鎳(nie)基(ji)合(he)金由(you)于具有優異的(de)高溫性(xing)能(neng)和卓越的(de)耐蝕性(xing)能(neng)，已在(zai)航空航天、核電(dian)、火電(dian)、石油(you)化工等(deng)領域獲(huo)得(de)了廣泛的(de)應(ying)用，但鎳(nie)基(ji)合(he)金的(de)焊接(jie)往往會帶來不(bu)少的(de)困難(nan)，主要(yao)表現在(zai)相的(de)變化導致(zhi)接(jie)頭性(xing)能(neng)的(de)改變，以及焊接(jie)過程中(zhong)產生(sheng)的(de)各種裂(lie)紋等(deng)缺陷造成運行中(zhong)的(de)早期(qi)失效。為(wei)此，眾(zhong)多(duo)科技工作者長期(qi)以來對鎳(nie)基(ji)合(he)金的(de)焊接(jie)開展了大量的(de)試驗研究，力求(qiu)在(zai)焊接(jie)鎳(nie)基(ji)合(he)金時能(neng)獲(huo)得(de)高質量和性(xing)能(neng)滿意的(de)焊接(jie)接(jie)頭。
鎳(nie)(nie)(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)是(shi)工程材料最重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)類別之一，因為(wei)它(ta)們能(neng)(neng)(neng)(neng)夠用(yong)(yong)于(yu)多種(zhong)(zhong)環境和(he)(he)(he)場(chang)合(he)(he)(he)。在(zai)含水(shui)和(he)(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕場(chang)合(he)(he)(he)、室溫(wen)(wen)和(he)(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)強(qiang)度(du)場(chang)合(he)(he)(he)、低(di)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)延性(xing)和(he)(he)(he)韌性(xing)場(chang)合(he)(he)(he)、特殊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)場(chang)合(he)(he)(he)以及(ji)與其(qi)他(ta)物理性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)有關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)場(chang)合(he)(he)(he)都選用(yong)(yong)了這些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)。鎳(nie)(nie)(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)焊(han)接(jie)材料能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)供某(mou)些(xie)焊(han)態(tai)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，而這些(xie)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)是(shi)其(qi)他(ta)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)產品(pin)所不(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)供的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如被許多各種(zhong)(zhong)不(bu)同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)元素稀釋(shi)后，還(huan)能(neng)(neng)(neng)(neng)保持(chi)從低(di)溫(wen)(wen)到接(jie)近(jin)固(gu)相線溫(wen)(wen)度(du)強(qiang)度(du)和(he)(he)(he)延性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力。它(ta)們也是(shi)十(shi)分通用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如，用(yong)(yong)于(yu)焊(han)接(jie)9%鎳(nie)(nie)(nie)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)接(jie)產品(pin)在(zai)液氮溫(wen)(wen)度(du)下還(huan)具有非常高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)態(tai)強(qiang)度(du)和(he)(he)(he)沖擊韌性(xing)。用(yong)(yong)來焊(han)接(jie)鑄鐵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)(nie)和(he)(he)(he)鎳(nie)(nie)(nie)－鐵合(he)(he)(he)金(jin)能(neng)(neng)(neng)(neng)被鐵和(he)(he)(he)碳(tan)稀釋(shi)后而保持(chi)延性(xing)，并提(ti)供良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)加工特性(xing)。鎳(nie)(nie)(nie)基合(he)(he)(he)金(jin)焊(han)接(jie)材料亦廣(guang)泛用(yong)(yong)于(yu)電力工業，可在(zai)碳(tan)鋼(gang)和(he)(he)(he)不(bu)銹鋼(gang)之間進(jin)行異種(zhong)(zhong)焊(han)接(jie)，作為(wei)在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)下使用(yong)(yong)時熱膨脹系數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過渡材料。
