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摘要：不同种类的不锈钢由于其自身特点，其焊接性能存在差异。文章主要介绍了常见的几类不锈钢的焊接特点和焊接技术。
关键词：不锈钢；焊接性能；工艺措施
中图分类号：TG457.1 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）09－0023－02
不锈钢在各个不同领域中的应用越来越广泛，尤其是在航天工业、核工业制造人造卫星、宇宙飞船、火箭和核动力装置中不可缺少的材料；而且使用量不断增加，从而使不锈钢的焊接凸显出其重要性。
1不锈钢简介
不锈钢是指含Cr量高于12%的钢，Cr能在钢的表面形成一层坚固致密的Cr2O3薄膜，使钢免遭腐蚀。在此基础上，再加人一定数量的Ni、Ti、Nb、W等元素，则能形成具有特殊耐腐蚀性、抗高温氧化或具有一定高温强度及表面美观等性能的各类不锈钢钢种。不锈钢按空冷后室温组织不同分为奥氏体、铁素体、马氏体、双相（A＋F）和沉淀硬化不锈钢等几类不锈钢。
2各种不锈钢的焊接技术具体分析
2.1奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢因焊接性良好，奥氏体不锈钢是应用最广的一种。
2.1.1奥氏体不锈钢的焊接特点
奥氏体不锈钢虽用的最为广泛，但焊接材料或焊接工艺不正确时，会出现以下缺陷：
（1）晶间腐蚀，引起金属机械性能和耐腐蚀性能的下降。对应措施：选用合适焊条；减少危险温度范围停留时间；接触介质的那面焊缝最后焊接；焊后固溶处理要妥当。
（2）应力腐蚀开裂。相对应措施：合理制定成形加工和组装工艺；合理选择焊材；采取合适的焊接工艺；采取合理的焊接顺序；焊后正确热处理。
（3）焊缝成形不良，易造成表面成形不良。防止措施：对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶间腐蚀问题，可以通过焊接工艺来加以解决。
2.1.2奥氏体不锈钢的焊接技术注意点
根据上述不锈钢的焊接特点，为保证接头的质量，应当采用以下焊接工艺：①焊前准备。做好焊条及焊缝的清洁工作。②焊接薄板和拘束度较小的不锈钢焊件，可选用氧化钛型药皮焊条。③对于立焊和仰焊位置，应采用氧化钙型药皮焊条。④气体保护焊和埋弧自动焊时，应选用铬锰含量比母材高的焊丝，以补偿焊接过程中合金元素的烧损。⑤在焊接过程中，必须将焊件保持较低的层间温度，最好不超过150 ℃。⑥手工电弧焊时，应在焊条说明书规定的电流范围内选择焊接电流。⑦在操作技术上应采用窄焊道技术，焊接时尽量不摆动焊条，在保持良好熔合的前提下，尽可能提高焊接速度。⑧不锈钢焊件焊后一般不作消除应力处理。通过采用以上焊接工艺，可提高奥氏体不锈钢的焊接质量。
2.2铁素体不锈钢
2.2.1铁素体不锈钢焊接特点
铁素体不锈钢焊接性的主要问题是焊接接头热影响区晶粒粗化和耐蚀性下降。焊接裂纹问题则不显著，现代高纯铁素体对热裂纹及冷裂纹均不敏感。但是，如果焊接结构设计不合理等原因，焊缝承受较大的拘束应力或T作于腐蚀介质中，焊缝或热影响区可能会在服役过程中产生裂纹。
2.2.2铁素体不锈钢在焊接时需注意的问题
（1）焊前预热及焊后热处理的选择只有在采用同质焊接材料焊接较高（C＋N）含量的高铬铁素体不锈钢母材的情况下才有低温预热的必要性，高纯度的铁素体不锈钢可以不预热。
（2）焊接材料选择。一般来说，采用奥氏体焊接材料，才能保证焊缝具有较高的韧性；如果要求焊缝的颜色与母材相同或接近，则可采用专门的铁素体焊接材料。
（3）475 ℃脆化问题。475 ℃脆性是铁素体不锈钢不可回避的主要问题之一。为了减小475 ℃脆性，无论是母材还是焊缝金属都应该最大限度地提高纯度，并尽量避开在430～485 ℃之间的加热，或者尽量缩短在此温度区间的停留时间。
2.3马氏体不锈钢
2.3.1马氏体不锈钢的焊接特点
属于马氏体不锈钢的铜号有1Crl3、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Crl3Mo、1Cr17Ni2、2Crl3Ni2、9Cr18、9Crl8MoV等。它的焊接有强烈的冷裂倾向，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，铜中含碳量越高，冷裂倾向越大。焊接时在温度宜控制在1 150 ℃左右。马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。
2.3.2马氏体不锈钢的焊接工艺
（1）焊前预热。焊前预热是防止产生冷裂纹的主要工艺措施。当C的质量分数为0.1%～0.2%时，预热温度为200～260 ℃，对高刚性焊件可预热至400～450 ℃。
