鎳基(ji)合(he)金(jin)由于具有優異的(de)(de)(de)(de)(de)高溫性能(neng)和卓(zhuo)越的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕性能(neng)，已在(zai)航空航天、核電、火電、石油化工等(deng)領(ling)域獲得了廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)應用，但(dan)鎳基(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)往往會帶來(lai)不少的(de)(de)(de)(de)(de)困難，主要(yao)表現在(zai)相的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化導致接(jie)(jie)(jie)(jie)頭性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)變(bian)，以及焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)過程中產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)各種裂(lie)紋等(deng)缺陷(xian)造成運行中的(de)(de)(de)(de)(de)早期失(shi)效(xiao)。為此，眾(zhong)多科技工作者長期以來(lai)對鎳基(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)開展了大量的(de)(de)(de)(de)(de)試驗研究，力求在(zai)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)鎳基(ji)合(he)金(jin)時能(neng)獲得高質量和性能(neng)滿意的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭。
鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)是工程材(cai)料最重要的(de)類別(bie)之一，因為它(ta)們(men)能(neng)(neng)夠用(yong)(yong)于多種(zhong)環(huan)境和(he)場(chang)合(he)(he)。在(zai)含水和(he)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)耐(nai)蝕場(chang)合(he)(he)、室溫(wen)(wen)(wen)和(he)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)高(gao)強度場(chang)合(he)(he)、低溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)的(de)延性(xing)和(he)韌性(xing)場(chang)合(he)(he)、特殊的(de)電性(xing)能(neng)(neng)場(chang)合(he)(he)以及(ji)與其他物理性(xing)能(neng)(neng)有關(guan)的(de)場(chang)合(he)(he)都選用(yong)(yong)了這些合(he)(he)金(jin)(jin)。鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料能(neng)(neng)提(ti)供某些焊(han)(han)態下(xia)(xia)(xia)的(de)性(xing)能(neng)(neng)，而(er)這些性(xing)能(neng)(neng)是其他類型的(de)焊(han)(han)接(jie)產(chan)品(pin)所不能(neng)(neng)提(ti)供的(de)，例(li)如(ru)被許多各種(zhong)不同的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)元素稀釋后(hou)(hou)，還(huan)能(neng)(neng)保持從低溫(wen)(wen)(wen)到(dao)接(jie)近固相線溫(wen)(wen)(wen)度強度和(he)延性(xing)的(de)能(neng)(neng)力(li)。它(ta)們(men)也是十分通用(yong)(yong)的(de)，例(li)如(ru)，用(yong)(yong)于焊(han)(han)接(jie)9%鎳鋼的(de)Ni-Cr-Mo系焊(han)(han)接(jie)產(chan)品(pin)在(zai)液氮溫(wen)(wen)(wen)度下(xia)(xia)(xia)還(huan)具有非常高(gao)的(de)焊(han)(han)態強度和(he)沖擊韌性(xing)。用(yong)(yong)來焊(han)(han)接(jie)鑄鐵(tie)(tie)的(de)鎳和(he)鎳－鐵(tie)(tie)合(he)(he)金(jin)(jin)能(neng)(neng)被鐵(tie)(tie)和(he)碳(tan)稀釋后(hou)(hou)而(er)保持延性(xing)，并(bing)提(ti)供良好的(de)機加工特性(xing)。鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)焊(han)(han)接(jie)材(cai)料亦廣泛用(yong)(yong)于電力(li)工業，可在(zai)碳(tan)鋼和(he)不銹(xiu)鋼之間(jian)進行異種(zhong)焊(han)(han)接(jie)，作為在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)下(xia)(xia)(xia)使用(yong)(yong)時熱膨脹系數的(de)過(guo)渡材(cai)料。
