許多焊接方法都可用于不銹鋼的焊接，但對于不同類型的不銹鋼，由于其組織與性能存在較大的差異，焊接性也各不相同，因此，不同的焊接方法對于不同類型的不銹鋼具有不同的適用性。在選擇焊接方法時，要根據不銹鋼母材的焊接性，對焊接接頭力學性能、耐腐蝕性能的綜合要求來確定。例如埋弧焊是一種高效優質的焊接方法，對于含有少量鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫來講，通常不會產生焊接熱裂紋，但對于純奧氏體不銹鋼焊縫，由于許多焊劑向焊縫金屬中增硅，焊縫金屬容易形成粗大的單相奧氏體柱狀晶，焊縫金屬的熱裂紋敏感性大，因此一般不采用埋弧焊焊接純奧氏體不銹鋼，除非采用特殊的焊劑。當焊接接頭的腐蝕性要求高時，鎢極氬焊等惰性氣體保護焊具有明顯的優勢。對于一些特種焊接方法，如電阻點焊、縫焊、閃光焊及螺柱焊，也可用于不銹鋼的焊接，與普通低碳鋼相比，由于不銹鋼具有較高的電阻和較高的強度，因此需要較低的焊接電流和較大的壓力或頂鍛力。釬焊也廣泛應用于不銹鋼的連接，母材類型不同，釬焊溫度也不同，與普通碳鋼相比，不銹鋼用釬劑有較強的腐蝕性，為了防止殘留的釬劑對釬焊接頭的腐蝕，需對釬焊接頭予以仔細的清理。現如今所應用的不銹鋼有奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼, 所以對這兩種類型的不銹鋼的焊接進行重點介紹。
一、奧氏體不銹鋼的焊接
1. 奧氏體不銹鋼的概述
奧氏體不銹鋼代表了整個不銹鋼系列中最大的一個類別，生產的噸位高于其他任何一種類別。它們在絕大多數環境中具有良好的耐腐蝕性。奧氏體不銹鋼具有和低碳鋼相當的強度，室溫時最低屈服強度約為210MPa（30ksi），然而不能相變強化。由于這類鋼低溫沖擊韌度好而可用于低溫工作環境。其高溫工作溫度可達760℃或者更高，但是大部分鋼在這么高的溫度下強度和抗氧化能力是有限的。奧氏體不銹鋼可以通過冷作硬化而有效地強化。它們經常用于要求有很耐大氣腐蝕或耐高溫腐蝕能力的工作場合。只要按照正確的工藝規范施焊，這類鋼都是可以焊接的。在這類鋼中添加大量的奧氏體形成元素，特別是鎳（一般w（Cr）=8%），其他的奧氏體形成元素是C、N和Cu。碳和氮是強奧氏體形成元素，這可以從鎳當量公式中各系數值可看出：Nieq=Ni+35C+20N+0.25Cu，加碳是為了改進高溫強度（蠕變強度）。在某些鋼中加入氮主要是為了改進室溫強度和低溫強度，有時可以提高一倍多，用氮強化的鋼經常在它們的AISI 300系列型號后面標注一個后綴N，如304LN。AISI 200系列（如201）也是氮強化鋼，經常使用各種商業名稱，例如：Nitronic.