（2）焊后冷却。焊件焊后不应从焊接温度直接升温进行回火处理，因为焊接过程中奥氏体可能未完全转变，如立即升温回火，会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥氏体向珠光体转变，产生晶粒粗大的组织，严重降低韧性。因此回火前应使焊件冷却，让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完了。
（3）焊后热处理。目的是降低焊缝和热影响区的硬度，改善塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。焊后热处理分回火和完全退火两种。回火温度为650～750 ℃，保温1 h，空冷；若焊件焊后需机加工，为了得到最低硬度，可采用完全退火，退火温度为830～880 ℃，保温2 h，炉冷至595 ℃，然后空冷。
（4）焊条的选用。焊接马氏体不锈钢用焊条分为铬不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条两大类
2.4双相不锈钢
2.4.1双相不锈钢的焊接特点
顾名思义，双相不锈钢是由奥氏体和铁索体二种显微组织相组成的钢种。双相钢中的奥氏体赋予钢以足够的韧性，而铁索体则提供良好的力学性能和优异的抗应力腐蚀性能，同时双相钢具有良好的焊接性能。双相不锈钢的焊接性基本上与焊缝金属中的铁素体含量有关。铁素体固然能提高焊接接头的抗应力腐蚀能力，但过量的铁素体则会导致焊缝金属的脆化。
2.4.2双相不锈钢的焊接注意要点
双相不锈钢需采用熔焊方法和气体保护焊接法等来进行焊接。
（1）使用熔焊方法进行焊接时应注意以下要点：选择适当的热输入。过低的热输入会使奥氏体相析出大量减小，甚至形成纯铁素体组织。双相钢焊接时可承受较大的热输入，使焊后焊缝和热影响区形成足够的奥氏体相，满足接头力学和耐蚀性的要求，但过高的线能量使焊缝和HAZ的晶粒粗大，韧性和耐蚀性下降；宜采用多层焊。最后，在焊缝表面再施以一层工艺焊缝可对表层焊缝和HAZ有热处理的作用；避免任何热处理。
（2）采用气体保护焊时，采用Ar或Ar和一定量N的混合气体作为保护气体。近年来也有使用埋弧焊进行焊接，但是此种方法稀释率较大、铁素体量增加，所以使用较少。但是由于埋弧焊的高生产率，目前国内有许多技术人员在进行埋弧焊工艺改进的研究工作。
2.5沉淀硬化不锈钢
2.5.1沉淀硬化不锈钢的焊接特点
沉淀硬化不锈钢是一种新型不锈钢。它有高强度、高韧性、高抗蚀能力和高疲劳强度以及断裂韧性等优点：
（1）严格的化学成分组成。沉淀硬化不锈钢的成分设计，十分重视各元素的相互作用和严格的比例关系，波动范围较窄，以保证取得优熟的性能。
（2）采用综合强化的方法。特别是半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，利用了马氏体相变强化、冷变形强化、时效沉淀强化等多种强化方法。因此它的机械性能可以在很大范围中调节。在使用时，应根据需要，选定状态。
（3）较复杂的组织。半奥氏体沉淀硬化不锈钢，在不同状态下，其组织有马氏体、残余奥氏体、高温铁素体、多种台盒碳化物和多种沉淀金属化合物组成。
2.5.2沉淀不锈钢的焊接注意事项
（1）钢种和状态的选择。应根据部件的受力情况，工作环境、经济性和工艺性选用钢种。一般情况下，在恶劣环境下工作的受力部件，可选用半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，应特别注意它的状态。
（2）热处理的控制。半奥氏体型沉淀硬化不锈钢的热处理工艺复杂，要严格控制处理气氛、加热和冷却参数。结构零件一般采用有高温调整处理的RH950制度。时效处理对应注意尺寸变化。精密零件要考虑防止热处理变形措施。
从我国的不锈钢产量和消费量来看，使用目前的焊接技术已不能满足日益增长的要求。大力改进不锈钢的焊接技术，逐步缩小我国与世界先进水平的差距，是摆在我国广大焊接科研技术人员面前的一个亟待解决的问题。
The Exploration of Welding Technology for Stainless Steel
Liang Yun
Abstract: As different types of stainless steel have their own characteristics, the welding performance is different. The paper mainly introduces the welding features and welding technology of several common types of stainless steel.