相對于鋼而言，鎳基合(he)金(jin)能(neng)(neng)(neng)夠在(zai)低溫下使用(yong)，又能(neng)(neng)(neng)在(zai)接(jie)(jie)近(jin)1200℃的(de)高(gao)溫下使用(yong)，因為(wei)(wei)固溶合(he)金(jin)的(de)基體從(cong)固態到絕(jue)對零度都保持奧(ao)氏體。這些加(jia)(jia)入適當(dang)添加(jia)(jia)劑的(de)合(he)金(jin)提供(gong)了有用(yong)的(de)耐(nai)蝕性(xing)，并在(zai)包括電力(li)、石化(hua)、化(hua)學加(jia)(jia)工(gong)、航天和(he)控制(zhi)環境污染等的(de)廣大(da)工(gong)業領域中(zhong)得到了應用(yong)。對鎳基合(he)金(jin)來說，焊(han)(han)接(jie)(jie)是一門(men)關鍵性(xing)的(de)制(zhi)造技術。最近(jin)50年來，已經進行了大(da)量的(de)研究(jiu)和(he)開(kai)(kai)發(fa)工(gong)作，為(wei)(wei)更好(hao)地(di)弄懂和(he)控制(zhi)這些合(he)金(jin)的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)性(xing)以及(ji)開(kai)(kai)發(fa)在(zai)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)耐(nai)蝕性(xing)和(he)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)(neng)方面能(neng)(neng)(neng)滿(man)足更高(gao)要(yao)求的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)材料作出了不懈的(de)努(nu)力(li)。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用純鎳(nie)合金
商用純(chun)(chun)鎳(nie)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)是(shi)(shi)基(ji)本上(shang)含(han)有鎳(nie)＞99%的(de)(de)(de)那些合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這是(shi)(shi)一個商用純(chun)(chun)鎳(nie)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)完整族(zu)系，命名為200合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)和201合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這些材料具(ju)有低強度(du)和低硬度(du)，原(yuan)則上(shang)由于它們具(ju)有良好的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性而(er)用于苛性腐蝕(shi)環(huan)境。201合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)有最高值為0.02wt%的(de)(de)(de)碳(tan)，所以它們能夠在(zai)高于315℃（600°F)的(de)(de)(de)高溫下(xia)使(shi)用而(er)無被“石墨化”的(de)(de)(de)危險。因為碳(tan)在(zai)高于315℃的(de)(de)(de)鎳(nie)基(ji)體(ti)中是(shi)(shi)相對易變的(de)(de)(de)，添加(jia)超(chao)出溶解度(du)極(ji)限(xian)（～0.02%)的(de)(de)(de)碳(tan)會造(zao)成石墨質點的(de)(de)(de)沉淀(dian)，使(shi)材料變脆(cui)和變弱(ruo)。
還有一些附加商(shang)用純(chun)鎳合金(jin)，它們(men)在電或磁致(zhi)伸縮的(de)(de)有限場合使用。這(zhe)些合金(jin)具有良好的(de)(de)焊(han)接性，但在焊(han)接時對氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)敏感。如(ru)果在焊(han)前和(he)焊(han)接中(zhong)保(bao)持(chi)清潔(jie)，這(zhe)些合金(jin)會顯示(shi)良好的(de)(de)抗裂(lie)性，但保(bao)護氣(qi)(qi)(qi)體或焊(han)劑必須充(chong)足以避免氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)的(de)(de)形(xing)(xing)成。商(shang)用純(chun)鎳焊(han)接材料含(han)有最高達1.5%鋁和(he)2.0%~3.5%鈦(tai)的(de)(de)添加劑來抵消少量的(de)(de)大氣(qi)(qi)(qi)污染。鈦(tai)和(he)鋁與(yu)氧(yang)結合形(xing)(xing)成氧(yang)化物(wu)，與(yu)氮結合形(xing)(xing)成氮化物(wu)，因而控制(zhi)了在焊(han)縫熔敷金(jin)屬中(zhong)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)孔(kong)。
2. 固(gu)溶強化合金(jin)
