不同的不銹鋼合金之間以及不銹鋼和其它金屬之間都可以實現良好的焊接，本文主要討論的是不同類型不銹鋼之間的焊接性。
不銹鋼是具有良好可焊性的材料，焊接接頭具有優良的耐腐蝕性和強度，且加工成本低。不銹鋼在冷卻過程中不會硬化，因此不需要進行焊前或焊后熱處理也表現出良好的韌性。不銹鋼根據鐵原子的晶格結構可以分為五大類：鐵素體，馬氏體，奧氏體，雙相（奧氏體+鐵素體）和沉淀硬化不銹鋼。這些不銹鋼與其它金屬如低碳、中碳和高碳鋼、鍍鋅鋼、鋁和銅之間都有良好的焊接性。
不銹鋼焊接
可以采用TIG、電阻焊和MIG方法進行焊接不銹鋼 。
TIG/鎢極氬弧焊。作為最普遍采用的不銹鋼焊接方法，TIG焊接方法具有低的熱輸入，使其成為焊接薄板的最佳方法，該方法獲得的焊件具有質量好、接頭形式多樣和使用壽命長的特點。為了防止氧化并提高焊接接頭的耐蝕性，在進行單面焊接時，需要在焊道的背部及上部采用惰性氣體進行保護，通常使用氬氣與其它氣體的混合氣體，包括氦氣、氫氣和氮氣等。
電阻焊/點焊。電阻焊或點焊是最常用的經濟型焊接方法之一，焊接設備類型非常之多，可以用來焊接小型或大型的構件。該方法是采用電流來加熱打磨后的金屬邊緣并將其焊合，在焊接低熔點的金屬時非常有用，因為可以通過調節參數來防止金屬的變形。電阻焊或點焊用于金屬薄板的焊接中，因為接觸的金屬表面處是通過電流通過電阻產生的熱量來實現焊接的。
MIG/ 熔化極氣體保護焊。熔化極氣體保護焊可以獲得兩件不銹鋼之間牢固的接頭，是一種采用富氬的保護氣體和實芯焊絲的半自動焊接方法。包括和氦氣、氧氣和二氧化碳的其它混合氣體也經常使用，目的是為了穩定電弧及提高焊接質量。采用脈沖電流電源時，可以使其在復雜的不銹鋼焊接工程中更容易焊接其它方法難以達到的地方。
除了具有最少10.5%的鉻含量，不銹鋼中還含有其它元素以提高耐熱性、力學性能和加工性，這些元素同時也會改進或影響焊接性。
鐵素體不銹鋼
鐵素體不銹鋼是一種以單相鐵素體作為主要相的不銹鋼，無加工硬化傾向且易于獲得熔焊接頭，在高溫時，鐵素體的晶粒會迅速長大導致熱影響區呈脆性從而焊接性能下降。該類不銹鋼一般在薄板或在截面厚度小于6mm的條件下進行焊接，填充金屬中的鉻含量要于母材中的鉻含量相當或更高。鐵素體不銹鋼易于焊接且尤其適用于熱交換管，這是由于該不銹鋼具有高的導熱性和低的熱膨脹率。鐵素體不銹鋼在焊接中可能會開裂這是由于晶粒的過度粗化導致焊接熱影響區的韌性惡化。在焊接這類不銹鋼薄板時并不需要焊前準備，但是當焊接較厚的鋼板時，須控制熱輸入以減小粗晶區的尺寸和開裂敏感性。
馬氏體不銹鋼
馬氏體不銹鋼易產生冷裂，且不容易焊接這是由于在冷卻的過程中馬氏體會變得硬脆。在采取一些焊前措施的前提下可以實現成功焊接，以避免焊接熱影響區的開裂，尤其是在焊接厚截面的部件和高拘束度的接頭時。焊接熱影響區的高硬度使這類不銹鋼易于發生氫脆，當焊接接頭冷卻至室溫時，焊縫會轉變為未回火態的馬氏體組織，因此這類不銹鋼在焊接時須認真采取焊接的預防措施。開裂傾向一般隨著鋼中的碳含量的增加而增加，可以通過采用低氫型的焊接方法來防止這一情況的發生，如TIG和MIG方法，或者采用低氫填充材料。在進行厚截面和更高碳含量馬氏體不銹鋼的焊接時，采用適當的焊前和焊后處理可使焊接結構韌化，使氫從焊縫中擴散出去以降低開裂的敏感性。填充焊絲應該與母材的鉻含量和碳含量匹配，410牌號的焊絲用來焊接402、410、414和420不銹鋼。但還是有一些馬氏體不銹鋼被認為是幾乎不可能焊接的。
奧氏體不銹鋼
這類不銹鋼可以很容易采用任何一種弧焊方法（鎢極氬弧焊TIG、熔化極氣體保護焊MIG、手工電弧焊MMA和埋弧焊SA）進行焊接，由于這類不銹鋼在冷卻過程不會發生硬化，因此表現出良好的韌性且不需要進行焊前及焊后熱處理。奧氏體不銹鋼即200系列和300系列不銹鋼合金，它們具有很強的耐蝕性和優良的可加工性。在進行焊接時采用與母材化學成分相匹配的普通焊絲。
雙相（奧氏體－鐵素體）不銹鋼