奧氏體不銹鋼一般具有較好的韌度和延性，在拉伸加載時顯示出很高的斷后伸長率。由于鋼中合金含量較高，所以比馬氏體不銹鋼、低鉻和中鉻鐵素體不銹鋼要貴。盡管鋼本身價格高，但提供了突出的工程制造方面的優點，特別是良好成形性和焊接性，因而和其他類的不銹鋼比較，經常降低了總的成本。奧氏體不銹鋼雖然有很多種類，但300系列是最老的也是應用最廣的。這類鋼大部分是在18Cr-8Ni系的基礎上加入合金元素或者是進行變質，而得到獨特的性能或者使性能更完備。
304型不銹鋼是這個系列鋼的基礎，加上304L代表了最常選用的奧氏體不銹鋼。在316型不銹鋼中用質量分數大約2%的仩替代等量的鉻以改善耐點蝕能力。在穩定化的321和347鋼中分別少量的鈦和鈮，它們和碳結合以減少由于析出富鉻碳化物而引起的晶間腐蝕。在上世紀60年代普遍使用L類鋼，這是由于利用AOD（氬-氧脫碳）方法熔煉，降低了標準型（非低碳鋼）和低碳型不銹鋼之間的價格差別。這類低碳型號不銹鋼（304L，316L）已經廣泛用于受到晶間侵蝕和晶間應力腐蝕的工作場合。
如ASTM A312中，最廣泛使用的鋼材304、316、321和347以及它們的變種鋼都是18-8類型，含有的名義成分（質量分數）是18%鉻和8%鎳。L類鋼代表低碳類的變種鋼，其名義碳的質量分數是0.03%。這類鋼提高了在腐蝕環境中對晶間侵蝕的耐力。H類鋼碳的質量分數接近于0.1%，其高溫強度比標準鋼及L類鋼高，因而用于高溫場合。N類鋼是在300系列鋼中有意加入質量分數高達0.20%的氮（300N，316N）碳在含錳的鋼里氮的加入量更高（錳增加氮在奧氏體相中的溶解度）。較高的氮含量可以增加奧氏體不銹鋼的強度、抗磨損和耐點蝕能力。
含有鈦和鈮的鋼如321和347型稱為穩定化鋼，因為加入這兩種元素穩定了碳，阻止其生成M23C6型鉻的碳化物。由于鈦和鈮的加入量達到1.0%（質量分數）時可以有效地減少基本中的碳含量使富鉻碳化物的析出很困難，這就降低了敏化的可能性，而敏化會導致在奧氏體鋼中產生晶間腐蝕。還有很多其他鋼種，包括超級奧氏體不銹鋼。由于 這些鋼種獨特的性能及對其焊接性的特殊考慮。
2. 奧氏體不銹鋼焊接方法與焊接材料的選擇
（1）焊接方法
奧氏體體不銹鋼具有優良的焊接性，幾乎所有的熔焊方法都可用于奧氏體不銹鋼的焊接，許多特種焊接方法，如電阻點焊、縫焊、閃光焊、激光與電子束焊、釬焊都是可用于奧氏體不銹鋼，就根據具體的焊接性與接頭使用性能的要求，合理選擇最佳的焊接方法。其中焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極惰性氣體保護焊、埋弧焊是較為經濟的焊接方法。
(2) 焊材選擇
對于奧氏體不銹鋼填充金屬的種類，分成三個部分，反映了AWS按焊接材料各類分別設定的三種標準。其中：
a. 不銹鋼焊條采用美國標準AWS A5.4標準用于焊條（我公司焊材為GES-309，GES316L等）；
b. 不銹鋼焊絲采用美國標準AWS A5.9、A5.22等標準用于實心焊絲和金屬粉芯焊絲，氣體保護藥芯焊絲（我公司焊材為GTS-309，GTS-316L等），所選焊絲可用于氬弧焊、富氬混合氣體保護焊、二氧化碳氣體保護焊及埋弧焊焊接用填充材料；
c.不銹鋼埋弧焊主要選用氧化性弱的中性或堿性焊劑。
(3) 高鉬鋼焊接指南
我公司在M035項目上用的奧氏體不銹鋼有316L和254SMO（ASTM A258 S31254），其中254SMO是我公司第一次焊接的超級奧氏體不銹鋼材料，由于其使用條件嚴格（用于腐蝕性環境），材料昂貴（包括母材和焊材），且焊工不太熟悉，操作性有一定的難度，因此對焊接時要求注意的重點列出用以指導焊接人員和檢驗人員。具體內容如下：
為防焊接煙塵及Ar氣對焊接人員的傷害，焊接作業要在通風的環境中進行；
所有的焊縫都應該略有余高，應該避免出現平的或下凹狀的焊縫；