鎳(nie)和銅是(shi)同一(yi)(yi)(yi)形態的(de)(de)元素（完(wan)全固溶(rong)性(xing)），能在(zai)(zai)(zai)整(zheng)個(ge)(ge)成(cheng)分范(fan)圍內生成(cheng)單相(xiang)合(he)(he)金(jin)(jin)。這個(ge)(ge)族系的(de)(de)材(cai)(cai)料通(tong)常(chang)對海(hai)水和其他一(yi)(yi)(yi)般腐蝕(shi)環境顯示(shi)出良(liang)好(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)。通(tong)常(chang)Ni-Cu合(he)(he)金(jin)(jin)有(you)很好(hao)的(de)(de)焊(han)接性(xing)，但如果不使(shi)(shi)用(yong)適當(dang)的(de)(de)保護或良(liang)好(hao)的(de)(de)抗(kang)氧化焊(han)接材(cai)(cai)料，可能會對氣孔(kong)敏(min)感。其他的(de)(de)固溶(rong)強化鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)可以僅(jin)含有(you)鐵，這些(xie)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)大多數(shu)由于特定的(de)(de)膨脹系數(shu)或電性(xing)能而得到使(shi)(shi)用(yong)。Ni-36%Fe合(he)(he)金(jin)(jin)通(tong)常(chang)稱(cheng)作INVAR合(he)(he)金(jin)(jin)，在(zai)(zai)(zai)所(suo)有(you)的(de)(de)鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)中具有(you)最低的(de)(de)膨脹系數(shu)，在(zai)(zai)(zai)幾百度(du)的(de)(de)溫度(du)范(fan)圍內加熱和冷卻一(yi)(yi)(yi)直到約300°F,僅(jin)以小于1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)速率膨脹和收(shou)縮。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)(jin)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)(de)焊(han)接性(xing)，但開發又有(you)良(liang)好(hao)抗(kang)凝固裂紋(wen)性(xing)能，又有(you)相(xiang)匹配(pei)膨脹性(xing)能的(de)(de)焊(han)接材(cai)(cai)料對焊(han)材(cai)(cai)制造商來說是(shi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)挑戰。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)(jin)及其焊(han)材(cai)(cai)也可能對低塑性(xing)開裂敏(min)感，這種開裂的(de)(de)機理將在(zai)(zai)(zai)第3章(zhang)中詳細闡述。
其他固溶合(he)金含有(you)不(bu)同(tong)的置換元素，包括鉻、鉬和鎢(wu)。每種元素都能賦予特殊的性(xing)能，并有(you)能力改變(bian)每種合(he)金的焊接特性(xing)。固溶強(qiang)化鎳基(ji)合(he)金的最高(gao)(gao)抗拉強(qiang)度(du)值接近830 MPa(120 ksi),而屈服(fu)強(qiang)度(du)在345~480 MPa(50~70 ksi)之間。這些合(he)金在要(yao)求(qiu)具(ju)有(you)良(liang)好耐蝕性(xing)的廣泛場(chang)合(he)下使用。如果(guo)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)(gao)的強(qiang)度(du)水平，必須選擇沉淀強(qiang)化合(he)金。
3. 沉淀強(qiang)化合金
沉(chen)淀(dian)強(qiang)化(hua)鎳基(ji)合金(jin)(jin)(jin)含(han)有(you)鈦、鋁(lv)和(he)(he)(he)(he)／或鈮等添加(jia)劑(ji)，在(zai)(zai)(zai)適(shi)當的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱處理(li)后與鎳形成強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)淀(dian)物(wu)。在(zai)(zai)(zai)大(da)多數情況(kuang)下(xia)，這些沉(chen)淀(dian)物(wu)與奧氏體基(ji)體具(ju)有(you)凝聚(ju)力，并使(shi)基(ji)體變形，因(yin)而實質上增加(jia)了基(ji)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度。這些沉(chen)淀(dian)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)多數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)(zai)最佳合金(jin)(jin)(jin)添加(jia)劑(ji)和(he)(he)(he)(he)熱處理(li)情況(kuang)下(xia)，這些合金(jin)(jin)(jin)能夠強(qiang)化(hua)到(dao)最高抗拉強(qiang)度超(chao)過1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)(he)(he)0.2%屈服強(qiang)度超(chao)過1035 MPa(150 ksi).第一個沉(chen)淀(dian)硬化(hua)Ni-Cr合金(jin)(jin)(jin)（X-750)是(shi)由γ'強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)靠近γ'溶解線溫度下(xia)，顯示(shi)出良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗氧化(hua)性(xing)和(he)(he)(he)(he)高溫強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)合。