Key words: stainless steel; welding performance; process measures
关键词：不锈钢；焊接性能；工艺措施
中图分类号：TG457.1 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）09－0023－02
不锈钢在各个不同领域中的应用越来越广泛，尤其是在航天工业、核工业制造人造卫星、宇宙飞船、火箭和核动力装置中不可缺少的材料；而且使用量不断增加，从而使不锈钢的焊接凸显出其重要性。
1不锈钢简介
不锈钢是指含Cr量高于12%的钢，Cr能在钢的表面形成一层坚固致密的Cr2O3薄膜，使钢免遭腐蚀。在此基础上，再加人一定数量的Ni、Ti、Nb、W等元素，则能形成具有特殊耐腐蚀性、抗高温氧化或具有一定高温强度及表面美观等性能的各类不锈钢钢种。不锈钢按空冷后室温组织不同分为奥氏体、铁素体、马氏体、双相（A＋F）和沉淀硬化不锈钢等几类不锈钢。
2各种不锈钢的焊接技术具体分析
2.1奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢因焊接性良好，奥氏体不锈钢是应用最广的一种。
2.1.1奥氏体不锈钢的焊接特点
奥氏体不锈钢虽用的最为广泛，但焊接材料或焊接工艺不正确时，会出现以下缺陷：
（1）晶间腐蚀，引起金属机械性能和耐腐蚀性能的下降。对应措施：选用合适焊条；减少危险温度范围停留时间；接触介质的那面焊缝最后焊接；焊后固溶处理要妥当。
（2）应力腐蚀开裂。相对应措施：合理制定成形加工和组装工艺；合理选择焊材；采取合适的焊接工艺；采取合理的焊接顺序；焊后正确热处理。
（3）焊缝成形不良，易造成表面成形不良。防止措施：对于焊缝成形不良以及焊接热影响区的晶间腐蚀问题，可以通过焊接工艺来加以解决。
2.1.2奥氏体不锈钢的焊接技术注意点
根据上述不锈钢的焊接特点，为保证接头的质量，应当采用以下焊接工艺：①焊前准备。做好焊条及焊缝的清洁工作。②焊接薄板和拘束度较小的不锈钢焊件，可选用氧化钛型药皮焊条。③对于立焊和仰焊位置，应采用氧化钙型药皮焊条。④气体保护焊和埋弧自动焊时，应选用铬锰含量比母材高的焊丝，以补偿焊接过程中合金元素的烧损。⑤在焊接过程中，必须将焊件保持较低的层间温度，最好不超过150 ℃。⑥手工电弧焊时，应在焊条说明书规定的电流范围内选择焊接电流。⑦在操作技术上应采用窄焊道技术，焊接时尽量不摆动焊条，在保持良好熔合的前提下，尽可能提高焊接速度。⑧不锈钢焊件焊后一般不作消除应力处理。通过采用以上焊接工艺，可提高奥氏体不锈钢的焊接质量。
2.2铁素体不锈钢
2.2.1铁素体不锈钢焊接特点
铁素体不锈钢焊接性的主要问题是焊接接头热影响区晶粒粗化和耐蚀性下降。焊接裂纹问题则不显著，现代高纯铁素体对热裂纹及冷裂纹均不敏感。但是，如果焊接结构设计不合理等原因，焊缝承受较大的拘束应力或T作于腐蚀介质中，焊缝或热影响区可能会在服役过程中产生裂纹。
2.2.2铁素体不锈钢在焊接时需注意的问题
（1）焊前预热及焊后热处理的选择只有在采用同质焊接材料焊接较高（C＋N）含量的高铬铁素体不锈钢母材的情况下才有低温预热的必要性，高纯度的铁素体不锈钢可以不预热。
（2）焊接材料选择。一般来说，采用奥氏体焊接材料，才能保证焊缝具有较高的韧性；如果要求焊缝的颜色与母材相同或接近，则可采用专门的铁素体焊接材料。
（3）475 ℃脆化问题。475 ℃脆性是铁素体不锈钢不可回避的主要问题之一。为了减小475 ℃脆性，无论是母材还是焊缝金属都应该最大限度地提高纯度，并尽量避开在430～485 ℃之间的加热，或者尽量缩短在此温度区间的停留时间。
2.3马氏体不锈钢
2.3.1马氏体不锈钢的焊接特点
属于马氏体不锈钢的铜号有1Crl3、2Cr13、3Cr13、4Cr13、3Crl3Mo、1Cr17Ni2、2Crl3Ni2、9Cr18、9Crl8MoV等。它的焊接有强烈的冷裂倾向，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，铜中含碳量越高，冷裂倾向越大。焊接时在温度宜控制在1 150 ℃左右。马氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向很小。
2.3.2马氏体不锈钢的焊接工艺
（1）焊前预热。焊前预热是防止产生冷裂纹的主要工艺措施。当C的质量分数为0.1%～0.2%时，预热温度为200～260 ℃，对高刚性焊件可预热至400～450 ℃。