焊前一般不需要預熱，若環境溫度低于2℃，在距離焊縫區300mm的范圍內應至少加熱到比周圍環境溫度高10℃。
層間溫度不能大于100℃，線能量不能超過1.5KJ/mm
焊件表面的金屬氧化物會導致焊接缺陷，因此焊前對雜質的清理十分重要，通常清理范圍從焊縫處向兩側各延伸50mm，清理范圍應當包括工作坡口加工的邊緣以及空心管四周和管子內表面。注意：金屬絲刷并不能完全清理這些殘留物，用熱水沖洗或擦洗或許是一個好方法。
焊接盡可能在1G和2F位置進行
焊接接頭設計必須使打底焊能很好的熔透，引弧點要在坡口內，沿坡口出現的電弧掃掠要打磨干凈。每一起弧與收弧處必須打磨干凈。
定位焊需要背部保護氣體，每一個接頭都必須打磨；
將焊接處不能接觸銅和黃銅（由銅和鋅組成的銅合金），因為銅和鋅的加入可能導致裂紋的形成。
二、鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接
1. 鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的概述
鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼名字是來自于其室溫微觀組織，其中大概一半是鐵素體，一半是奧氏體。在20世紀30年代就知道有雙相不銹鋼，它時快時慢的開發過程明顯地受到周期性的鎳短缺的影響。直到1982年美國《焊接手冊》也沒有認可雙相不銹鋼是不銹鋼中單獨的一類。在那時《焊接手冊》把較早的一種雙相不銹鋼-329型不銹鋼列在奧氏體不銹鋼中。至少有一家329型不銹鋼的制造商建議不要焊接這種鋼，在20世紀50年代開發的鑄造合金CD4MCu焊接后很脆。從上世紀80年代初這種鋼迅速開發，在同一時期召開的一系列國際雙相不銹鋼會議編撰的文集中，記錄了這個開發過程。至今這種鋼已被用于廣泛領域，主要用于要求優異耐腐蝕性的場合。在這一時期，鋼的焊接和耐腐蝕性有了明顯的改善，這主要是由于認識到氮作為一種合金元素可以起關鍵作用。
雙相不銹鋼是用在能充分發揮其優點，即優異的耐腐蝕性和高強度或者二者兼有的應用場合。因為它含有比奧氏體不銹鋼更高的鐵素體相成分，所以有高的鐵磁性、高熱傳導性和低的線脹系數。雙相不銹鋼最多的是被選用于耐腐蝕場合，已經在很多可能發生應力腐蝕裂紋和點蝕的應用環境中代替了奧氏體不銹鋼。它們在絕大多數腐蝕場合遠優于結構而又具有相當的強度。譬如雙相不銹鋼已廣泛用于陸地和海洋中的油、氣管道。由于雙相不銹鋼在相對不高的溫度下就會形成很多脆性析出物，所以不推薦用于超過280攝氏度的工作場合。它們比奧氏體不銹鋼貴，倒不是完全因為合金元素貴，而主要是由于從鑄態到最終的板材、薄板、管件的加工費用貴。然而它們提供了優異的而腐蝕性并可降低重量，在中等程度侵蝕性介質中可能用來代替某些鎳基合金，而價格僅為原來的幾分之一。
雙相不銹鋼典型的屈服強度大約是425MPa，和奧氏體不銹鋼的210MPa比較強度要高得多。因為雙相不銹鋼的強度高，其硬度也高，所以在要求耐腐蝕同時要求耐磨損的場合，這種鋼更有優勢。與此同時，雙相不銹鋼具有良好的焊接性，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區，由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅度降低，也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。當今大多數的雙相不銹鋼都是有好的韌度和延性，然而它們在低溫時有韌脆轉變，所以一般不適合用于低溫。雙 不銹鋼的工作溫度范圍一般限于-40～280攝氏度。
雙相不銹鋼的線脹系數和碳鋼、低合金鋼接近。由于這種相似性，這種鋼也可用于需要雙相不銹鋼和碳鋼配合使用的高壓容器類的結構。這種情況下，相對于使用奧氏體不銹鋼，能減少由于熱膨脹不同引起的熱應力。然而由于雙相不銹鋼中析出反應在較低溫度下發生，因而它不適宜用于需要進行消除應力熱處理（焊后熱處理）的場合。
