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（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(he)金焊接的主(zhu)在問題(ti)是氣孔和熱裂紋。
1. 氣孔
焊縫中(zhong)產(chan)生氣孔的(de)原(yuan)因：焊接(jie)時液態(tai)金(jin)屬中(zhong)溶(rong)解較多的(de)氧(yang)，氧(yang)在高溫(wen)時將(jiang)鎳氧(yang)化形成NiO。NiO能(neng)與液體金(jin)屬中(zhong)氫(qing)和碳發生下列反應(ying)：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由(you)于鎳(nie)-鐵合金的(de)凝固時來不(bu)及溢出，殘留在(zai)焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體就形成(cheng)氣(qi)(qi)孔(kong)。在(zai)純(chun)鎳(nie)與碳鋼埋弧焊(han)(han)(han)時，鐵鎳(nie)焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)體含量(liang)(liang)對(dui)氣(qi)(qi)孔(kong)傾(qing)向(xiang)的(de)影響見(jian)表5-86。從(cong)表中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)知：氮(dan)和氫變化不(bu)大的(de)情況下(xia)，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氧(yang)含量(liang)(liang)越(yue)(yue)多，焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)孔(kong)數量(liang)(liang)越(yue)(yue)多。在(zai)埋弧焊(han)(han)(han)時，與焊(han)(han)(han)劑種類也有(you)關系(xi)，如圖(tu)5-37a所(suo)示。從(cong)圖(tu)中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)以看出，焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)含量(liang)(liang)相同時，無氧(yang)焊(han)(han)(han)劑的(de)抗氣(qi)(qi)孔(kong)性能優(you)于低硅焊(han)(han)(han)劑；當焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為30％～60％時，用低硅焊(han)(han)(han)劑焊(han)(han)(han)成(cheng)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)所(suo)形成(cheng)的(de)氣(qi)(qi)孔(kong)的(de)體積為用無氧(yang)焊(han)(han)(han)劑的(de)5～6倍。
此外，焊縫金屬中(zhong)的(de)(de)鎳(nie)(nie)鐵(tie)比和其(qi)他合金元素對焊縫形成氣孔的(de)(de)傾向(xiang)也(ye)有影(ying)響。氧(yang)在(zai)液態鎳(nie)(nie)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度大于在(zai)液態鐵(tie)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度，而氧(yang)在(zai)固(gu)(gu)態鎳(nie)(nie)中(zhong)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度卻比固(gu)(gu)態鐵(tie)中(zhong)小。因(yin)此，氧(yang)的(de)(de)溶(rong)解(jie)度在(zai)鎳(nie)(nie)結晶(jing)時的(de)(de)突變(bian)比在(zai)鐵(tie)結晶(jing)時突變(bian)更為顯著。從圖(tu)5-37a中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)出，當焊縫(feng)中鎳量(liang)較(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔(kong)傾(qing)向較(jiao)小；鎳含量(liang)大時，氣孔(kong)的傾(qing)向較(jiao)大。然而(er)，隨著(zhu)焊縫(feng)中的w（Ni）提高到60％～90％時，氣孔(kong)形成傾(qing)向有所降(jiang)低，這是由于焊縫(feng)金屬(shu)中熔(rong)入不銹鋼量(liang)減少，碳含量(liang)也相應減少，所以(yi)形成一(yi)氧化碳的氣孔(kong)傾(qing)向就降(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(lie)紋是熔池結晶(jing)過(guo)程中(zhong)形成低熔點共晶(jing)體引起(qi)的。
高鎳(nie)焊(han)縫(feng)具有(you)樹枝狀組織，在(zai)粗大(da)晶粒(li)的邊界(jie)上(shang)，集中(zhong)了(le)一些低熔點共晶體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的共晶體），削弱(ruo)了(le)晶粒(li)間的聯系，降(jiang)低了(le)焊(han)縫(feng)金屬的抗裂性能。此外，單相奧氏體焊(han)縫(feng)中(zhong)，當(dang)鎳(nie)含量增加(jia)時，晶粒(li)顯著(zhu)長大(da)，也促進(jin)裂紋的產生。從圖5-37b中(zhong)還可以看(kan)到采用(yong)無氧(yang)焊(han)劑時，由于(yu)焊(han)縫(feng)中(zhong)氧(yang)、硫(liu)和(he)磷等有(you)害(hai)雜質的減(jian)少(shao)，特別是氧(yang)含量的急劇(ju)降(jiang)低，裂紋傾向減(jian)少(shao)。可以認為，無論從抗氣孔性能方面(mian)，還上(shang)從抗裂性能方面(mian)看(kan)，優質的焊(han)接材料和(he)良好的保(bao)護及脫氧(yang)是十(shi)分(fen)重要(yao)的。
