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(shí)現(xiàn)良好的焊接，本文主要討論的是不同類(lèi)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(yōu)良的耐腐蝕性和強(qiáng)度，且加工成本低。不銹鋼在冷卻過(guò)程中不會(huì)硬化，因此不需要進(jìn)行焊前或焊后熱處理也表現(xiàn)出良好的韌性。不銹鋼根據(jù)鐵原子的晶格結(jié)構(gòu)可以分為五大類(lèi)：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(jìn)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(zhì)量好、接頭形式多樣和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。為了防止氧化并提高焊接接頭的耐蝕性，在進(jìn)行單面焊接時(shí)，需要在焊道的背部及上部采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，通常使用氬氣與其它氣體的混合氣體，包括氦氣、氫氣和氮?dú)獾取?/span>
電阻焊/點(diǎn)焊。電阻焊或點(diǎn)焊是最常用的經(jīng)濟(jì)型焊接方法之一，焊接設(shè)備類(lèi)型非常之多，可以用來(lái)焊接小型或大型的構(gòu)件。該方法是采用電流來(lái)加熱打磨后的金屬邊緣并將其焊合，在焊接低熔點(diǎn)的金屬時(shí)非常有用，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)防止金屬的變形。電阻焊或點(diǎn)焊用于金屬薄板的焊接中，因?yàn)榻佑|的金屬表面處是通過(guò)電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接的。
MIG/ 熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)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(hù)氣體和實(shí)芯焊絲的半自動(dòng)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(jīng)常使用，目的是為了穩(wěn)定電弧及提高焊接質(zhì)量。采用脈沖電流電源時(shí)，可以使其在復(fù)雜的不銹鋼焊接工程中更容易焊接其它方法難以達(dá)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(xué)性能和加工性，這些元素同時(shí)也會(huì)改進(jìn)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(wú)加工硬化傾向且易于獲得熔焊接頭，在高溫時(shí)，鐵素體的晶粒會(huì)迅速長(zhǎng)大導(dǎo)致熱影響區(qū)呈脆性從而焊接性能下降。該類(lèi)不銹鋼一般在薄板或在截面厚度小于6mm的條件下進(jìn)行焊接，填充金屬中的鉻含量要于母材中的鉻含量相當(dāng)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(dǎo)熱性和低的熱膨脹率。鐵素體不銹鋼在焊接中可能會(huì)開(kāi)裂這是由于晶粒的過(guò)度粗化導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)的韌性惡化。在焊接這類(lèi)不銹鋼薄板時(shí)并不需要焊前準(zhǔn)備，但是當(dāng)焊接較厚的鋼板時(shí)，須控制熱輸入以減小粗晶區(qū)的尺寸和開(kāi)裂敏感性。
馬氏體不銹鋼
馬氏體不銹鋼易產(chǎn)生冷裂，且不容易焊接這是由于在冷卻的過(guò)程中馬氏體會(huì)變得硬脆。在采取一些焊前措施的前提下可以實(shí)現(xiàn)成功焊接，以避免焊接熱影響區(qū)的開(kāi)裂，尤其是在焊接厚截面的部件和高拘束度的接頭時(shí)。焊接熱影響區(qū)的高硬度使這類(lèi)不銹鋼易于發(fā)生氫脆，當(dāng)焊接接頭冷卻至室溫時(shí)，焊縫會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槲椿鼗饝B(tài)的馬氏體組織，因此這類(lèi)不銹鋼在焊接時(shí)須認(rèn)真采取焊接的預(yù)防措施。開(kāi)裂傾向一般隨著鋼中的碳含量的增加而增加，可以通過(guò)采用低氫型的焊接方法來(lái)防止這一情況的發(fā)生，如TIG和MIG方法，或者采用低氫填充材料。在進(jìn)行厚截面和更高碳含量馬氏體不銹鋼的焊接時(shí)，采用適當(dāng)?shù)暮盖昂秃负筇幚砜墒购附咏Y(jié)構(gòu)韌化，使氫從焊縫中擴(kuò)散出去以降低開(kāi)裂的敏感性。填充焊絲應(yīng)該與母材的鉻含量和碳含量匹配，410牌號(hào)的焊絲用來(lái)焊接402、410、414和420不銹鋼。但還是有一些馬氏體不銹鋼被認(rèn)為是幾乎不可能焊接的。
奧氏體不銹鋼
