諸多為碳鋼而研發的焊接方法也可以使用在不鏽鋼焊接中,只有少數真正適合於不鏽鋼並且已經成為標準的方法有:電弧焊、電阻焊、電子束焊,激光焊和磨擦焊。
焊接是連接金屬的最經濟且效率最高的方法。這個過程使得結構的輕量化成為可能(通過選用最佳材料),連接所有的工業金屬並可提供設計的適應性。
不鏽鋼的焊接性受其化學成分,金相組織和物理性能的影響,鐵素體不鏽鋼在進行焊接時,具有一些比奧氏體不鏽鋼所不能比的非常實用的優勢,這是由於其有較低的熱膨脹係數,較低的電阻率和較高的導熱性。
穩定化和非穩定化的鐵素體類鋼
一般說來,鐵素體不鏽鋼與奧氏體不鏽鋼相比,焊後產生晶間腐蝕的傾向要小。
尤其是對於經“穩定化處理”的鐵素體不鏽鋼來說,更是這樣。所謂穩定化處理,就是添加強碳化物形成元素,如鈦 (Ti) 和鈮 (Nb)。這些元素在鋼中與碳牢固結合起來,在焊接過程中,避免碳與鉻結合形成鉻的碳化物。這樣就避免了在晶間產生貧鉻區,經穩定化處理過的鐵素體不鏽鋼的確沒有晶間腐蝕傾向。
為了保證完全穩定化,鈦的含量必須高於五倍的碳含量,或者鈮加鈦的含量必須高於三倍的碳含量。有時,適當加入氮,氮與鈦、鈮形成的氮化物可以細化熔合區的晶粒。
非穩定化處理的鐵素體不鏽鋼不含鈦或鈮,因此在熱影響區具有晶間腐蝕敏感性,這是由於產生了鉻的碳化物。這種現象叫“敏化”,其程度主要取決於碳含量。
敏化態的不鏽鋼的耐蝕性可以通過在 600-800°C 的溫度範圍內退火處理而恢復。
高匹配的添充金屬
為了保證焊縫也具有耐蝕性,使用的任何鐵素體添充金屬的 Cr,Mo,Ti 和(或)Nb 合金元素的含量要稍高於其母材中的含量。這是由於在焊接區會由於熱的作用而使鉻燒損。另外,也可以使用奧氏體填充金屬,Cr 和 Mo 的含量要高於母材。
保護氣體
由於含 Cr 高,不鏽鋼在熔化狀態下被強烈氧化。如果在焊接過程中沒有使其與空氣隔離,鉻就會燒損並形成氧化物,結果會喪失緻密性,降低焊接接頭的耐蝕性。對焊縫表面和附近區域的保護通常是通過提供惰性氣體的保護來實現的。這種保護氣體可以是純氬(Ar)或氦氣(He)或者是二者的混合氣體。
在焊接鐵素體不鏽鋼時,保護氣體應是純氬或者是氬和氦的混合氣體。氬氫混合氣體通常用於奧氏體不鏽鋼中,但這可能會引起焊接接頭的氫脆。在焊接鐵素體不鏽鋼時,氬是最常見的背保氣體(用來保護工件的背面)。在焊接鐵素體不鏽鋼時是絕對禁止用氮氣的。
除了上述危險之外,還會在高溫下由“形成相”和“晶粒粗化”而產生的脆化。這些危險的解決方法列在下面的“補救方法”表中。