（2）焊后冷却。焊件焊后不应从焊接温度直接升温进行回火处理，因为焊接过程中奥氏体可能未完全转变，如立即升温回火，会出现碳化物沿奥氏体晶界沉淀和奥氏体向珠光体转变，产生晶粒粗大的组织，严重降低韧性。因此回火前应使焊件冷却，让焊缝和热影响区的奥氏体基本分解完了。
（3）焊后热处理。目的是降低焊缝和热影响区的硬度，改善塑性和韧性，同时减少焊接残余应力。焊后热处理分回火和完全退火两种。回火温度为650～750 ℃，保温1 h，空冷；若焊件焊后需机加工，为了得到最低硬度，可采用完全退火，退火温度为830～880 ℃，保温2 h，炉冷至595 ℃，然后空冷。
（4）焊条的选用。焊接马氏体不锈钢用焊条分为铬不锈钢焊条和铬镍奥氏体不锈钢焊条两大类
2.4双相不锈钢
2.4.1双相不锈钢的焊接特点
顾名思义，双相不锈钢是由奥氏体和铁索体二种显微组织相组成的钢种。双相钢中的奥氏体赋予钢以足够的韧性，而铁索体则提供良好的力学性能和优异的抗应力腐蚀性能，同时双相钢具有良好的焊接性能。双相不锈钢的焊接性基本上与焊缝金属中的铁素体含量有关。铁素体固然能提高焊接接头的抗应力腐蚀能力，但过量的铁素体则会导致焊缝金属的脆化。
2.4.2双相不锈钢的焊接注意要点
双相不锈钢需采用熔焊方法和气体保护焊接法等来进行焊接。
（1）使用熔焊方法进行焊接时应注意以下要点：选择适当的热输入。过低的热输入会使奥氏体相析出大量减小，甚至形成纯铁素体组织。双相钢焊接时可承受较大的热输入，使焊后焊缝和热影响区形成足够的奥氏体相，满足接头力学和耐蚀性的要求，但过高的线能量使焊缝和HAZ的晶粒粗大，韧性和耐蚀性下降；宜采用多层焊。最后，在焊缝表面再施以一层工艺焊缝可对表层焊缝和HAZ有热处理的作用；避免任何热处理。
（2）采用气体保护焊时，采用Ar或Ar和一定量N的混合气体作为保护气体。近年来也有使用埋弧焊进行焊接，但是此种方法稀释率较大、铁素体量增加，所以使用较少。但是由于埋弧焊的高生产率，目前国内有许多技术人员在进行埋弧焊工艺改进的研究工作。
2.5沉淀硬化不锈钢
2.5.1沉淀硬化不锈钢的焊接特点
沉淀硬化不锈钢是一种新型不锈钢。它有高强度、高韧性、高抗蚀能力和高疲劳强度以及断裂韧性等优点：
（1）严格的化学成分组成。沉淀硬化不锈钢的成分设计，十分重视各元素的相互作用和严格的比例关系，波动范围较窄，以保证取得优熟的性能。
（2）采用综合强化的方法。特别是半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，利用了马氏体相变强化、冷变形强化、时效沉淀强化等多种强化方法。因此它的机械性能可以在很大范围中调节。在使用时，应根据需要，选定状态。
（3）较复杂的组织。半奥氏体沉淀硬化不锈钢，在不同状态下，其组织有马氏体、残余奥氏体、高温铁素体、多种台盒碳化物和多种沉淀金属化合物组成。
2.5.2沉淀不锈钢的焊接注意事项
（1）钢种和状态的选择。应根据部件的受力情况，工作环境、经济性和工艺性选用钢种。一般情况下，在恶劣环境下工作的受力部件，可选用半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，应特别注意它的状态。
（2）热处理的控制。半奥氏体型沉淀硬化不锈钢的热处理工艺复杂，要严格控制处理气氛、加热和冷却参数。结构零件一般采用有高温调整处理的RH950制度。时效处理对应注意尺寸变化。精密零件要考虑防止热处理变形措施。
从我国的不锈钢产量和消费量来看，使用目前的焊接技术已不能满足日益增长的要求。大力改进不锈钢的焊接技术，逐步缩小我国与世界先进水平的差距，是摆在我国广大焊接科研技术人员面前的一个亟待解决的问题。
The Exploration of Welding Technology for Stainless Steel
Liang Yun
Abstract: As different types of stainless steel have their own characteristics, the welding performance is different. The paper mainly introduces the welding features and welding technology of several common types of stainless steel.
Key words: stainless steel; welding performance; process measures