许多焊接方法都可用于不锈钢的焊接，但对于不同类型的不锈钢，由于其组织与性能存在较大的差异，焊接性也各不相同，因此，不同的焊接方法对于不同类型的不锈钢具有不同的适用性。在选择焊接方法时，要根据不锈钢母材的焊接性，对焊接接头力学性能、耐腐蚀性能的综合要求来确定。例如埋弧焊是一种高效优质的焊接方法，对于含有少量铁素体的奥氏体不锈钢焊缝来讲，通常不会产生焊接热裂纹，但对于纯奥氏体不锈钢焊缝，由于许多焊剂向焊缝金属中增硅，焊缝金属容易形成粗大的单相奥氏体柱状晶，焊缝金属的热裂纹敏感性大，因此一般不采用埋弧焊焊接纯奥氏体不锈钢，除非采用特殊的焊剂。当焊接接头的腐蚀性要求高时，钨极氩焊等惰性气体保护焊具有明显的优势。对于一些特种焊接方法，如电阻点焊、缝焊、闪光焊及螺柱焊，也可用于不锈钢的焊接，与普通低碳钢相比，由于不锈钢具有较高的电阻和较高的强度，因此需要较低的焊接电流和较大的压力或顶锻力。钎焊也广泛应用于不锈钢的连接，母材类型不同，钎焊温度也不同，与普通碳钢相比，不锈钢用钎剂有较强的腐蚀性，为了防止残留的钎剂对钎焊接头的腐蚀，需对钎焊接头予以仔细的清理。现如今所应用的不锈钢有奥氏体不锈钢和双相不锈钢, 所以对这两种类型的不锈钢的焊接进行重点介绍。
一、奥氏体不锈钢的焊接
1. 奥氏体不锈钢的概述
奥氏体不锈钢代表了整个不锈钢系列中最大的一个类别，生产的吨位高于其他任何一种类别。它们在绝大多数环境中具有良好的耐腐蚀性。奥氏体不锈钢具有和低碳钢相当的强度，室温时最低屈服强度约为210MPa（30ksi），然而不能相变强化。由于这类钢低温冲击韧度好而可用于低温工作环境。其高温工作温度可达760℃或者更高，但是大部分钢在这么高的温度下强度和抗氧化能力是有限的。奥氏体不锈钢可以通过冷作硬化而有效地强化。它们经常用于要求有很耐大气腐蚀或耐高温腐蚀能力的工作场合。只要按照正确的工艺规范施焊，这类钢都是可以焊接的。在这类钢中添加大量的奥氏体形成元素，特别是镍（一般w（Cr）=8%），其他的奥氏体形成元素是C、N和Cu。碳和氮是强奥氏体形成元素，这可以从镍当量公式中各系数值可看出：Nieq=Ni+35C+20N+0.25Cu，加碳是为了改进高温强度（蠕变强度）。在某些钢中加入氮主要是为了改进室温强度和低温强度，有时可以提高一倍多，用氮强化的钢经常在它们的AISI 300系列型号后面标注一个后缀N，如304LN。AISI 200系列（如201）也是氮强化钢，经常使用各种商业名称，例如：Nitronic.