在焊(han)(han)縫(feng)中，含有錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦、鈮(ni)等合(he)金(jin)元素(su)均(jun)能提(ti)高焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)(de)(de)抗裂性能。其中錳、鉻(ge)、鋁(lv)、鈦和鈮(ni)均(jun)為變(bian)質劑(ji)，能細化(hua)焊(han)(han)縫(feng)組織，并打亂其結晶的(de)(de)(de)方向性；鋁(lv)和鈦還是強烈(lie)的(de)(de)(de)脫氧(yang)劑(ji)，能降低焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬中氧(yang)的(de)(de)(de)含量；錳還具(ju)有一定脫硫(liu)作(zuo)(zuo)用，能與硫(liu)形成難(nan)熔的(de)(de)(de)MnS，從而減少硫(liu)的(de)(de)(de)有害作(zuo)(zuo)用。由(you)此(ci)分析，不(bu)銹鋼(gang)(gang)與鎳及鎳合(he)金(jin)焊(han)(han)接時，其抗裂性能優于碳鋼(gang)(gang)與鎳及鎳合(he)金(jin)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接。
二、焊接(jie)方法
不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔(rong)焊(han)的方法(fa)有焊(han)條(tiao)電弧焊(han)、埋弧焊(han)、氣體(ti)保護焊(han)、等離子弧焊(han)和(he)脈(mo)沖激光(guang)焊(han)等。
1. 焊(han)條電弧焊(han)
a. 為(wei)了保(bao)證(zheng)焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)質量，選用焊接(jie)(jie)材(cai)料要使焊縫(feng)金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此(ci)時(shi)焊縫(feng)具(ju)有較高的(de)抗(kang)氣孔和(he)抗(kang)熱裂(lie)紋的(de)性能(neng)，焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)也(ye)具(ju)有優良(liang)的(de)力學性能(neng)。同時(shi)，還必須嚴格限制焊接(jie)(jie)材(cai)料中硫和(he)磷的(de)含量。
b. 焊接坡(po)口的角度應為60°～80°。
c. 焊前要(yao)將兩(liang)種金屬待焊處仔細清理，去(qu)除油污和(he)雜質，露出金屬光澤，不(bu)能有(you)水跡(ji)。
d. 焊(han)接(jie)時電弧(hu)應稍偏不銹鋼一(yi)側，選用(yong)小的熱輸入，有利(li)于細化(hua)晶粒，防止裂紋的形(xing)成。
2. 埋弧焊(han)
不銹(xiu)鋼(gang)(gang)06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳(nie)焊(han)(han)接(jie)時，焊(han)(han)縫(feng)不會(hui)出現馬氏(shi)體組織，所以焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭的(de)力(li)學性能比(bi)較好。例如，用熱輸入(ru)比(bi)較大的(de)埋弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)06Cr18Ni11Ti與純(chun)鎳(nie)時，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭抗拉(la)強度可達500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷(leng)彎角達180°不裂。
3. 氣(qi)體保護焊
a. 管狀(zhuang)焊絲(si)焊接
不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基熱強合(he)金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)(han)接時(shi)，選用(yong)不同的(de)管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲(si)成分（管(guan)材(cai)為(wei)Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)屬熱裂傾向的(de)影(ying)(ying)響(xiang)如圖5-38所示。試驗結果表明：提高抗裂性能最(zui)有效(xiao)的(de)方法是(shi)用(yong)鉬對焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)屬合(he)金(jin)(jin)(jin)化，當焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)w（Mo）達到6.5％時(shi)，幾乎完全可以(yi)消(xiao)除熱裂紋。考(kao)慮到母材(cai)金(jin)(jin)(jin)屬稀釋的(de)影(ying)(ying)響(xiang)，管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲(si)中(zhong)w（Mo）為(wei)30％左(zuo)右。用(yong)氬(ya)弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接不銹(xiu)鋼06Cr18Nil1Ti與鎳基熱強合(he)金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用(yong)下列(lie)3種管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲(si)都能獲得優質(zhi)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接接頭，其管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)(han)絲(si)的(de)化學(xue)成分的(de)質(zhi)量分數(shu)（％）為(wei)：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. 實芯焊絲焊接
對不(bu)銹鋼與鎳基合金進行氣體(ti)保護焊時(shi)，氣體(ti)保護可選(xuan)用(yong)Ar、He或Ar+He混(hun)合氣，為了消除(chu)焊縫金屬中氣孔，可以用(yong)體(ti)積(ji)分數為95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合氣體(ti)。要求(qiu)Ar和He氣體(ti)純度(du)不(bu)小(xiao)于(yu)99.5％（體(ti)積(ji)分數）。
不銹鋼與鎳基合金用(yong)(yong)手工鎢(wu)極(ji)氣體保護焊(han)(han)時，所(suo)選用(yong)(yong)焊(han)(han)絲牌(pai)號見(jian)表5-87。不銹鋼與鎳手工鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊(han)(han)和自動鎢(wu)極(ji)氬弧(hu)焊(han)(han)的焊(han)(han)接參數見(jian)表5-88和表5-89。
