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(yīng)用較多。采用不銹鋼（或碳鋼）與鎳及鎳合金的焊接構(gòu)件，關(guān)鍵部位用鎳及鎳合金，而其他部位用普通結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼，可以大量節(jié)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(xué)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）與鎳及鎳合金焊接的主在問題是氣孔和熱裂紋。

1. 氣孔

  焊縫中產(chǎn)生氣孔的原因：焊接時液態(tài)金屬中溶解較多的氧，氧在高溫時將鎳氧化形成NiO。NiO能與液體金屬中氫和碳發(fā)生下列反應(yīng)：

  NiO+2H=Ni+H₂O↑      NiO+C-Ni+CO↑

  由于鎳-鐵合金的凝固時來不及溢出，殘留在焊縫中氣體就形成氣孔。在純鎳與碳鋼埋弧焊時，鐵鎳焊縫中氣體含量對氣孔傾向的影響見表5-86。從表中可知：氮和氫變化不大的情況下，焊縫中氧含量越多，焊縫中氣孔數(shù)量越多。在埋弧焊時，與焊劑種類也有關(guān)系，如圖5-37a所示。從圖中可以看出，焊縫金屬中鎳含量相同時，無氧焊劑的抗氣孔性能優(yōu)于低硅焊劑；當(dāng)焊縫金屬中w（Ni）為30％～60％時，用低硅焊劑焊成的焊縫所形成的氣孔的體積為用無氧焊劑的5～6倍。

  此外，焊縫金屬中的鎳鐵比和其他合金元素對焊縫形成氣孔的傾向也有影響。氧在液態(tài)鎳中的溶解度大于在液態(tài)鐵中的溶解度，而氧在固態(tài)鎳中的溶解度卻比固態(tài)鐵中小。因此，氧的溶解度在鎳結(jié)晶時的突變比在鐵結(jié)晶時突變更為顯著。從圖5-37a中可以看出，當(dāng)焊縫中鎳量較少時［w（Ni）為15％～30％］，氣孔傾向較?。绘嚭看髸r，氣孔的傾向較大。然而，隨著焊縫中的w（Ni）提高到60％～90％時，氣孔形成傾向有所降低，這是由于焊縫金屬中熔入不銹鋼量減少，碳含量也相應(yīng)減少，所以形成一氧化碳的氣孔傾向就降低了。

  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(fù)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(tài)金屬中的溶解度，鋁和鈦還能把氮固定在穩(wěn)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(jié)晶過程中形成低熔點共晶體引起的。

  高鎳焊縫具有樹枝狀組織，在粗大晶粒的邊界上，集中了一些低熔點共晶體（Ni-S，Ni-P和Ni-NiO的共晶體），削弱了晶粒間的聯(lián)系，降低了焊縫金屬的抗裂性能。此外，單相奧氏體焊縫中，當(dāng)鎳含量增加時，晶粒顯著長大，也促進裂紋的產(chǎn)生。從圖5-37b中還可以看到采用無氧焊劑時，由于焊縫中氧、硫和磷等有害雜質(zhì)的減少，特別是氧含量的急劇降低，裂紋傾向減少?？梢哉J(rèn)為，無論從抗氣孔性能方面，還上從抗裂性能方面看，優(yōu)質(zhì)的焊接材料和良好的保護及脫氧是十分重要的。

  在焊縫中，含有錳、鉻、鋁、鈦、鈮等合金元素均能提高焊縫金屬的抗裂性能。其中錳、鉻、鋁、鈦和鈮均為變質(zhì)劑，能細(xì)化焊縫組織，并打亂其結(jié)晶的方向性；鋁和鈦還是強烈的脫氧劑，能降低焊縫金屬中氧的含量；錳還具有一定脫硫作用，能與硫形成難熔的MnS，從而減少硫的有害作用。由此分析，不銹鋼與鎳及鎳合金焊接時，其抗裂性能優(yōu)于碳鋼與鎳及鎳合金的焊接。

二、焊接方法

  不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）與鎳及鎳合金熔焊的方法有焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊、等離子弧焊和脈沖激光焊等。

 1. 焊條電弧焊

   a. 為了保證焊接接頭的質(zhì)量，選用焊接材料要使焊縫金屬中w（Ni）(Ni)>40%，并使w（Mn）為1.8％～2.0％和w（Mo）為3.4％～4.0％，此時焊縫具有較高的抗氣孔和抗熱裂紋的性能，焊接接頭也具有優(yōu)良的力學(xué)性能。同時，還必須嚴(yán)格限制焊接材料中硫和磷的含量。

   b. 焊接坡口的角度應(yīng)為60°～80°。

   c. 焊前要將兩種金屬待焊處仔細(xì)清理，去除油污和雜質(zhì)，露出金屬光澤，不能有水跡。

   d. 焊接時電弧應(yīng)稍偏不銹鋼一側(cè)，選用小的熱輸入，有利于細(xì)化晶粒，防止裂紋的形成。

 2. 埋弧焊

  不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳焊接時，焊縫不會出現(xiàn)馬氏體組織，所以焊接接頭的力學(xué)性能比較好。例如，用熱輸入比較大的埋弧焊焊接不銹鋼06Cr18Ni11Ti與純鎳時，焊接接頭抗拉強度可達(dá)500～600MPa，沖擊韌度為240～300J／c㎡，冷彎角達(dá)180°不裂。

 3. 氣體保護焊

   a. 管狀焊絲焊接 

     不銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基熱強合金Cr20Ni80焊接時，選用不同的管狀焊絲成分（管材為Cr20Ni80），對焊縫金屬熱裂傾向的影響如圖5-38所示。試驗結(jié)果表明：提高抗裂性能最有效的方法是用鉬對焊縫金屬合金化，當(dāng)焊縫中w（Mo）達(dá)到6.5％時，幾乎完全可以消除熱裂紋。考慮到母材金屬稀釋的影響，管狀焊絲中w（Mo）為30％左右。用氬弧焊焊接不銹鋼06Cr18Nil1Ti與鎳基熱強合金Cr20Ni80時，通常采用下列3種管狀焊絲都能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，其管狀焊絲的化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（％）為：①. Cr 10～12，Ni 58～60和Mo 30；②. Cr 10～12，Ni 63～65和Mo 25；③. Cr 12～15，Ni 65～68和Mo 20。

   b. 實芯焊絲焊接 

     對不銹鋼與鎳基合金進行氣體保護焊時，氣體保護可選用Ar、He或Ar+He混合氣，為了消除焊縫金屬中氣孔，可以用體積分?jǐn)?shù)為95％Ar＋5％Ar+5% He混合氣體。要求Ar和He氣體純度不小于99.5％（體積分?jǐn)?shù)）。

   不銹鋼與鎳基合金用手工鎢極氣體保護焊時，所選用焊絲牌號見表5-87。不銹鋼與鎳手工鎢極氬弧焊和自動鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)見表5-88和表5-89。