奥氏体不锈钢一般具有较好的韧度和延性，在拉伸加载时显示出很高的断后伸长率。由于钢中合金含量较高，所以比马氏体不锈钢、低铬和中铬铁素体不锈钢要贵。尽管钢本身价格高，但提供了突出的工程制造方面的优点，特别是良好成形性和焊接性，因而和其他类的不锈钢比较，经常降低了总的成本。奥氏体不锈钢虽然有很多种类，但300系列是最老的也是应用最广的。这类钢大部分是在18Cr-8Ni系的基础上加入合金元素或者是进行变质，而得到独特的性能或者使性能更完备。
304型不锈钢是这个系列钢的基础，加上304L代表了最常选用的奥氏体不锈钢。在316型不锈钢中用质量分数大约2%的仩替代等量的铬以改善耐点蚀能力。在稳定化的321和347钢中分别少量的钛和铌，它们和碳结合以减少由于析出富铬碳化物而引起的晶间腐蚀。在上世纪60年代普遍使用L类钢，这是由于利用AOD（氩-氧脱碳）方法熔炼，降低了标准型（非低碳钢）和低碳型不锈钢之间的价格差别。这类低碳型号不锈钢（304L，316L）已经广泛用于受到晶间侵蚀和晶间应力腐蚀的工作场合。
如ASTM A312中，最广泛使用的钢材304、316、321和347以及它们的变种钢都是18-8类型，含有的名义成分（质量分数）是18%铬和8%镍。L类钢代表低碳类的变种钢，其名义碳的质量分数是0.03%。这类钢提高了在腐蚀环境中对晶间侵蚀的耐力。H类钢碳的质量分数接近于0.1%，其高温强度比标准钢及L类钢高，因而用于高温场合。N类钢是在300系列钢中有意加入质量分数高达0.20%的氮（300N，316N）碳在含锰的钢里氮的加入量更高（锰增加氮在奥氏体相中的溶解度）。较高的氮含量可以增加奥氏体不锈钢的强度、抗磨损和耐点蚀能力。
含有钛和铌的钢如321和347型称为稳定化钢，因为加入这两种元素稳定了碳，阻止其生成M23C6型铬的碳化物。由于钛和铌的加入量达到1.0%（质量分数）时可以有效地减少基本中的碳含量使富铬碳化物的析出很困难，这就降低了敏化的可能性，而敏化会导致在奥氏体钢中产生晶间腐蚀。还有很多其他钢种，包括超级奥氏体不锈钢。由于 这些钢种独特的性能及对其焊接性的特殊考虑。
2. 奥氏体不锈钢焊接方法与焊接材料的选择
（1）焊接方法
奥氏体体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的熔焊方法都可用于奥氏体不锈钢的焊接，许多特种焊接方法，如电阻点焊、缝焊、闪光焊、激光与电子束焊、钎焊都是可用于奥氏体不锈钢，就根据具体的焊接性与接头使用性能的要求，合理选择最佳的焊接方法。其中焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊、埋弧焊是较为经济的焊接方法。
(2) 焊材选择
对于奥氏体不锈钢填充金属的种类，分成三个部分，反映了AWS按焊接材料各类分别设定的三种标准。其中：
a. 不锈钢焊条采用美国标准AWS A5.4标准用于焊条（我公司焊材为GES-309，GES316L等）；
b. 不锈钢焊丝采用美国标准AWS A5.9、A5.22等标准用于实心焊丝和金属粉芯焊丝，气体保护药芯焊丝（我公司焊材为GTS-309，GTS-316L等），所选焊丝可用于氩弧焊、富氩混合气体保护焊、二氧化碳气体保护焊及埋弧焊焊接用填充材料；
c.不锈钢埋弧焊主要选用氧化性弱的中性或碱性焊剂。
(3) 高钼钢焊接指南
我公司在M035项目上用的奥氏体不锈钢有316L和254SMO（ASTM A258 S31254），其中254SMO是我公司第一次焊接的超级奥氏体不锈钢材料，由于其使用条件严格（用于腐蚀性环境），材料昂贵（包括母材和焊材），且焊工不太熟悉，操作性有一定的难度，因此对焊接时要求注意的重点列出用以指导焊接人员和检验人员。具体内容如下：
为防焊接烟尘及Ar气对焊接人员的伤害，焊接作业要在通风的环境中进行；
