鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)金由于(yu)具有(you)優異的(de)(de)高溫性能(neng)(neng)和卓越(yue)的(de)(de)耐蝕性能(neng)(neng)，已在航空航天、核電、火電、石油化工等(deng)領域獲得了廣泛的(de)(de)應用(yong)，但鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)金的(de)(de)焊(han)(han)(han)接往(wang)(wang)往(wang)(wang)會(hui)帶來不少的(de)(de)困難(nan)，主要表現在相的(de)(de)變化導致接頭(tou)性能(neng)(neng)的(de)(de)改變，以及焊(han)(han)(han)接過程中產生的(de)(de)各種裂(lie)紋等(deng)缺陷造(zao)成運行(xing)中的(de)(de)早期失效。為此(ci)，眾多科(ke)技工作者長期以來對鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)金的(de)(de)焊(han)(han)(han)接開(kai)展了大量(liang)的(de)(de)試驗研(yan)究，力(li)求(qiu)在焊(han)(han)(han)接鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)金時能(neng)(neng)獲得高質(zhi)量(liang)和性能(neng)(neng)滿意的(de)(de)焊(han)(han)(han)接接頭(tou)。
鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)是工(gong)程材(cai)料最重(zhong)要的(de)(de)(de)類別(bie)之一(yi)，因為它們(men)能(neng)夠用(yong)于(yu)多種環境(jing)和場合(he)(he)。在含(han)水(shui)和高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)耐蝕場合(he)(he)、室溫(wen)(wen)和高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)高(gao)強度(du)場合(he)(he)、低(di)溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)(de)延性(xing)和韌性(xing)場合(he)(he)、特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)電性(xing)能(neng)場合(he)(he)以及與(yu)其(qi)他(ta)物(wu)理性(xing)能(neng)有關的(de)(de)(de)場合(he)(he)都選用(yong)了(le)這些(xie)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料能(neng)提(ti)供(gong)(gong)某(mou)些(xie)焊(han)(han)態(tai)下(xia)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)，而(er)這些(xie)性(xing)能(neng)是其(qi)他(ta)類型的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)產(chan)品(pin)所不能(neng)提(ti)供(gong)(gong)的(de)(de)(de)，例(li)如被(bei)許多各種不同的(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)元素(su)稀釋后，還(huan)能(neng)保持從低(di)溫(wen)(wen)到接(jie)(jie)近固(gu)相線溫(wen)(wen)度(du)強度(du)和延性(xing)的(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)。它們(men)也是十分通用(yong)的(de)(de)(de)，例(li)如，用(yong)于(yu)焊(han)(han)接(jie)(jie)9%鎳(nie)鋼(gang)的(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)(han)接(jie)(jie)產(chan)品(pin)在液(ye)氮溫(wen)(wen)度(du)下(xia)還(huan)具有非常高(gao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)態(tai)強度(du)和沖擊韌性(xing)。用(yong)來焊(han)(han)接(jie)(jie)鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)鎳(nie)和鎳(nie)－鐵(tie)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)能(neng)被(bei)鐵(tie)和碳(tan)稀釋后而(er)保持延性(xing)，并(bing)提(ti)供(gong)(gong)良好的(de)(de)(de)機(ji)加工(gong)特(te)性(xing)。鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)料亦廣泛用(yong)于(yu)電力(li)(li)工(gong)業，可(ke)在碳(tan)鋼(gang)和不銹鋼(gang)之間進行(xing)異種焊(han)(han)接(jie)(jie)，作為在高(gao)溫(wen)(wen)下(xia)使(shi)用(yong)時熱(re)膨脹系數(shu)的(de)(de)(de)過渡(du)材(cai)料。