這類(lèi)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(hù)焊MIG、手工電弧焊MMA和埋弧焊SA）進(jìn)行焊接，由于這類(lèi)不銹鋼在冷卻過(guò)程不會(huì)發(fā)生硬化，因此表現(xiàn)出良好的韌性且不需要進(jìn)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(qiáng)的耐蝕性和優(yōu)良的可加工性。在進(jìn)行焊接時(shí)采用與母材化學(xué)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(yōu)于鐵素體不銹鋼，但是一般沒(méi)有奧氏體不銹鋼那么好。含有較多氮的現(xiàn)代的雙相不銹鋼易于焊接。在焊接過(guò)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(huì)改變?cè)摬讳P鋼組織的完整性。在選擇填充金屬的時(shí)候需要慎重考慮，大部分牌號(hào)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(guò)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(guò)加熱進(jìn)行硬化的特點(diǎn)，具有高于平均水平的焊接性。它們可通過(guò)進(jìn)行熱處理進(jìn)行硬化，可達(dá)到與馬氏體不銹鋼相當(dāng)?shù)某潭龋瑫r(shí)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(dá)不到奧氏體不銹鋼的那樣的標(biāo)準(zhǔn)，但是已經(jīng)很好了，它們可以不需要預(yù)熱進(jìn)行焊接但是焊后必須進(jìn)行熱處理，以保證其組織的穩(wěn)定。沉淀硬化型不銹鋼可以很容易通過(guò)采用常規(guī)的熔焊和電阻焊的方法進(jìn)行焊接，但是在進(jìn)行熱處理的時(shí)候需特別注意以保證獲得焊接接頭的最佳性能。對(duì)于沉淀硬化型不銹鋼，獲得與母材的力學(xué)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(jìn)行焊接時(shí)需要進(jìn)行仔細(xì)的準(zhǔn)備工作，包括選擇匹配的填充材料和進(jìn)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(nèi)，如果兩種金屬具有幾乎相同的學(xué)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(hù)焊接方法（MIG 或GMAW）是用來(lái)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(gè)牌號(hào)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(kāi)裂，同309不銹鋼具有足夠的鉻和鎳元素來(lái)阻止低碳鋼中元素?cái)U(kuò)散問(wèn)題。因此，獲得的焊縫金屬具有優(yōu)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(qiáng)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(qiáng)度高于低碳鋼但由于開(kāi)裂傾向大更難焊接，焊接時(shí)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(qiáng)度和硬度，但是焊接性很差，很難獲得不開(kāi)裂的焊接接頭。
中高碳鋼認(rèn)為是典型的“難焊”金屬，是由于焊接接頭的熱作用導(dǎo)致的硬化效應(yīng)，當(dāng)鋼鐵材料冷卻的時(shí)候，很容易形成脆硬的馬氏體相。由于高的碳含量，此類(lèi)鋼一般需要進(jìn)行熱處理，在進(jìn)行焊接加工后，其原有的性能會(huì)減弱。因此這類(lèi)鋼需要進(jìn)行徹底的焊接預(yù)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(jìn)行焊接，當(dāng)采用MIG焊接方法焊接不銹鋼和普通碳鋼時(shí)，應(yīng)采用更好的填充金屬。
與鍍鋅鋼的焊接性
當(dāng)不銹鋼與鍍鋅鋼進(jìn)行焊接時(shí)，在焊接前需將待焊區(qū)域的鋅鍍層去除。如果焊接熔化區(qū)混入熔化的鋅時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生脆性或降低焊縫的耐蝕性。
與鋁的焊接性
在航天、汽車(chē)和造船業(yè)中經(jīng)常需要進(jìn)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(diǎn)的差距大，這對(duì)于焊接工藝來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的劣勢(shì)，因此研發(fā)了兩種工藝以在弧焊過(guò)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(guò)渡層，這樣鋁和不銹鋼之間的連接不會(huì)產(chǎn)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(jìn)行焊接即可實(shí)現(xiàn)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(jìn)行焊接。
與銅的焊接性
在進(jìn)行這種焊接時(shí)，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(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也很低。
總結(jié)
雖然焊接不銹鋼比焊接普通的碳鋼并不難多少，但是在進(jìn)行焊接時(shí)必須認(rèn)真對(duì)待且控制好不銹鋼的加熱和冷卻過(guò)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(lái)源：《不銹》2025年第二期
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