所有的焊缝都应该略有余高，应该避免出现平的或下凹状的焊缝；
焊前一般不需要预热，若环境温度低于2℃，在距离焊缝区300mm的范围内应至少加热到比周围环境温度高10℃。
层间温度不能大于100℃，线能量不能超过1.5KJ/mm
焊件表面的金属氧化物会导致焊接缺陷，因此焊前对杂质的清理十分重要，通常清理范围从焊缝处向两侧各延伸50mm，清理范围应当包括工作坡口加工的边缘以及空心管四周和管子内表面。注意：金属丝刷并不能完全清理这些残留物，用热水冲洗或擦洗或许是一个好方法。
焊接尽可能在1G和2F位置进行
焊接接头设计必须使打底焊能很好的熔透，引弧点要在坡口内，沿坡口出现的电弧扫掠要打磨干净。每一起弧与收弧处必须打磨干净。
定位焊需要背部保护气体，每一个接头都必须打磨；
将焊接处不能接触铜和黄铜（由铜和锌组成的铜合金），因为铜和锌的加入可能导致裂纹的形成。
二、铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接
1. 铁素体-奥氏体双相不锈钢的概述
铁素体-奥氏体双相不锈钢名字是来自于其室温微观组织，其中大概一半是铁素体，一半是奥氏体。在20世纪30年代就知道有双相不锈钢，它时快时慢的开发过程明显地受到周期性的镍短缺的影响。直到1982年美国《焊接手册》也没有认可双相不锈钢是不锈钢中单独的一类。在那时《焊接手册》把较早的一种双相不锈钢-329型不锈钢列在奥氏体不锈钢中。至少有一家329型不锈钢的制造商建议不要焊接这种钢，在20世纪50年代开发的铸造合金CD4MCu焊接后很脆。从上世纪80年代初这种钢迅速开发，在同一时期召开的一系列国际双相不锈钢会议编撰的文集中，记录了这个开发过程。至今这种钢已被用于广泛领域，主要用于要求优异耐腐蚀性的场合。在这一时期，钢的焊接和耐腐蚀性有了明显的改善，这主要是由于认识到氮作为一种合金元素可以起关键作用。
双相不锈钢是用在能充分发挥其优点，即优异的耐腐蚀性和高强度或者二者兼有的应用场合。因为它含有比奥氏体不锈钢更高的铁素体相成分，所以有高的铁磁性、高热传导性和低的线胀系数。双相不锈钢最多的是被选用于耐腐蚀场合，已经在很多可能发生应力腐蚀裂纹和点蚀的应用环境中代替了奥氏体不锈钢。它们在绝大多数腐蚀场合远优于结构而又具有相当的强度。譬如双相不锈钢已广泛用于陆地和海洋中的油、气管道。由于双相不锈钢在相对不高的温度下就会形成很多脆性析出物，所以不推荐用于超过280摄氏度的工作场合。它们比奥氏体不锈钢贵，倒不是完全因为合金元素贵，而主要是由于从铸态到最终的板材、薄板、管件的加工费用贵。然而它们提供了优异的而腐蚀性并可降低重量，在中等程度侵蚀性介质中可能用来代替某些镍基合金，而价格仅为原来的几分之一。
双相不锈钢典型的屈服强度大约是425MPa，和奥氏体不锈钢的210MPa比较强度要高得多。因为双相不锈钢的强度高，其硬度也高，所以在要求耐腐蚀同时要求耐磨损的场合，这种钢更有优势。与此同时，双相不锈钢具有良好的焊接性，与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比，它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅度降低，也不像奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。当今大多数的双相不锈钢都是有好的韧度和延性，然而它们在低温时有韧脆转变，所以一般不适合用于低温。双 不锈钢的工作温度范围一般限于-40～280摄氏度。
双相不锈钢的线胀系数和碳钢、低合金钢接近。由于这种相似性，这种钢也可用于需要双相不锈钢和碳钢配合使用的高压容器类的结构。这种情况下，相对于使用奥氏体不锈钢，能减少由于热膨胀不同引起的热应力。然而由于双相不锈钢中析出反应在较低温度下发生，因而它不适宜用于需要进行消除应力热处理（焊后热处理）的场合。