相對于鋼而言，鎳基合(he)金(jin)能(neng)夠(gou)在(zai)低溫(wen)(wen)下使(shi)用(yong)，又(you)能(neng)在(zai)接(jie)近(jin)1200℃的(de)高溫(wen)(wen)下使(shi)用(yong)，因為固溶(rong)合(he)金(jin)的(de)基體從(cong)固態到(dao)絕對零度(du)都保(bao)持(chi)奧氏體。這(zhe)些加入(ru)適當(dang)添加劑的(de)合(he)金(jin)提供了(le)(le)有用(yong)的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)，并(bing)在(zai)包(bao)括電力、石化、化學加工(gong)(gong)、航(hang)天和控制環(huan)境污染等的(de)廣大工(gong)(gong)業領(ling)域中得到(dao)了(le)(le)應用(yong)。對鎳基合(he)金(jin)來(lai)說(shuo)，焊接(jie)是一門關鍵性(xing)(xing)的(de)制造技術。最近(jin)50年(nian)來(lai)，已經進行了(le)(le)大量的(de)研究(jiu)和開發工(gong)(gong)作(zuo)，為更好地弄(nong)懂和控制這(zhe)些合(he)金(jin)的(de)焊接(jie)性(xing)(xing)以及開發在(zai)焊接(jie)接(jie)頭耐蝕(shi)性(xing)(xing)和力學性(xing)(xing)能(neng)方面(mian)能(neng)滿足更高要求(qiu)的(de)焊接(jie)材料(liao)作(zuo)出了(le)(le)不懈的(de)努力。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用純鎳(nie)合金
商(shang)用純(chun)鎳合金(jin)(jin)(jin)(jin)是基本上含有(you)(you)鎳＞99%的(de)(de)那些(xie)合金(jin)(jin)(jin)(jin)。這(zhe)是一個(ge)商(shang)用純(chun)鎳合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)完整(zheng)族系，命名為200合金(jin)(jin)(jin)(jin)和(he)(he)201合金(jin)(jin)(jin)(jin)。這(zhe)些(xie)材料(liao)具有(you)(you)低強度(du)和(he)(he)低硬(ying)度(du)，原則(ze)上由于它們具有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)而(er)用于苛性(xing)腐蝕(shi)環境。201合金(jin)(jin)(jin)(jin)具有(you)(you)最(zui)高(gao)值為0.02wt%的(de)(de)碳，所以(yi)它們能夠在(zai)高(gao)于315℃（600°F)的(de)(de)高(gao)溫下使用而(er)無被“石(shi)墨(mo)化”的(de)(de)危險。因(yin)為碳在(zai)高(gao)于315℃的(de)(de)鎳基體中是相對易變的(de)(de)，添(tian)加超(chao)出(chu)溶解度(du)極限(xian)（～0.02%)的(de)(de)碳會(hui)造成石(shi)墨(mo)質點(dian)的(de)(de)沉淀，使材料(liao)變脆和(he)(he)變弱。
還有(you)一些(xie)附加(jia)商用純鎳合(he)(he)(he)金(jin)，它(ta)們在電或磁致伸縮的(de)(de)有(you)限(xian)場合(he)(he)(he)使用。這些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)具有(you)良好的(de)(de)焊(han)接(jie)性(xing)，但在焊(han)接(jie)時對氣(qi)孔(kong)(kong)敏感。如果在焊(han)前(qian)和(he)焊(han)接(jie)中(zhong)保持(chi)清潔，這些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)會(hui)顯(xian)示良好的(de)(de)抗裂性(xing)，但保護氣(qi)體(ti)或焊(han)劑(ji)必須充(chong)足以避免氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)。商用純鎳焊(han)接(jie)材料含有(you)最(zui)高達1.5%鋁(lv)和(he)2.0%~3.5%鈦的(de)(de)添加(jia)劑(ji)來(lai)抵消少量(liang)的(de)(de)大氣(qi)污染。鈦和(he)鋁(lv)與氧結(jie)合(he)(he)(he)形(xing)(xing)成(cheng)氧化物，與氮結(jie)合(he)(he)(he)形(xing)(xing)成(cheng)氮化物，因而控制了在焊(han)縫熔敷金(jin)屬中(zhong)的(de)(de)氣(qi)孔(kong)(kong)。
2. 固溶強化合金
鎳(nie)(nie)(nie)和銅(tong)是同(tong)一形(xing)態的元素(su)（完全固溶性(xing)），能(neng)(neng)在(zai)(zai)整個成分范圍(wei)內生成單相合(he)金(jin)(jin)。這個族系的材料(liao)通(tong)(tong)(tong)常對(dui)海水和其(qi)他一般腐蝕環境(jing)顯示出良(liang)好(hao)的耐蝕性(xing)。通(tong)(tong)(tong)常Ni-Cu合(he)金(jin)(jin)有(you)(you)很好(hao)的焊(han)接性(xing)，但如(ru)果不使用(yong)適當的保護(hu)或良(liang)好(hao)的抗氧化焊(han)接材料(liao)，可能(neng)(neng)會對(dui)氣孔敏(min)感。其(qi)他的固溶強化鎳(nie)(nie)(nie)基合(he)金(jin)(jin)可以僅含(han)有(you)(you)鐵(tie)，這些合(he)金(jin)(jin)的大多數(shu)(shu)由于特定(ding)的膨(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)或電性(xing)能(neng)(neng)而得到使用(yong)。