相對(dui)于鋼(gang)而言，鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)能(neng)(neng)夠在(zai)低溫(wen)下(xia)使用(yong)(yong)，又(you)能(neng)(neng)在(zai)接近1200℃的(de)高溫(wen)下(xia)使用(yong)(yong)，因為固溶(rong)合(he)(he)金(jin)的(de)基(ji)體從固態到(dao)絕對(dui)零度都(dou)保(bao)持奧氏體。這些加(jia)入(ru)適當添加(jia)劑的(de)合(he)(he)金(jin)提(ti)供了有用(yong)(yong)的(de)耐(nai)蝕性(xing)，并在(zai)包括電力、石化(hua)、化(hua)學加(jia)工(gong)(gong)、航(hang)天和(he)控(kong)制(zhi)環境污染等(deng)的(de)廣(guang)大(da)(da)工(gong)(gong)業領域中得到(dao)了應用(yong)(yong)。對(dui)鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)來說，焊(han)(han)接是一門(men)關鍵性(xing)的(de)制(zhi)造技術。最近50年來，已經進行了大(da)(da)量(liang)的(de)研究和(he)開發(fa)工(gong)(gong)作，為更(geng)好地(di)弄懂和(he)控(kong)制(zhi)這些合(he)(he)金(jin)的(de)焊(han)(han)接性(xing)以及開發(fa)在(zai)焊(han)(han)接接頭耐(nai)蝕性(xing)和(he)力學性(xing)能(neng)(neng)方面能(neng)(neng)滿足更(geng)高要(yao)求的(de)焊(han)(han)接材(cai)料作出了不懈的(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. 商用純鎳合金(jin)
商(shang)用(yong)(yong)純鎳(nie)合(he)金(jin)是基本上含(han)有(you)鎳(nie)＞99%的(de)(de)那些(xie)合(he)金(jin)。這(zhe)是一個商(shang)用(yong)(yong)純鎳(nie)合(he)金(jin)的(de)(de)完整族系，命名(ming)為200合(he)金(jin)和(he)201合(he)金(jin)。這(zhe)些(xie)材料(liao)具(ju)有(you)低強度(du)(du)和(he)低硬度(du)(du)，原則上由于(yu)(yu)它們具(ju)有(you)良好的(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性而用(yong)(yong)于(yu)(yu)苛性腐蝕(shi)(shi)環境。201合(he)金(jin)具(ju)有(you)最高值為0.02wt%的(de)(de)碳，所(suo)以它們能夠在高于(yu)(yu)315℃（600°F)的(de)(de)高溫下(xia)使用(yong)(yong)而無(wu)被(bei)“石墨(mo)化”的(de)(de)危險。因為碳在高于(yu)(yu)315℃的(de)(de)鎳(nie)基體中是相(xiang)對(dui)易變的(de)(de)，添加超出溶解度(du)(du)極限（～0.02%)的(de)(de)碳會造(zao)成石墨(mo)質點的(de)(de)沉淀，使材料(liao)變脆和(he)變弱。
還有一些(xie)(xie)附(fu)加(jia)(jia)商(shang)用純鎳(nie)(nie)合(he)(he)金，它們在(zai)電(dian)或磁致伸縮(suo)的(de)(de)(de)有限場(chang)合(he)(he)使用。這些(xie)(xie)合(he)(he)金具有良(liang)好的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)性，但(dan)(dan)在(zai)焊(han)(han)接(jie)時對(dui)氣(qi)(qi)孔(kong)敏(min)感。如(ru)果在(zai)焊(han)(han)前和焊(han)(han)接(jie)中(zhong)保持清潔，這些(xie)(xie)合(he)(he)金會顯(xian)示良(liang)好的(de)(de)(de)抗裂性，但(dan)(dan)保護(hu)氣(qi)(qi)體或焊(han)(han)劑必(bi)須充足以避免氣(qi)(qi)孔(kong)的(de)(de)(de)形成。商(shang)用純鎳(nie)(nie)焊(han)(han)接(jie)材料含有最高達1.5%鋁和2.0%~3.5%鈦的(de)(de)(de)添加(jia)(jia)劑來(lai)抵消少量的(de)(de)(de)大氣(qi)(qi)污染。鈦和鋁與氧(yang)結合(he)(he)形成氧(yang)化物，與氮結合(he)(he)形成氮化物，因而(er)控(kong)制(zhi)了在(zai)焊(han)(han)縫(feng)熔敷金屬中(zhong)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)孔(kong)。
2. 固溶強化合金
鎳和(he)銅是(shi)同(tong)一(yi)(yi)形態的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素（完(wan)全固(gu)溶(rong)性(xing)(xing)(xing)），能(neng)在整個成(cheng)(cheng)分范圍內(nei)生成(cheng)(cheng)單(dan)相合(he)金。這(zhe)個族系(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)通(tong)常對海水和(he)其他(ta)一(yi)(yi)般腐蝕(shi)(shi)環境(jing)顯(xian)示出良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)。通(tong)常Ni-Cu合(he)金有(you)很好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接性(xing)(xing)(xing)，但如果不使用(yong)適當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)保護或良(liang)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗氧(yang)化焊(han)接材料(liao)，可能(neng)會(hui)對氣孔敏感。