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(bu)銹(xiu)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(yu)鎳及(ji)鎳合金(jin)焊接的(de)主在問題是氣孔和(he)熱裂紋。
1. 氣孔
焊縫(feng)中(zhong)產(chan)生氣孔(kong)的原因：焊接時液(ye)態金(jin)屬中(zhong)溶解(jie)較(jiao)多的氧(yang)，氧(yang)在高(gao)溫時將鎳氧(yang)化形成NiO。NiO能(neng)與液(ye)體金(jin)屬中(zhong)氫和(he)碳發生下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳(nie)-鐵合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)凝(ning)固時來(lai)不及溢(yi)出，殘留在焊(han)縫(feng)(feng)中氣體就形(xing)成氣孔(kong)。在純(chun)鎳(nie)與碳鋼(gang)埋弧焊(han)時，鐵鎳(nie)焊(han)縫(feng)(feng)中氣體含(han)量(liang)對氣孔(kong)傾向的(de)(de)(de)(de)影(ying)響見表5-86。從表中可知：氮和氫變化不大(da)的(de)(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)，焊(han)縫(feng)(feng)中氧(yang)含(han)量(liang)越(yue)多(duo)，焊(han)縫(feng)(feng)中氣孔(kong)數量(liang)越(yue)多(duo)。在埋弧焊(han)時，與焊(han)劑種類也(ye)有關系，如圖5-37a所示。從圖中可以看出，焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬中鎳(nie)含(han)量(liang)相同時，無氧(yang)焊(han)劑的(de)(de)(de)(de)抗氣孔(kong)性(xing)能(neng)優(you)于(yu)低(di)硅(gui)焊(han)劑；當焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)(jin)屬中w（Ni）為30％～60％時，用(yong)低(di)硅(gui)焊(han)劑焊(han)成的(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)(feng)所形(xing)成的(de)(de)(de)(de)氣孔(kong)的(de)(de)(de)(de)體積為用(yong)無氧(yang)焊(han)劑的(de)(de)(de)(de)5～6倍(bei)。
此(ci)外，焊縫金屬中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)鎳鐵(tie)比和其他合金元素對(dui)焊縫形(xing)成氣(qi)孔的(de)(de)(de)(de)傾向(xiang)也有(you)影響。氧在(zai)液(ye)態(tai)(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度大于在(zai)液(ye)態(tai)(tai)鐵(tie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度，而(er)氧在(zai)固(gu)態(tai)(tai)鎳中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度卻比固(gu)態(tai)(tai)鐵(tie)中(zhong)(zhong)小。因此(ci)，氧的(de)(de)(de)(de)溶(rong)解度在(zai)鎳結晶(jing)時的(de)(de)(de)(de)突變(bian)比在(zai)鐵(tie)結晶(jing)時突變(bian)更為顯著。從圖5-37a中(zhong)(zhong)可以(yi)看(kan)出，當(dang)焊縫中(zhong)鎳(nie)量(liang)較(jiao)(jiao)少時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔(kong)傾向(xiang)較(jiao)(jiao)小；鎳(nie)含(han)量(liang)大(da)時，氣孔(kong)的(de)傾向(xiang)較(jiao)(jiao)大(da)。然(ran)而，隨著焊縫中(zhong)的(de)w（Ni）提高到(dao)60％～90％時，氣孔(kong)形成(cheng)傾向(xiang)有所降低(di)，這是由于(yu)焊縫金屬(shu)中(zhong)熔入不銹鋼(gang)量(liang)減(jian)少，碳含(han)量(liang)也相應減(jian)少，所以(yi)形成(cheng)一氧化碳的(de)氣孔(kong)傾向(xiang)就降低(di)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(re)裂紋
熱裂紋是熔(rong)池結晶過(guo)程(cheng)中(zhong)形成低熔(rong)點共晶體引起的(de)。
高鎳焊縫(feng)具有樹枝狀組織(zhi)，在粗大晶(jing)(jing)粒(li)的(de)邊(bian)界上(shang)，集中(zhong)了(le)一些低熔點共晶(jing)(jing)體（Ni-S，Ni-P和(he)Ni-NiO的(de)共晶(jing)(jing)體），削弱(ruo)了(le)晶(jing)(jing)粒(li)間的(de)聯系，降低了(le)焊縫(feng)金(jin)屬的(de)抗(kang)裂性能。此外(wai)，單相奧(ao)氏(shi)體焊縫(feng)中(zhong)，當鎳含量增加時(shi)，晶(jing)(jing)粒(li)顯著(zhu)長大，也促進裂紋(wen)的(de)產生。從(cong)圖5-37b中(zhong)還(huan)可(ke)以(yi)看到采(cai)用無(wu)氧焊劑時(shi)，由于(yu)焊縫(feng)中(zhong)氧、硫和(he)磷等(deng)有害(hai)雜質的(de)減少，特別是氧含量的(de)急(ji)劇降低，裂紋(wen)傾(qing)向減少。可(ke)以(yi)認為，無(wu)論從(cong)抗(kang)氣孔性能方(fang)面，還(huan)上(shang)從(cong)抗(kang)裂性能方(fang)面看，優質的(de)焊接材(cai)料(liao)和(he)良好(hao)的(de)保護及脫(tuo)氧是十(shi)分(fen)重要(yao)的(de)。