Ni-36%Fe合(he)金(jin)(jin)通(tong)(tong)(tong)常稱作INVAR合(he)金(jin)(jin)，在(zai)(zai)所有(you)(you)的鎳(nie)(nie)(nie)基合(he)金(jin)(jin)中具有(you)(you)最(zui)低的膨(peng)脹(zhang)系數(shu)(shu)，在(zai)(zai)幾百度的溫(wen)度范圍(wei)內加熱和冷卻一直到約300°F,僅以小于1.0x10-6in/(in·℉-1)的速率膨(peng)脹(zhang)和收縮。Ni-Fe合(he)金(jin)(jin)有(you)(you)較好(hao)的焊(han)接性(xing)，但開發又(you)有(you)(you)良(liang)好(hao)抗凝固裂紋性(xing)能(neng)(neng)，又(you)有(you)(you)相匹配膨(peng)脹(zhang)性(xing)能(neng)(neng)的焊(han)接材料(liao)對(dui)焊(han)材制造商來說(shuo)是一個挑(tiao)戰。Ni-Fe合(he)金(jin)(jin)及其(qi)焊(han)材也可能(neng)(neng)對(dui)低塑性(xing)開裂敏(min)感，這種開裂的機理將在(zai)(zai)第3章中詳細闡述。
其他固(gu)溶(rong)合(he)金(jin)(jin)(jin)含有(you)(you)不同(tong)的(de)置換元(yuan)素，包括鉻(ge)、鉬和鎢。每種元(yuan)素都能(neng)賦予特(te)殊的(de)性(xing)能(neng)，并有(you)(you)能(neng)力改變每種合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)焊接特(te)性(xing)。固(gu)溶(rong)強(qiang)化(hua)鎳基合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)最高抗拉強(qiang)度值接近830 MPa(120 ksi),而屈服強(qiang)度在345~480 MPa(50~70 ksi)之間(jian)。這些合(he)金(jin)(jin)(jin)在要求具(ju)有(you)(you)良好耐蝕(shi)性(xing)的(de)廣(guang)泛(fan)場合(he)下使用。如果(guo)要求較高的(de)強(qiang)度水平(ping)，必須選擇沉(chen)淀(dian)強(qiang)化(hua)合(he)金(jin)(jin)(jin)。
3. 沉淀強化合金(jin)
沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)強(qiang)化(hua)(hua)鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)含有鈦(tai)、鋁和(he)(he)／或鈮等添加劑(ji)，在(zai)(zai)適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱處理(li)后(hou)(hou)與鎳(nie)形成強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)物(wu)。在(zai)(zai)大(da)多數情況下(xia)，這些沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)物(wu)與奧氏體(ti)基體(ti)具有凝聚力(li)，并使基體(ti)變(bian)形，因而(er)實質(zhi)(zhi)上增加了(le)基體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)。這些沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)多數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)最佳(jia)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)添加劑(ji)和(he)(he)熱處理(li)情況下(xia)，這些合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)能夠強(qiang)化(hua)(hua)到(dao)最高抗(kang)拉強(qiang)度(du)(du)(du)(du)超過1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)0.2%屈服強(qiang)度(du)(du)(du)(du)超過1035 MPa(150 ksi).第一(yi)(yi)個沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)（X-750)是(shi)(shi)由γ'強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)靠近γ'溶(rong)解線溫度(du)(du)(du)(du)下(xia)，顯示出(chu)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧(yang)化(hua)(hua)性(xing)和(he)(he)高溫強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組合(he)(he)。不幸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)，當(dang)焊(han)后(hou)(hou)并直(zhi)接(jie)時(shi)(shi)效(xiao)而(er)不在(zai)(zai)中間插入退火(huo)處理(li)時(shi)(shi)，會(hui)產生焊(han)后(hou)(hou)應變(bian)時(shi)(shi)效(xiao)裂紋（SAC).