(meng)、鉻(ge)、鋁(lv)(lv)、鈦和鈮均為變質劑，能(neng)(neng)細化焊(han)縫組織，并打亂其結(jie)晶的(de)方向性；鋁(lv)(lv)和鈦還(huan)是強烈(lie)的(de)脫氧劑，能(neng)(neng)降低焊(han)縫金(jin)屬(shu)中氧的(de)含量；錳(meng)還(huan)具(ju)有(you)一定脫硫作用，能(neng)(neng)與硫形成(cheng)難熔的(de)MnS，從而減(jian)少硫的(de)有(you)害作用。由此分析，不銹鋼(gang)與鎳及鎳合金(jin)焊(han)接時，其抗裂(lie)性能(neng)(neng)優于碳鋼(gang)與鎳及鎳合金(jin)的(de)焊(han)接。
二、焊接方法(fa)
不銹(xiu)鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔焊(han)(han)的(de)方法有焊(han)(han)條電(dian)弧(hu)焊(han)(han)、埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)、氣體保護(hu)焊(han)(han)、等(deng)離(li)子弧(hu)焊(han)(han)和脈沖激光焊(han)(han)等(deng)。
1. 焊(han)條電(dian)弧(hu)焊(han)
a. 為了保證焊(han)(han)接接頭的(de)(de)質量，選用焊(han)(han)接材料(liao)(liao)要使焊(han)(han)縫金屬(shu)中w（Ni）(Ni)>40%，并(bing)使w（Mn）為1.8％～2.0％和w（Mo）為3.4％～4.0％，此時(shi)焊(han)(han)縫具有較高的(de)(de)抗(kang)(kang)氣孔(kong)和抗(kang)(kang)熱裂紋(wen)的(de)(de)性能(neng)，焊(han)(han)接接頭也具有優良的(de)(de)力學(xue)性能(neng)。同時(shi)，還必(bi)須嚴格限制焊(han)(han)接材料(liao)(liao)中硫和磷(lin)的(de)(de)含量。
b. 焊接坡口的角(jiao)度應為60°～80°。
c. 焊前要將兩(liang)種金屬(shu)(shu)待(dai)焊處仔細清(qing)理，去除油污(wu)和(he)雜質(zhi)，露(lu)出金屬(shu)(shu)光(guang)澤，不能有水跡。
d. 焊接時電(dian)弧應稍偏不(bu)銹(xiu)鋼一側，選用小的(de)熱輸入，有利于細化晶(jing)粒(li)，防(fang)止裂紋的(de)形成。
2. 埋弧(hu)焊
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳(nie)焊(han)(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)(han)縫不會(hui)出現馬氏(shi)體組織，所以焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭的力學性能(neng)比較好。例如，用熱輸入比較大的埋弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳(nie)時，焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭抗拉強度(du)可(ke)達500～600MPa，沖擊韌度(du)為240～300J／c㎡，冷彎(wan)角達180°不裂。
3. 氣體(ti)保護焊
a. 管狀焊(han)絲焊(han)接
不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基(ji)(ji)熱強合金Cr20Ni80焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時，選用(yong)不(bu)同的(de)(de)管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)絲成(cheng)分(fen)（管(guan)材為Cr20Ni80），對(dui)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)熱裂傾(qing)向(xiang)的(de)(de)影響(xiang)如(ru)圖(tu)5-38所示。試驗結果表明：提高抗裂性能最有(you)效的(de)(de)方(fang)法是用(yong)鉬對(dui)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)金屬(shu)合金化(hua)，當焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)中(zhong)w（Mo）達(da)到6.5％時，幾乎完全可以消除熱裂紋。考慮到母材金屬(shu)稀釋的(de)(de)影響(xiang)，管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)絲中(zhong)w（Mo）為30％左右。用(yong)氬弧焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)不(bu)銹鋼06Cr18Nil1Ti與鎳基(ji)(ji)熱強合金Cr20Ni80時，通常采(cai)用(yong)下(xia)列3種管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)絲都能獲(huo)得優質(zhi)(zhi)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭，其管(guan)狀(zhuang)(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)絲的(de)(de)化(hua)學成(cheng)分(fen)的(de)(de)質(zhi)(zhi)量分(fen)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(han)絲焊(han)接
對不(bu)銹鋼與鎳基合(he)(he)(he)金進行(xing)氣(qi)體(ti)(ti)保(bao)護焊時，氣(qi)體(ti)(ti)保(bao)護可選用(yong)Ar、He或Ar+He混合(he)(he)(he)氣(qi)，為(wei)了消除焊縫金屬中氣(qi)孔，可以用(yong)體(ti)(ti)積(ji)分數(shu)為(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混合(he)(he)(he)氣(qi)體(ti)(ti)。要(yao)求Ar和(he)He氣(qi)體(ti)(ti)純度不(bu)小于99.5％（體(ti)(ti)積(ji)分數(shu)）。
不銹(xiu)鋼(gang)與鎳(nie)(nie)基合(he)金用手工鎢(wu)極(ji)氣體保護焊時，所選用焊絲牌號見(jian)(jian)表(biao)5-87。不銹(xiu)鋼(gang)與鎳(nie)(nie)手工鎢(wu)極(ji)氬(ya)弧(hu)焊和(he)自動鎢(wu)極(ji)氬(ya)弧(hu)焊的焊接參數見(jian)(jian)表(biao)5-88和(he)表(biao)5-89。