其他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)強化鎳基合(he)金可以(yi)僅(jin)含有(you)鐵，這(zhe)些合(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)多數(shu)由于(yu)特定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膨脹系(xi)數(shu)或電性(xing)(xing)(xing)能(neng)而得到(dao)使用(yong)。Ni-36%Fe合(he)金通(tong)常稱作INVAR合(he)金，在所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳基合(he)金中具有(you)最低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膨脹系(xi)數(shu)，在幾百度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)度范圍內(nei)加熱(re)和(he)冷(leng)卻(que)一(yi)(yi)直(zhi)到(dao)約300°F,僅(jin)以(yi)小于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速率(lv)膨脹和(he)收(shou)縮。Ni-Fe合(he)金有(you)較好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接性(xing)(xing)(xing)，但開(kai)發(fa)又有(you)良(liang)好抗凝(ning)固(gu)裂紋性(xing)(xing)(xing)能(neng)，又有(you)相匹(pi)配(pei)膨脹性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接材料(liao)對焊(han)材制造商來說是(shi)一(yi)(yi)個挑戰。Ni-Fe合(he)金及其焊(han)材也可能(neng)對低塑(su)性(xing)(xing)(xing)開(kai)裂敏感，這(zhe)種開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機理將在第3章中詳細闡述。
其他固(gu)溶合(he)金(jin)(jin)含有不同的置換元素，包括鉻、鉬和鎢。每(mei)種元素都能賦予特殊(shu)的性能，并有能力改變每(mei)種合(he)金(jin)(jin)的焊(han)接特性。固(gu)溶強(qiang)化(hua)鎳基合(he)金(jin)(jin)的最高抗拉強(qiang)度(du)值接近830 MPa(120 ksi),而(er)屈服強(qiang)度(du)在(zai)345~480 MPa(50~70 ksi)之間。這(zhe)些合(he)金(jin)(jin)在(zai)要求具有良好耐蝕(shi)性的廣(guang)泛(fan)場合(he)下使用(yong)。如(ru)果要求較高的強(qiang)度(du)水平，必須選擇沉淀(dian)強(qiang)化(hua)合(he)金(jin)(jin)。
3. 沉(chen)淀強化合(he)金
沉(chen)(chen)淀(dian)強化(hua)(hua)(hua)鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)含有(you)鈦、鋁和(he)／或鈮等(deng)添加(jia)劑，在(zai)(zai)適當(dang)(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)處(chu)理(li)后與(yu)鎳(nie)(nie)形成強化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)。在(zai)(zai)大(da)多數情況下(xia)(xia)，這(zhe)些(xie)沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)與(yu)奧氏體(ti)基(ji)體(ti)具(ju)有(you)凝聚力，并(bing)使(shi)基(ji)體(ti)變形，因而實質上增加(jia)了基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)。這(zhe)些(xie)沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)多數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)Nig(Al,Ti)]和(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)最(zui)佳合(he)(he)(he)金(jin)(jin)添加(jia)劑和(he)熱(re)(re)處(chu)理(li)情況下(xia)(xia)，這(zhe)些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)能夠強化(hua)(hua)(hua)到最(zui)高抗拉強度(du)超(chao)過1380 MPa(200 ksi)和(he)0.2%屈服強度(du)超(chao)過1035 MPa(150 ksi).第一(yi)個沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)Ni-Cr合(he)(he)(he)金(jin)(jin)（X-750)是(shi)由γ'強化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)靠近γ'溶解線溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)，顯示(shi)出(chu)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)抗氧化(hua)(hua)(hua)性和(he)高溫(wen)(wen)強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)組合(he)(he)(he)。不幸的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，當(dang)(dang)焊后并(bing)直(zhi)接(jie)時效而不在(zai)(zai)中間插(cha)入(ru)退火(huo)處(chu)理(li)時，會(hui)產生焊后應變時效裂紋(wen)（SAC).這(zhe)種開(kai)裂的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)理(li)將在(zai)(zai)第4章中詳細(xi)闡述。