1、引言

镍质量分数在30%以上的合金通称为镍基耐蚀合金，如奥氏体不锈钢一样，镍基耐蚀合金显微组织是单相奥氏体，固态下没有相变，母材和焊缝金属的晶粒不能通过热处理细化。

它具有独特的物理、化学和耐蚀性能，在200～1090℃范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀，同时还具有良好的高温和低温力学性能，在石油化工、核工业、航空航天中得到广泛应用。

常用的镍基耐蚀合金可分为4大系列：

①Ni-Cu系 以Ni、Cu为主元素，称为蒙乃尔（Monel）合金，以4000系列数字表示；

②Ni-Cr-Fe系 以Ni为主元素且Cr比Fe多，称为因康镍（Inconel）合金，以6000系列数字表示；

③Ni-Fe-Cr系 Ni含量小于50%且且Fe比多Cr，称为因康洛依（Incoloy）合金，以8000系列数字表示；

④Ni-Mo或Ni-Mo-Cr系 以Ni为主元素且Mo含量较高，称为哈斯特洛依（Hastelloy）合金。

2、镍基合金焊接过程中常出现的问题

2.1热裂纹

镍基合金焊接时易产生焊缝的宏观裂纹（凝固裂纹）及微观裂纹（多边化裂纹）或二者同时存在的热裂纹。

晶间液膜是引发镍基合金单相奥氏体焊缝凝固裂纹的最主要冶金因素。镍基合金焊接时，由于S、Si等杂质元素在焊缝金属中偏析，形成低熔点共晶物（Ni-NiS，645℃）。

焊缝金属结晶时低熔点共晶物的液态膜残留在晶界区，由于镍基合金线膨胀系数大，焊接时产生较大的拉应力，结晶时液态膜在收缩应力作用下易产生开裂。[[]]

镍基合金焊缝金属组织为单相奥氏体，纯金属与单相合金焊缝多边化晶界的形成和发展，是镍基合金焊缝出现多边化裂纹的主要原因。

为提高单相奥氏体合金焊缝金属抗热裂纹的能力，在焊材中加入固溶强化的Mo、W、Mn、Ta、Cr及Nb等元素，可有效抑制镍基合金焊缝多边化晶界的形成和发展。

2.2气孔

镍基合金的熔化区间在1287～1446℃，固液相温度间距小，熔敷金属很黏，流动性较差。在快速冷却结晶条件下，气体来不及逸出在焊缝中产生气孔。

2.3夹渣

纯镍及镍合金的氧化物与钢不同，如纯铁的熔点为1538℃，FeO为1420℃，Fe3O2为1565℃，因此钢焊接时氧化物和基体金属几乎一起熔化。

但镍和镍的氧化物熔点相差很悬殊，如纯镍的熔点为1446℃，NiO为2090℃，由此可看出，镍合金的氧化物在焊接时以固体形式保留，结果形成了不完整的熔接和不连续的氧化物夹渣。

2.4咬边

由于镍基合金焊缝金属流动性差，采用轻微的摆动技术，可获得要求的熔深。但在摆动到每一侧极限位置时，如果停留时间过短，没有留出足够时间让熔化的焊缝金属填满，就会造成咬边现象。

3、焊接工艺要点

3.1焊接方法选择

镍基合金焊接优先选用焊条电弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊，对于厚度较大的板材对接也可以采用埋弧自动焊。

3.2焊接材料的选用

同种镍基合金的焊接宜选用与母材合金系统相同的焊接材料，异种接头选择焊接材料时应考虑母材金属线膨胀系数的差异，焊缝金属的强度、耐蚀性及焊接时裂纹、气孔的敏感性。常用镍基合金焊接材料的选用见表1。

表1 常用镍基合金焊接材料

3.3坡口型式及尺寸

              附图 坡口型式及尺寸示意图

由于镍基合金焊缝金属流动性差、熔深浅，若用增大焊接电流的办法来增加熔深，反而会增大热裂纹敏感性，使焊缝金属中脱氧剂蒸发，产生气孔。

为保证熔透，应选用较大的坡口角度和较小的钝边。同时适当采用摆动焊接，摆动距离不超过焊条或焊丝直径的3倍，摆动到坡口两侧时稍加停留，使之熔合良好。坡口型式及尺寸如附图所示。

3.4焊前清理及焊材的烘干

坡口及其两侧的清洁度是成功焊接镍基合金的重要条件之一。凡是能和镍形成低熔点共晶物的元素都会增加热裂纹倾向，这些元素通常存在于油脂、油漆、标记用的墨水、着色探伤材料等中。因此焊前应将坡口及其两侧30～50mm范围内，采用磨削加丙酮等清洗剂进行清理。

焊条使用前应320～350℃×1h进行烘干，烘干后应储存在100℃的恒温箱内，若焊工领出时间超过4小时，需重新烘干，但重复烘干次数不得超过2次。

3.5焊接工艺参数的控制

由于镍基合金导热性差，如果焊接电流过大、电弧电压过高、焊接速度慢及层间温度过高，都会使接头过热，增加热裂纹倾向。因此在保证熔合良好的情况下，尽量选用较小的热输入量、较低的电弧电压和较快的焊接速度，同时应严格控制层间温度在100℃以下，收弧填满弧坑，避免产生热裂纹及弧坑裂纹。

焊条电弧焊及钨极氩弧焊推荐的焊接工艺参数见表2，采用钨极氩弧焊时焊枪氩气流量为10～14L/min，管内氩气流量为8～10L/min。

表2 焊条电弧焊及钨极氩弧焊推荐焊接工艺参数

3.6预热和热处理

镍基合金焊接时一般不需要预热，但当母材温度低于15℃时，应对坡口两侧250～300mm区域内加热至15～20℃，以免湿气冷凝，导致气孔产生。镍基合金一般不推荐焊后热处理。

4、结束语

通过上述分析，镍基合金焊接时应注意以下几方面：

①焊件清理干净与否是获得成功焊接的前提条件；

②选用较小的线能量，同时严格控制层间温度；

③选用较大的坡口角度和较小的钝边；

④一般情况下不作预热和焊后热处理。

施工时只有严格按照已定工艺规范操作并加强监督管理，才能保证镍基合金焊接接头的质量。