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(gang)（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(bu)銹鋼（或碳鋼）與鎳(nie)及鎳(nie)合金(jin)焊接的主在問題是氣孔(kong)和熱裂紋。
1. 氣(qi)孔
焊(han)縫(feng)中(zhong)產生(sheng)氣孔的原因：焊(han)接時液態金(jin)屬中(zhong)溶(rong)解(jie)較(jiao)多(duo)的氧(yang)，氧(yang)在(zai)高溫(wen)時將(jiang)鎳氧(yang)化形成NiO。NiO能與(yu)液體(ti)金(jin)屬中(zhong)氫(qing)和(he)碳發(fa)生(sheng)下列反應：
NiO+2H=Ni+H2O↑ NiO+C-Ni+CO↑
由于(yu)鎳(nie)(nie)-鐵合(he)金的(de)(de)凝(ning)固時(shi)(shi)(shi)來不及溢出，殘留在(zai)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)體就形(xing)成(cheng)氣(qi)孔。在(zai)純鎳(nie)(nie)與碳鋼埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)時(shi)(shi)(shi)，鐵鎳(nie)(nie)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)體含(han)(han)量對氣(qi)孔傾向的(de)(de)影響見表5-86。從表中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可知：氮和氫變化(hua)不大的(de)(de)情(qing)況下，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氧含(han)(han)量越多(duo)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氣(qi)孔數量越多(duo)。在(zai)埋(mai)弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)時(shi)(shi)(shi)，與焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)種類也有關系，如(ru)圖5-37a所示(shi)。從圖中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)可以看出，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鎳(nie)(nie)含(han)(han)量相同時(shi)(shi)(shi)，無氧焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)的(de)(de)抗氣(qi)孔性能優于(yu)低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)；當焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)w（Ni）為(wei)30％～60％時(shi)(shi)(shi)，用低(di)硅焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)焊(han)(han)(han)(han)成(cheng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)所形(xing)成(cheng)的(de)(de)氣(qi)孔的(de)(de)體積(ji)為(wei)用無氧焊(han)(han)(han)(han)劑(ji)的(de)(de)5～6倍。
此(ci)外，焊(han)縫金屬中(zhong)(zhong)的(de)鎳(nie)鐵比(bi)和其他(ta)合(he)金元素對焊(han)縫形成氣孔的(de)傾向也有影響(xiang)。氧在液(ye)態(tai)鎳(nie)中(zhong)(zhong)的(de)溶解度大于在液(ye)態(tai)鐵中(zhong)(zhong)的(de)溶解度，而氧在固(gu)態(tai)鎳(nie)中(zhong)(zhong)的(de)溶解度卻(que)比(bi)固(gu)態(tai)鐵中(zhong)(zhong)小。因此(ci)，氧的(de)溶解度在鎳(nie)結晶時的(de)突變(bian)比(bi)在鐵結晶時突變(bian)更為顯(xian)著。從圖5-37a中(zhong)(zhong)可以看(kan)出，當焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)鎳量(liang)較(jiao)(jiao)少(shao)時(shi)［w（Ni）為15％～30％］，氣(qi)孔(kong)傾(qing)向(xiang)較(jiao)(jiao)小；鎳含量(liang)大時(shi)，氣(qi)孔(kong)的傾(qing)向(xiang)較(jiao)(jiao)大。然而(er)，隨著(zhu)焊(han)(han)(han)縫(feng)中(zhong)的w（Ni）提高到60％～90％時(shi)，氣(qi)孔(kong)形成傾(qing)向(xiang)有所(suo)降低，這是(shi)由(you)于焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬中(zhong)熔(rong)入不銹鋼量(liang)減少(shao)，碳含量(liang)也相應減少(shao)，所(suo)以形成一(yi)氧化(hua)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
熱裂紋是熔池結晶過程中形(xing)成低熔點共晶體(ti)引起的。
高鎳(nie)焊(han)(han)縫具有樹枝狀(zhuang)組織，在(zai)粗大晶(jing)粒的(de)(de)邊界上，集(ji)中(zhong)了(le)一(yi)些(xie)低熔點共晶(jing)體(ti)(ti)（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的(de)(de)共晶(jing)體(ti)(ti)），削(xue)弱了(le)晶(jing)粒間的(de)(de)聯(lian)系，降低了(le)焊(han)(han)縫金屬的(de)(de)抗(kang)裂性(xing)能。此外，單相奧氏體(ti)(ti)焊(han)(han)縫中(zhong)，當鎳(nie)含(han)量增加(jia)時，晶(jing)粒顯著長大，也促進裂紋的(de)(de)產(chan)生。從圖5-37b中(zhong)還(huan)可(ke)以看(kan)(kan)到采用(yong)無氧(yang)焊(han)(han)劑時，由于焊(han)(han)縫中(zhong)氧(yang)、硫和磷等有害雜質的(de)(de)減少(shao)，特別是(shi)氧(yang)含(han)量的(de)(de)急劇降低，裂紋傾向(xiang)減少(shao)。可(ke)以認(ren)為，無論從抗(kang)氣孔性(xing)能方面(mian)，還(huan)上從抗(kang)裂性(xing)能方面(mian)看(kan)(kan)，優質的(de)(de)焊(han)(han)接材料和良好的(de)(de)保(bao)護及脫氧(yang)是(shi)十分重要的(de)(de)。
在焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)，含有錳、鉻(ge)、鋁、鈦、鈮等(deng)合金(jin)元素均能(neng)提高焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)(de)抗(kang)裂性(xing)(xing)能(neng)。其(qi)中(zhong)錳、鉻(ge)、鋁、鈦和(he)鈮均為變質(zhi)劑，能(neng)細(xi)化焊(han)(han)縫(feng)組織，并打亂其(qi)結(jie)晶(jing)的(de)(de)方向性(xing)(xing)；鋁和(he)鈦還是強烈的(de)(de)脫(tuo)氧(yang)劑，能(neng)降低焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬中(zhong)氧(yang)的(de)(de)含量(liang)；錳還具有一定脫(tuo)硫作用，能(neng)與(yu)硫形成難熔的(de)(de)MnS，從而(er)減少硫的(de)(de)有害作用。由(you)此分析，不銹鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金(jin)焊(han)(han)接時，其(qi)抗(kang)裂性(xing)(xing)能(neng)優于碳鋼與(yu)鎳(nie)及鎳(nie)合金(jin)的(de)(de)焊(han)(han)接。
二、焊接方法
不(bu)銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔焊(han)的(de)方法(fa)有(you)焊(han)條電弧焊(han)、埋(mai)弧焊(han)、氣體保護焊(han)、等離子弧焊(han)和脈沖(chong)激光焊(han)等。
1. 焊條電弧焊
a. 為了保證焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的質量，選(xuan)用焊(han)接(jie)(jie)(jie)材料(liao)要使(shi)(shi)焊(han)縫金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使(shi)(shi)w（Mn）為1.8％～2.0％和w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊(han)縫具有較高的抗氣孔和抗熱裂(lie)紋(wen)的性能(neng)，焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭也(ye)具有優(you)良的力學(xue)性能(neng)。同(tong)時，還(huan)必須(xu)嚴格限制(zhi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)材料(liao)中硫和磷的含(han)量。
b. 焊接坡口(kou)的(de)角度應為(wei)60°～80°。
c. 焊前(qian)要將(jiang)兩種金屬(shu)待焊處仔細(xi)清(qing)理，去除油污和雜質，露出金屬(shu)光澤，不能有水跡。
d. 焊接時電(dian)弧應稍(shao)偏不銹鋼一側，選用小的(de)熱輸入，有利于細(xi)化晶粒，防(fang)止裂(lie)紋的(de)形成。
2. 埋弧焊(han)
不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)(chun)鎳(nie)焊(han)(han)接時(shi)，焊(han)(han)縫不(bu)會出(chu)現(xian)馬氏體(ti)組(zu)織，所以焊(han)(han)接接頭(tou)的(de)(de)力(li)學性(xing)能(neng)比較好。例如(ru)，用(yong)熱輸入比較大的(de)(de)埋弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接不(bu)銹鋼06Cr18Ni11Ti與純(chun)(chun)鎳(nie)時(shi)，焊(han)(han)接接頭(tou)抗(kang)拉強度(du)(du)可達500～600MPa，沖擊韌度(du)(du)為240～300J／c㎡，冷彎角達180°不(bu)裂。
3. 氣體保護焊
a. 管狀(zhuang)焊(han)絲焊(han)接
不(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Ni11Ti與(yu)(yu)鎳基熱(re)強合金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni80焊(han)接(jie)時(shi)，選用不(bu)同的管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)成分（管(guan)材(cai)為(wei)Cr20Ni80），對(dui)焊(han)縫金(jin)(jin)(jin)屬熱(re)裂傾向的影響如圖5-38所示。試驗結果表(biao)明：提高抗裂性能最有效的方法是用鉬(mu)對(dui)焊(han)縫金(jin)(jin)(jin)屬合金(jin)(jin)(jin)化，當焊(han)縫中(zhong)(zhong)w（Mo）達(da)到6.5％時(shi)，幾乎完(wan)全可以(yi)消除熱(re)裂紋(wen)。考慮到母材(cai)金(jin)(jin)(jin)屬稀釋(shi)的影響，管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)中(zhong)(zhong)w（Mo）為(wei)30％左右。用氬(ya)弧焊(han)焊(han)接(jie)不(bu)銹(xiu)鋼06Cr18Nil1Ti與(yu)(yu)鎳基熱(re)強合金(jin)(jin)(jin)Cr20Ni80時(shi)，通(tong)常采用下列3種管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)都(dou)能獲得優質(zhi)(zhi)的焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)，其管(guan)狀焊(han)絲(si)(si)的化學成分的質(zhi)(zhi)量(liang)分數（％）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(yu)鎳基(ji)合(he)(he)金進(jin)行氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)保護(hu)焊(han)時，氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)保護(hu)可選用Ar、He或Ar+He混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)，為(wei)(wei)了消除焊(han)縫(feng)金屬中氣(qi)(qi)(qi)孔，可以用體(ti)(ti)(ti)積(ji)分數為(wei)(wei)95％Ar＋5％Ar+5% He混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)。要求(qiu)Ar和(he)He氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)純度(du)不(bu)小于99.5％（體(ti)(ti)(ti)積(ji)分數）。
不銹鋼(gang)與(yu)鎳基合金用手工鎢極(ji)氣體保護焊時(shi)，所選用焊絲牌(pai)號(hao)見(jian)表(biao)5-87。不銹鋼(gang)與(yu)鎳手工鎢極(ji)氬(ya)弧(hu)(hu)焊和自動鎢極(ji)氬(ya)弧(hu)(hu)焊的焊接參數(shu)見(jian)表(biao)5-88和表(biao)5-89。