在(zai)(zai)為改善焊接(jie)性和(he)避免SAC的(de)(de)(de)(de)(de)努力下(xia)(xia)，開(kai)發了γ”強化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)第二代沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這(zhe)些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)中最(zui)普(pu)遍的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。因為γ”沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)比γ'的(de)(de)(de)(de)(de)形成要慢得多，718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)焊后熱(re)(re)處(chu)理(li)時通常不受SAC影(ying)響。718合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)主要應用之一(yi)是(shi)航空航天燃氣透平傳動(dong)軸和(he)耐(nai)壓殼。如果適當(dang)(dang)地(di)熔煉，獲得低含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)雜質，該(gai)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)可提供極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用機(ji)會(hui)。當(dang)(dang)設計(ji)合(he)(he)(he)理(li)時，在(zai)(zai)一(yi)直(zhi)到760℃（1400°F)的(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用溫(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)，具(ju)有(you)極佳的(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞壽命。
基于沉淀強(qiang)化合(he)金(jin)(jin)具有在高溫(wen)下不同尋常(chang)的(de)高強(qiang)度和耐蝕性，所以通(tong)常(chang)把它(ta)們歸類為(wei)“超合(he)金(jin)(jin)”。該術語曾松(song)散(san)地應用于許(xu)多其(qi)他高強(qiang)度多元合(he)金(jin)(jin)，但一般術語“超合(he)金(jin)(jin)”是用來描述由(you)γ'和γ”相所提供的(de)具有超強(qiang)度性能的(de)鎳基合(he)金(jin)(jin)。
在(zai)(zai)燃(ran)氣輪機動葉(xie)片(pian)(pian)上采(cai)用超合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)始(shi)于(yu)IN713C合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。這種合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)與X-750合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)相似，但(dan)僅(jin)僅(jin)作為(wei)鑄(zhu)件生產，因為(wei)含(han)有較多的(de)(de)鋁(lv)、鈦(tai)添加(jia)劑，因此從鑄(zhu)造溫度下冷卻(que)時，會(hui)發生時效硬化。由于(yu)該合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)對SAC有極(ji)高的(de)(de)敏感性(xing)，所以產品修(xiu)復受到(dao)限(xian)制，但(dan)在(zai)(zai)葉(xie)片(pian)(pian)頂端(duan)堆焊(han)(han)則不會(hui)開裂(lie)。經過數十年的(de)(de)技術進展，增加(jia)了“超合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)”族系的(de)(de)其他成員(yuan)，包括超高強度和耐腐蝕(shi)的(de)(de)單晶(jing)透平(ping)葉(xie)片(pian)(pian)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)。為(wei)了減少在(zai)(zai)運行時受到(dao)侵蝕(shi)，在(zai)(zai)葉(xie)片(pian)(pian)頂端(duan)堆焊(han)(han)是(shi)可行的(de)(de)，只要(yao)焊(han)(han)接(jie)(jie)過程(cheng)能(neng)很(hen)好得到(dao)控(kong)制，并使殘余應(ying)力保(bao)持在(zai)(zai)較低水平(ping)。最初這些材(cai)料(liao)在(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)修(xiu)復時曾遇到(dao)挑戰，包括避免在(zai)(zai)熔池(chi)中的(de)(de)晶(jing)粒分(fen)散和阻止開裂(lie)。
4. 其他特殊合(he)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(he)物是(shi)(shi)圍繞或是(shi)(shi)NiAl或是(shi)(shi)Ni3Al組(zu)成而設(she)計的合(he)金(jin)(jin)。它們(men)顯(xian)示出非(fei)常(chang)高(gao)的強度(du)和(he)耐蝕性(xing)能，但由于它們(men)在很大溫度(du)范圍內(nei)延性(xing)低，所(suo)以焊(han)接(jie)非(fei)常(chang)困(kun)難。Ni-Cr-B和(he)Ni-Mo-Si合(he)金(jin)(jin)曾被開發用(yong)于在不(bu)同環境(jing)下的耐磨材料，但這些(xie)合(he)金(jin)(jin)由于硬(ying)度(du)高(gao)、延性(xing)低，并在其成分范圍內(nei)會形成低熔融(rong)區間的相，所(suo)以同樣難以焊(han)接(jie)。
