鎳及鎳合金具有良好的強(qiáng)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(shí)，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(shí)液態(tài)金屬中溶解較多的氧，氧在高溫時(shí)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(shí)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(shí)，鐵鎳焊縫中氣體含量對(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(duì)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(shí)的突變比在鐵結(jié)晶時(shí)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(shí)［w（Ni）為15％～30％］，氣孔傾向較??；鎳含量大時(shí)，氣孔的傾向較大。然而，隨著焊縫中的w（Ni）提高到60％～90％時(shí)，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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)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(shí)，晶粒顯著長大，也促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生。從圖5-37b中還可以看到采用無氧焊劑時(shí)，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。可以認(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(hù)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(qiáng)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(shí)，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(hù)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)，焊縫不會(huì)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(shí)，焊接接頭抗拉強(qiáng)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(hù)焊
a. 管狀焊絲焊接
不銹鋼06Cr18Ni11Ti與鎳基熱強(qiáng)合金Cr20Ni80焊接時(shí)，選用不同的管狀焊絲成分（管材為Cr20Ni80），對(duì)焊縫金屬熱裂傾向的影響如圖5-38所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：提高抗裂性能最有效的方法是用鉬對(duì)焊縫金屬合金化，當(dāng)焊縫中w（Mo）達(dá)到6.5％時(shí)，幾乎完全可以消除熱裂紋?？紤]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(qiáng)合金Cr20Ni80時(shí)，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(shí)芯焊絲焊接
對(duì)不銹鋼與鎳基合金進(jìn)行氣體保護(hù)焊時(shí)，氣體保護(hù)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(hù)焊時(shí)，所選用焊絲牌號(hào)見表5-87。不銹鋼與鎳手工鎢極氬弧焊和自動(dòng)鎢極氬弧焊的焊接參數(shù)見表5-88和表5-89。