不(bu)幸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，當焊后并直接(jie)時效而不(bu)在(zai)(zai)(zai)中間插入退(tui)火(huo)處理(li)時，會產生焊后應變時效裂紋（SAC).這種開裂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機理(li)將(jiang)在(zai)(zai)(zai)第4章中詳(xiang)細(xi)闡述。在(zai)(zai)(zai)為改(gai)善(shan)焊接(jie)性(xing)和(he)(he)(he)(he)避免(mian)SAC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)努力下(xia)，開發了γ”強(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)第二代(dai)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)Ni-Cr-Mo合金(jin)(jin)(jin)。這些合金(jin)(jin)(jin)中最普遍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)718合金(jin)(jin)(jin)。因(yin)為γ”沉(chen)淀(dian)物(wu)比γ'的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成要慢得多，718合金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)焊后熱處理(li)時通(tong)常不(bu)受SAC影響(xiang)。718合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要應用之一是(shi)航(hang)空(kong)航(hang)天燃氣透平傳動軸和(he)(he)(he)(he)耐壓殼。如果適(shi)當地熔(rong)煉，獲得低含(han)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)雜質，該(gai)合金(jin)(jin)(jin)可提供極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用機會。當設(she)計合理(li)時，在(zai)(zai)(zai)一直到(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用溫度下(xia)，具(ju)有(you)極佳的(de)(de)(de)(de)(de)(de)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命。
基于(yu)沉(chen)淀強化合(he)金(jin)具(ju)有在高(gao)溫下不同(tong)尋常(chang)的高(gao)強度和耐(nai)蝕性，所以通常(chang)把(ba)它們歸類(lei)為“超合(he)金(jin)”。該術語曾松散地應用于(yu)許多其他高(gao)強度多元(yuan)合(he)金(jin)，但一(yi)般(ban)術語“超合(he)金(jin)”是用來(lai)描述(shu)由(you)γ'和γ”相所提供(gong)的具(ju)有超強度性能的鎳基合(he)金(jin)。
在(zai)(zai)(zai)燃氣(qi)輪機動葉(xie)(xie)片(pian)上采用超合金(jin)始于(yu)IN713C合金(jin)。這種合金(jin)與X-750合金(jin)相似，但(dan)僅僅作為(wei)鑄(zhu)件生(sheng)產，因(yin)為(wei)含(han)有較多的鋁、鈦添(tian)加劑(ji)，因(yin)此從鑄(zhu)造溫度下冷卻時，會發(fa)生(sheng)時效硬化。由于(yu)該合金(jin)對(dui)SAC有極高(gao)(gao)的敏(min)感性，所以(yi)產品修復受(shou)到限制，但(dan)在(zai)(zai)(zai)葉(xie)(xie)片(pian)頂端(duan)堆焊(han)(han)則(ze)不會開裂。經過(guo)數十年(nian)的技術進展，增加了(le)“超合金(jin)”族系的其他成(cheng)員，包括(kuo)超高(gao)(gao)強度和(he)耐腐(fu)蝕(shi)的單晶透平葉(xie)(xie)片(pian)合金(jin)。為(wei)了(le)減少在(zai)(zai)(zai)運行時受(shou)到侵蝕(shi)，在(zai)(zai)(zai)葉(xie)(xie)片(pian)頂端(duan)堆焊(han)(han)是可(ke)行的，只要(yao)焊(han)(han)接(jie)過(guo)程能很(hen)好得到控制，并使殘余應(ying)力保持(chi)在(zai)(zai)(zai)較低水(shui)平。最初這些材料(liao)在(zai)(zai)(zai)焊(han)(han)接(jie)修復時曾遇到挑戰，包括(kuo)避(bi)免在(zai)(zai)(zai)熔池中(zhong)的晶粒(li)分(fen)散和(he)阻止開裂。
4. 其他特殊(shu)合金
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁化(hua)合物是(shi)圍(wei)繞或是(shi)NiAl或是(shi)Ni3Al組成而(er)設計的合金。它們顯(xian)示出非(fei)常(chang)高的強度和耐(nai)蝕性能(neng)，但由于(yu)它們在(zai)很大溫度范圍(wei)內延性低(di)，所以(yi)焊接(jie)非(fei)常(chang)困(kun)難。Ni-Cr-B和Ni-Mo-Si合金曾被開發用于(yu)在(zai)不(bu)同環(huan)境下的耐(nai)磨材(cai)料，但這些合金由于(yu)硬(ying)度高、延性低(di)，并在(zai)其成分范圍(wei)內會形成低(di)熔融(rong)區間的相，所以(yi)同樣(yang)難以(yi)焊接(jie)。