在焊(han)縫(feng)中(zhong)，含有錳、鉻、鋁、鈦(tai)、鈮等合(he)金(jin)元素均能(neng)(neng)(neng)(neng)提高焊(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)(de)(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)。其(qi)中(zhong)錳、鉻、鋁、鈦(tai)和(he)鈮均為變(bian)質劑，能(neng)(neng)(neng)(neng)細化(hua)焊(han)縫(feng)組織(zhi)，并打亂(luan)其(qi)結晶的(de)(de)(de)方(fang)向性(xing)；鋁和(he)鈦(tai)還是強烈(lie)的(de)(de)(de)脫氧劑，能(neng)(neng)(neng)(neng)降低焊(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)氧的(de)(de)(de)含量；錳還具有一(yi)定脫硫(liu)作(zuo)用，能(neng)(neng)(neng)(neng)與硫(liu)形成難熔的(de)(de)(de)MnS，從而(er)減少硫(liu)的(de)(de)(de)有害作(zuo)用。由此分析，不銹(xiu)鋼(gang)與鎳及鎳合(he)金(jin)焊(han)接時，其(qi)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)優于碳鋼(gang)與鎳及鎳合(he)金(jin)的(de)(de)(de)焊(han)接。
二、焊接方法
不(bu)銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合(he)金(jin)熔焊(han)(han)的方(fang)法有焊(han)(han)條電弧焊(han)(han)、埋弧焊(han)(han)、氣體保護焊(han)(han)、等(deng)離子弧焊(han)(han)和(he)脈(mo)沖(chong)激(ji)光焊(han)(han)等(deng)。
1. 焊(han)條(tiao)電弧(hu)焊(han)
a. 為(wei)了保證焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)質量，選用焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料要使(shi)焊(han)縫金屬(shu)中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)w（Mn）為(wei)1.8％～2.0％和(he)w（Mo）為(wei)3.4％～4.0％，此時焊(han)縫具(ju)(ju)有較高(gao)的(de)(de)抗氣孔和(he)抗熱(re)裂紋的(de)(de)性能，焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭也具(ju)(ju)有優良(liang)的(de)(de)力學(xue)性能。同(tong)時，還必(bi)須(xu)嚴格限制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)料中硫和(he)磷的(de)(de)含量。
b. 焊接坡口的(de)角度應為60°～80°。
c. 焊前要(yao)將兩(liang)種(zhong)金屬(shu)待焊處仔細清理，去除油污(wu)和(he)雜質，露出金屬(shu)光澤，不能(neng)有水跡(ji)。
d. 焊接時電(dian)弧(hu)應稍偏不銹(xiu)鋼一側(ce)，選用小(xiao)的熱輸入(ru)，有利于細化晶粒(li)，防止裂(lie)紋的形成。
2. 埋弧焊
不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳(nie)焊(han)接時，焊(han)縫不會出現馬氏體組織(zhi)，所以焊(han)接接頭的力學性能比較好。例如，用熱輸入比較大(da)的埋(mai)弧焊(han)焊(han)接不銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳(nie)時，焊(han)接接頭抗拉強度可達500～600MPa，沖擊(ji)韌度為(wei)240～300J／c㎡，冷(leng)彎(wan)角達180°不裂。
3. 氣(qi)體保護焊
a. 管狀焊絲焊接(jie)
不銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Ni11Ti與(yu)鎳基熱(re)強(qiang)合金(jin)(jin)Cr20Ni80焊(han)(han)(han)接時(shi)，選用不同的管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)成分（管(guan)材為(wei)Cr20Ni80），對焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)熱(re)裂(lie)(lie)傾向的影響如圖5-38所(suo)示。試驗結果(guo)表明(ming)：提高抗裂(lie)(lie)性能(neng)最(zui)有效的方法是用鉬對焊(han)(han)(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)合金(jin)(jin)化，當(dang)焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)w（Mo）達到(dao)6.5％時(shi)，幾乎完全可以消(xiao)除熱(re)裂(lie)(lie)紋。考慮(lv)到(dao)母材金(jin)(jin)屬(shu)稀釋的影響，管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)中(zhong)w（Mo）為(wei)30％左右(you)。用氬弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接不銹(xiu)鋼(gang)06Cr18Nil1Ti與(yu)鎳基熱(re)強(qiang)合金(jin)(jin)Cr20Ni80時(shi)，通常采用下列3種管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)都能(neng)獲得(de)優質(zhi)的焊(han)(han)(han)接接頭(tou)，其(qi)管(guan)狀(zhuang)焊(han)(han)(han)絲(si)的化學成分的質(zhi)量分數（％）為(wei)：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(shi)芯焊(han)絲焊(han)接
對不(bu)銹鋼(gang)與鎳基合(he)金進(jin)行氣(qi)體(ti)保(bao)(bao)護(hu)(hu)焊(han)時，氣(qi)體(ti)保(bao)(bao)護(hu)(hu)可(ke)選用Ar、He或Ar+He混(hun)合(he)氣(qi)，為了消(xiao)除焊(han)縫(feng)金屬(shu)中氣(qi)孔(kong)，可(ke)以用體(ti)積(ji)分(fen)(fen)數為95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合(he)氣(qi)體(ti)。要求Ar和He氣(qi)體(ti)純度不(bu)小于99.5％（體(ti)積(ji)分(fen)(fen)數）。
不銹鋼(gang)與鎳基合金用手工(gong)鎢極氣體保護(hu)焊時，所選用焊絲牌號見表(biao)5-87。不銹鋼(gang)與鎳手工(gong)鎢極氬(ya)弧焊和自動鎢極氬(ya)弧焊的焊接參數(shu)見表(biao)5-88和表(biao)5-89。
