镍及镍合金

出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《焊接技术手册》第611页（2432字）

工业纯镍及固溶强化的镍合金可焊性良好。多数耐蚀镍合金及抗氧化镍合金属于固溶强化合金，一般在固溶处理后焊接，焊后可保持抗蚀性能。在某些情况下，Ni-Mo、Ni-Cr-Mo、Ni-Si合金热影响区抗腐蚀性能降低并产生晶间腐蚀。在氢氟酸蒸气等介质中，某些镍合金可能产生应力腐蚀裂纹，则须焊后固溶热处理。以铝、钛为主的沉淀硬化镍合金及其他类型的热强镍合金可焊性不如固溶强化镍合金，见表10－87。

表10－87 镍及镍合金的可焊性

1．焊接特点

(1)镍及镍合金易被硫和铅脆化，沿晶界开裂、产生裂纹。必须严格控制焊接材料的硫、铅含量；焊前通常需酸洗(有时则应先机械清理)，清除表面的润滑剂、灰尘油脂、油漆、蜡等含硫或铅的杂质。磷与过高的硅也能引起热裂纹铌可抵消硅的有害作用。

(2)工业纯镍及Ni－Cu合金等易产生焊接气孔。一般是由于氧过多地溶入熔池，与氢化合形成水蒸气气孔。防止措施是增加焊丝或涂料中的脱氧剂。通常采用铝和钛，Al+Ti的总量在2．5%～3．5%效果最佳。钨极氩弧焊时，加少量氢有助于防止氮气孔，过多则导致气孔。焊前母材温度低时，表面上可能凝聚水气，使焊缝产生气孔。还须注意焊条、焊剂烘干及保管、控制弧长、焊缝背面加保护气等工艺措施。

(3)以铝、钛为主的沉淀硬化镍合金焊后如残余应力较大，在时效过程中或工作温度高于时效温度时，易产生“应变－时效”裂缝。这类合金如经强烈成型加工，焊前应先作退火处理。焊时拘束度要小，尽量用小线能量，多道焊时尽量用窄焊道。焊后在沉淀硬化处理前应先作固溶处理，消除应力，并须快速加热，尽快通过时效温度区间。

(4)焊件表面上残余焊渣在高温(接近焊渣的熔点)条件下，会产生腐蚀作用。在含硫的还原性气氛中，残渣还会使硫向残渣富集，可能引起焊接接头的脆化。多道焊时，每道焊后应注意去渣。

(5)有些耐热合金易产生热影响区显微裂纹。

(6)镍及其合金流动性差，熔深小，又不能采用大电流，为此坡口角度及根部圆弧半径均应大些。

2．焊接工艺

(1)氩弧焊：钨极氩弧焊广泛用于焊接薄板，也是焊接沉淀硬化镍合金的主要方法。中厚板(＞10mm)可用熔化极，其根部焊道用钨极氩弧焊打底。一般用纯氩(Ar＞99．95%)，对钨极氩弧焊有时加入少量氢可避免气孔，但仅限于单道焊或厚板第一层。除高纯镍(真空冶炼)可用与母材同材质的焊丝外，工业纯镍及蒙乃尔合金都用含铝、钛的焊丝，而且焊缝中母材的稀释度不应超过50%。其他耐蚀及耐热镍合金可用与母材成分相近或增添合金元素的焊丝。沉淀硬化合金常用成分相近的焊丝，有时为防止“应变－时效”裂纹可用含铝、钛低的焊丝。表10－88和表10－89为钨极氩弧焊焊接接头的机械性能。

钨极脉冲氩弧焊可细化晶粒，减少过热，降低裂纹倾向和改善机械性能。

表10－88 固溶强化镍合金焊接接头的机械性能

表10－89 沉淀硬化镍合金焊接接头的机械性能

注：①除GH141外，均带加强高

(2)手工电弧焊：手工电弧焊是纯镍及固溶强化镍合金常用的焊接方法，适用于板厚大于1mm，宜短弧焊，小线能量，焊条不横向摆动或摆幅小于3倍焊条直径，层间温度要低。采用直流反接。焊条熔敷金属成分不一定与母材相同，常为了满足可焊性要求添加某些合金元素。焊纯镍及某些固溶强化镍合金宜选用的熔敷金属成分及焊条牌号见表10－90。

表10－90 镍及固溶强化镍合金熔敷金属成分及机械性能

(3)气焊：氧－乙炔气焊适于焊纯镍、Ni-Cu、Ni-Cr合金薄板，不宜焊NiMo、Ni-Cr-Mo和沉淀硬化合金。采用中性焰或轻微还原焰并加适当熔剂。注意限制乙炔中的硫、磷含量。焊件用于高温时，应将渣壳清除干净。

由于这种方法容易增碳，降低焊接接头抗腐蚀性能和机械性能，应用受到限制，但对高硅镍合金铸件是主要焊接方法，可采用65%铸铁熔剂+35%硼砂，或其他专用熔剂，并需炉中预热。

(4)电子束焊接：能解决一些难焊合金的焊接问题。电子束焊接接头机械性能等于或超过钨极氩弧焊。

(5)电阻焊：镍及镍合金可进行点焊、凸焊、缝焊及闪光对焊。镍合金的电阻比低碳钢大，导热性差，可用较低的焊接能量。热强镍合金的顶锻或电极压力应比碳钢和不锈钢的大。

(6)钎焊：常用的钎料有铜基、银基、镍基，应按焊件工作温度(包括焊后热处理温度)，工作介质及强度要求选用。为防止熔融的钎料引起母材产生应力裂缝，必要时，钎焊前须先退火。沉淀强化的镍合金对应力裂纹更敏感，这类合金在含氧的气氛中易形成有害的氟化物。常用的钎焊方法有火焰、炉内、感应及电阻钎焊以及真空钎焊。