雙相不銹鋼的焊接工藝和焊接性要優于鐵素體不銹鋼，但是一般沒有奧氏體不銹鋼那么好。含有較多氮的現代的雙相不銹鋼易于焊接。在焊接過程中必須非常注意溫度的控制，這是由于太小或太大的焊接熱輸入都會改變該不銹鋼組織的完整性。在選擇填充金屬的時候需要慎重考慮，大部分牌號的雙相不銹鋼母材并不適合于作為填充金屬，這是由于在焊后冷卻過程填充金屬的冷卻速度要比母材快得多。
沉淀硬化不銹鋼
沉淀硬化型不銹鋼是馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的組合，它們具有耐蝕性和可通過加熱進行硬化的特點，具有高于平均水平的焊接性。它們可通過進行熱處理進行硬化，可達到與馬氏體不銹鋼相當的程度，同時具有與奧氏體不銹鋼相近的耐蝕性。盡管沉淀硬化型不銹鋼的焊接性達不到奧氏體不銹鋼的那樣的標準，但是已經很好了，它們可以不需要預熱進行焊接但是焊后必須進行熱處理，以保證其組織的穩定。沉淀硬化型不銹鋼可以很容易通過采用常規的熔焊和電阻焊的方法進行焊接，但是在進行熱處理的時候需特別注意以保證獲得焊接接頭的最佳性能。對于沉淀硬化型不銹鋼，獲得與母材的力學性能相同的焊接接頭非常困難。為了獲得與母材性能盡可能相近的焊接接頭，在進行焊接時需要進行仔細的準備工作，包括選擇匹配的填充材料和進行焊后熱處理等。
與低碳鋼的焊接性
低碳鋼中的碳含量在0.05wt%到0.25wt%的范圍內，如果兩種金屬具有幾乎相同的學性能的話，不銹鋼與低碳鋼的焊接并不困難。熔化極氣體保護焊接方法（MIG 或GMAW）是用來焊接不銹鋼和低碳鋼的非常好的方法。選擇合適的焊絲非常重要，309不銹鋼焊絲最佳，這是由于這個牌號的焊絲具有低的碳含量且組織中含有少量的鐵素體以防止開裂，同309不銹鋼具有足夠的鉻和鎳元素來阻止低碳鋼中元素擴散問題。因此，獲得的焊縫金屬具有優良的耐腐蝕性能。
與中高碳鋼的焊接性
中碳鋼的碳含量在0.30%-0.60%之間，而高碳鋼的碳含量大于0.6%。碳含量越高，鋼的強度越高，硬度越大且塑性下降。
a.碳含量0.30%-0.60%，且含錳0.6-1.65%的中碳鋼的強度高于低碳鋼但由于開裂傾向大更難焊接，焊接時采用低氫型焊接方法或控?填充焊絲中的氫含量。
b.碳含量0.60%-1.0%，且含錳0.30-0.90%的高碳鋼具有極高的強度和硬度，但是焊接性很差，很難獲得不開裂的焊接接頭。
中高碳鋼認為是典型的“難焊”金屬，是由于焊接接頭的熱作用導致的硬化效應，當鋼鐵材料冷卻的時候，很容易形成脆硬的馬氏體相。由于高的碳含量，此類鋼一般需要進行熱處理，在進行焊接加工后，其原有的性能會減弱。因此這類鋼需要進行徹底的焊接預熱及焊后熱處理。奧氏體不銹鋼如304或316可以采用MIG或TIG焊接方法與普通碳鋼進行焊接，當采用MIG焊接方法焊接不銹鋼和普通碳鋼時，應采用更好的填充金屬。
與鍍鋅鋼的焊接性
當不銹鋼與鍍鋅鋼進行焊接時，在焊接前需將待焊區域的鋅鍍層去除。如果焊接熔化區混入熔化的鋅時會導致產生脆性或降低焊縫的耐蝕性。
與鋁的焊接性
在航天、汽車和造船業中經常需要進行鋁和鋼鐵的焊接以減輕重量及提高效率。由于鋁和鋼的熔點的差距大，這對于焊接工藝來說是一個巨大的劣勢，因此研發了兩種工藝以在弧焊過程中將兩種金屬隔離以防止脆性的金屬間化合物的形成。
第一種是采用雙金屬過渡層，這樣鋁和不銹鋼之間的連接不會產生化合物。在這種方中，只需要鋁和鋁之間和不銹鋼和不銹鋼之間進行焊接即可實現兩種金屬的連接。
第二種是在不銹鋼的表面覆蓋一層鋁或銀的釬料，之后采用鋁的電弧焊的方法進行焊接。
與銅的焊接性
在進行這種焊接時，電子束焊接方法是最佳的方法，主要是由于電子束焊接是一種焊接銅的重要工藝，而銅是這兩種金屬是焊接難度更大的，焊接銅和不銹鋼異種金屬極其困難且獲得的焊接結構的強度也很低。
總結
雖然焊接不銹鋼比焊接普通的碳鋼并不難多少，但是在進行焊接時必須認真對待且控制好不銹鋼的加熱和冷卻過程，另外選擇與被焊材料正確匹配的填充金屬也非常重要。
來源：《不銹》2025年第二期
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