2. 双相不锈钢的化学成分及组织特点
a. 化学成分
目前，国际上普遍采用的铁素体-奥氏体双相不锈钢可为Cr18型、Cr23型、Cr22型、Cr25型四类。对于Cr25型双相不锈钢，也有普通双相不锈钢和超级双相不锈钢之分，当点蚀指数PREN（PREN=w(Cr)+ 3.3w(Mo)+16 w(N)）>40时，称为超级双相不锈钢，
我国列入国家的铁素体-奥氏体双相不锈钢主要有Cr18与Cr25两大类型。另外一些与国外典型材料相类似的钢种也有生产和应用。
b. 组织特点
双相不锈钢以单相δ铁素体凝固结晶，当继续冷却时，发生δ→γ相变，随着温度的降低，δ→γ相变不断进行。在平衡条件下或者非快速冷却的情况下，部分δ铁素体将保留到室温，因此，室温下的组织为δ→γ双相组织。
3. 双相不锈钢的焊接特点
焊接过程是一个快速加热与快速冷却的热循环过程。在加热过程中，当热影响区的温度超过双相不锈钢的固溶处理温度，在1150~1400℃的高温状态下，晶粒将发生长大，而且发生γ→δ相变，γ相明显减少，δ相增多。一些钢的高温近缝区会出现晶粒较粗大的δ铁素体组织。如果焊后的冷却速度较快，将抑制δ→γ的二次相变，使热影响区的相比例失调，当δ铁素体大于70%时，二次转变的γ奥氏体也变成针状和羽毛状，具有魏氏组织特征，导致力学性能和耐腐蚀性能恶化。当焊后冷却速度较慢时，则δ→γ的二次相变比较充分，室温下为相比例较为合适的双相组织。因此，为防止热影响区的快速冷却，使δ→γ二次相变较为充分，保证较合理的相比例，足够的焊接热输入是必要的。随着母材厚度的增加，焊接热输入应适当提高。
对于双相不锈钢焊缝金属，仍以单相δ铁素体凝固结晶，并随温度的降低发生δ→γ组织转变。但由于其熔化-凝固-冷却相变是一个速度较快的不平衡过程，因此，焊缝金属冷却过程中的δ→γ组织转变必然是不平衡的。当焊缝金属的化学成分与母材成分相同，或者母材自熔时，焊缝金属中的δ相将偏高，而γ相偏低。为了保证焊缝金属中有足够的γ相，应提高焊缝金属化学成分的Ni当量，通常的方法是提高奥氏体化元素（Ni、N）的含量，因此就出现了焊缝金属的超合金化的特点。
双相不锈钢具有良好的焊接性，尽管其凝固结晶为单相铁素体，但在一般的拘束条件下，焊缝金属的热裂纹敏感性很小，当双相组织的比例适当时，其冷裂纹敏感性也较低。但应注意，双相不锈钢中毕竟具有较高的铁素体，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，还存在焊接氢致裂纹的危险。因此，在焊接材料选择与焊接过程中应控制氢的来源。
另请注意：双相钢与双相不锈钢定义不同，双相钢是指由低碳钢或低合金高强度钢经临界处理或控制轧制而得到的主要由铁素体和马氏体所组成的钢。
4. 焊接工艺方法与焊接材料
a. 焊接工艺方法
到目前为止，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊（采用实心焊丝或药芯焊丝）、甚至埋弧焊都可用于铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接。
b. 焊接工艺方法选择及坡口形式与尺寸
根据管、板厚度及相应的焊接工艺方法选择及坡口尺寸。
c. 双相不锈钢钢焊接指南
我公司在M021项目上用的双相不锈钢为ASTM A790 S32750和S32760，且此二者皆为超级双相不锈钢，所选焊接方法为GTAW，所选焊丝为SANDVIK 25.10.4.L。焊接时的注意与焊接超级奥氏体类似，但层间温度可控制为150摄氏度以下。
d. 不锈钢焊接材料品牌
到目前为止，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、已经在我公司进行使用，现在正在使用的焊材如下表：