這種(zhong)開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)理(li)將在(zai)(zai)第4章中詳細闡(chan)述。在(zai)(zai)為改(gai)善焊(han)接(jie)性(xing)和(he)(he)避免(mian)SAC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)努力(li)下(xia)，開(kai)發了(le)γ”強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第二代沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。這些合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中最普遍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)718合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。因為γ”沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)(dian)物(wu)比γ'的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成要慢得(de)多，718合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)焊(han)后(hou)(hou)熱處理(li)時(shi)(shi)通常不受SAC影(ying)響(xiang)。718合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要應用之一(yi)(yi)是(shi)(shi)航(hang)空航(hang)天燃氣(qi)透(tou)平(ping)傳動(dong)軸和(he)(he)耐壓殼。如果適當(dang)地熔煉(lian)，獲(huo)得(de)低(di)含量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)(zhi)，該合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)可提供極(ji)(ji)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用機(ji)會(hui)。當(dang)設計(ji)合(he)(he)理(li)時(shi)(shi)，在(zai)(zai)一(yi)(yi)直(zhi)到(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用溫度(du)(du)(du)(du)下(xia)，具有極(ji)(ji)佳(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)疲勞壽命。
基(ji)于沉淀強化(hua)合(he)金具有在高(gao)溫下不同(tong)尋常的高(gao)強度(du)和耐蝕性，所以通常把它(ta)們(men)歸類為“超(chao)合(he)金”。該術(shu)語曾松散地應(ying)用于許多其他高(gao)強度(du)多元(yuan)合(he)金，但一(yi)般術(shu)語“超(chao)合(he)金”是(shi)用來描述由γ'和γ”相所提供的具有超(chao)強度(du)性能的鎳基(ji)合(he)金。
在(zai)燃氣輪機動葉(xie)(xie)片(pian)上采用超(chao)合(he)(he)金(jin)始于IN713C合(he)(he)金(jin)。這種合(he)(he)金(jin)與X-750合(he)(he)金(jin)相似，但(dan)僅僅作(zuo)為(wei)鑄件生產，因為(wei)含(han)有(you)較多的(de)鋁、鈦添加劑，因此從鑄造(zao)溫度下(xia)冷卻時，會(hui)發生時效硬(ying)化。由于該合(he)(he)金(jin)對SAC有(you)極高的(de)敏感(gan)性，所(suo)以產品(pin)修復(fu)受到(dao)限制(zhi)，但(dan)在(zai)葉(xie)(xie)片(pian)頂(ding)端堆焊則不(bu)會(hui)開(kai)裂。經過數十(shi)年的(de)技(ji)術(shu)進展，增加了“超(chao)合(he)(he)金(jin)”族系的(de)其他成員，包括超(chao)高強度和(he)耐腐蝕(shi)的(de)單晶(jing)透平葉(xie)(xie)片(pian)合(he)(he)金(jin)。為(wei)了減少在(zai)運行時受到(dao)侵蝕(shi)，在(zai)葉(xie)(xie)片(pian)頂(ding)端堆焊是可(ke)行的(de)，只要焊接(jie)過程能很好得到(dao)控制(zhi)，并使殘余(yu)應力(li)保持在(zai)較低(di)水平。最初這些材料在(zai)焊接(jie)修復(fu)時曾遇(yu)到(dao)挑戰，包括避免在(zai)熔池中的(de)晶(jing)粒分(fen)散和(he)阻止開(kai)裂。
4. 其他特(te)殊合金
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁化合物是(shi)圍繞或是(shi)NiAl或是(shi)Ni3Al組(zu)成而(er)設計的合金。它們(men)顯(xian)示出非常(chang)高(gao)的強度和耐(nai)蝕性(xing)能，但(dan)由(you)于(yu)它們(men)在很(hen)大溫(wen)度范圍內延性(xing)低，所以焊接非常(chang)困難(nan)。Ni-Cr-B和Ni-Mo-Si合金曾被開發用于(yu)在不同環(huan)境(jing)下(xia)的耐(nai)磨材料，但(dan)這些(xie)合金由(you)于(yu)硬度高(gao)、延性(xing)低，并(bing)在其成分范圍內會形成低熔融區間的相(xiang)，所以同樣難(nan)以焊接。
