钢与镍及镍合金焊接，常见问题解答

　　制造化工和石油设备时，为了节省昂贵的镍，经常需要将钢与镍及合金焊接在一起。

　　焊接的主要问题

　　焊接时，焊缝中的主要成分是铁和镍，铁和镍能够互溶，高规格N6纯镍带，不形成金属间化合物。在一般情况下，无锡N6纯镍带，焊缝中的含镍量相对高，所以在焊接接头的熔合区，不会形成扩散层。焊接的主要问题是在焊缝中容易产生气孔和热裂纹。

　　气孔

　　钢与镍及其合金焊接时，影响焊缝中形成气孔的主要因素是氧、镍及其他合金元素的含量。

　　①氧的影响。焊接时，液态金属中可能会溶解较多的氧，而氧在高温时与镍氧化，形成NiO，NiO能与液体金属中的氢和碳发生反应生成水蒸气和，在熔池凝固时如来不及逸出，残留在焊缝中就形成气孔。在纯镍与Q235-A埋弧焊的铁镍焊缝中，在氮和氢含量变化不大的情况下，焊缝中含氧量越高，焊缝中气孔数量越多。

　　②镍的影响。在铁镍焊缝中，氧在铁镍中的溶解度不同，氧在液态镍中的溶解度大于液态铁中的溶解度，而氧在固态镍中的溶解度却比在固态铁中的小，因此，氧的溶解度在镍结晶时的突变，比在铁结晶时的突变更加明显。所以，焊缝中Ni为15%~30%时的气孔倾向小，工业级N6纯镍带，而Ni含量大时，气孔倾向进一步提高到60%~90%，钢的溶入量必然下降，因此引起形成气孔的倾向变大。

　　③其他合金元素的影响。当铁镍焊缝中含有锰、铬、钼、铝、钛等合金元素或符合合金化时，能提高焊缝抗气孔能力，这是由于锰、钛和铝等都具有脱氧作用，而铬和钼则提高焊缝固态金属中的溶解度。所以镍与1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝的抗气孔能力比镍与Q235-A钢焊缝高。铝和钛还能把氮固定在稳定的化合物中，也能提高焊缝抗气孔能力。

　　镍合金的发展

　　同铁和铜一样，自从进入文明社会，镍就被用于合金。但是与钢、黄铜和青铜相比，镍合金是化学工业的后来者。

　　个具有商业重要性的镍合金是合金400，它是由国际镍公司(后来叫Inco合金公司)于1905年开发出来并推向市场，商标为蒙乃尔(MONEL)。下一个重要的里程碑是1930年左右问世的镍-钼合金B和镍-铬-钼-钨合金C。它们的是HaynesStellite公司(现在叫Haynes国际公司)，其中的两个注册商标为HASTELLOY。镍基合金发展的下一个重要阶段来自于Inco公司，1931年开发出镍-铬-铁合金600及1949年开发出镍-铁-铬合金，分别命名为INCONEL和INCOLOY。

　　镍合金

　　除纯镍外，化学加工业所用的镍合金强度大大高于300系不锈钢。镍合金还具有非常好的延展性和韧性(见表2所列的室温力学性能)。用于化工设备的大多数合金的许用应力见ASME锅炉和压力容器规范第Ⅷ卷。

　　镍合金是全奥氏体显微组织。化学工业使用的所有镍合金几乎都是固溶强化的。它们强度的提高来自于有效硬化元素如钼和钨的添加，而不是碳化物的形成。与奥氏体不锈钢一样，自动化N6纯镍带，固溶镍合金不能通过热处理强化，而只能通过冷加工使其强化。

　　另一大类镍基合金可通过沉淀硬化热处理来强化。这类合金大多数专门用于超高强度用途，如深层油气生产和超高压工艺过程所使用的合金。

　　沉淀硬化镍基合金除了用于阀门和旋转机械部件外，在化工设备的应用有限。这类合金中包括燃气轮机、燃烧室以及航天用途所使用的耐热超级合金。

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