2. 雙相不銹鋼的化學成分及組織特點
a. 化學成分
目前，國際上普遍采用的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼可為Cr18型、Cr23型、Cr22型、Cr25型四類。對于Cr25型雙相不銹鋼，也有普通雙相不銹鋼和超級雙相不銹鋼之分，當點蝕指數PREN（PREN=w(Cr)+ 3.3w(Mo)+16 w(N)）>40時，稱為超級雙相不銹鋼，
我國列入國家的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼主要有Cr18與Cr25兩大類型。另外一些與國外典型材料相類似的鋼種也有生產和應用。
b. 組織特點
雙相不銹鋼以單相δ鐵素體凝固結晶，當繼續冷卻時，發生δ→γ相變，隨著溫度的降低，δ→γ相變不斷進行。在平衡條件下或者非快速冷卻的情況下，部分δ鐵素體將保留到室溫，因此，室溫下的組織為δ→γ雙相組織。
3. 雙相不銹鋼的焊接特點
焊接過程是一個快速加熱與快速冷卻的熱循環過程。在加熱過程中，當熱影響區的溫度超過雙相不銹鋼的固溶處理溫度，在1150~1400℃的高溫狀態下，晶粒將發生長大，而且發生γ→δ相變，γ相明顯減少，δ相增多。一些鋼的高溫近縫區會出現晶粒較粗大的δ鐵素體組織。如果焊后的冷卻速度較快，將抑制δ→γ的二次相變，使熱影響區的相比例失調，當δ鐵素體大于70%時，二次轉變的γ奧氏體也變成針狀和羽毛狀，具有魏氏組織特征，導致力學性能和耐腐蝕性能惡化。當焊后冷卻速度較慢時，則δ→γ的二次相變比較充分，室溫下為相比例較為合適的雙相組織。因此，為防止熱影響區的快速冷卻，使δ→γ二次相變較為充分，保證較合理的相比例，足夠的焊接熱輸入是必要的。隨著母材厚度的增加，焊接熱輸入應適當提高。
對于雙相不銹鋼焊縫金屬，仍以單相δ鐵素體凝固結晶，并隨溫度的降低發生δ→γ組織轉變。但由于其熔化-凝固-冷卻相變是一個速度較快的不平衡過程，因此，焊縫金屬冷卻過程中的δ→γ組織轉變必然是不平衡的。當焊縫金屬的化學成分與母材成分相同，或者母材自熔時，焊縫金屬中的δ相將偏高，而γ相偏低。為了保證焊縫金屬中有足夠的γ相，應提高焊縫金屬化學成分的Ni當量，通常的方法是提高奧氏體化元素（Ni、N）的含量，因此就出現了焊縫金屬的超合金化的特點。
雙相不銹鋼具有良好的焊接性，盡管其凝固結晶為單相鐵素體，但在一般的拘束條件下，焊縫金屬的熱裂紋敏感性很小，當雙相組織的比例適當時，其冷裂紋敏感性也較低。但應注意，雙相不銹鋼中畢竟具有較高的鐵素體，當拘束度較大及焊縫金屬含氫量較高時，還存在焊接氫致裂紋的危險。因此，在焊接材料選擇與焊接過程中應控制氫的來源。
另請注意：雙相鋼與雙相不銹鋼定義不同，雙相鋼是指由低碳鋼或低合金高強度鋼經臨界處理或控制軋制而得到的主要由鐵素體和馬氏體所組成的鋼。
4. 焊接工藝方法與焊接材料
a. 焊接工藝方法
到目前為止，焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊（采用實心焊絲或藥芯焊絲）、甚至埋弧焊都可用于鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接。
b. 焊接工藝方法選擇及坡口形式與尺寸
根據管、板厚度及相應的焊接工藝方法選擇及坡口尺寸。
c. 雙相不銹鋼鋼焊接指南
我公司在M021項目上用的雙相不銹鋼為ASTM A790 S32750和S32760，且此二者皆為超級雙相不銹鋼，所選焊接方法為GTAW，所選焊絲為SANDVIK 25.10.4.L。焊接時的注意與焊接超級奧氏體類似，但層間溫度可控制為150攝氏度以下。
d. 不銹鋼焊接材料品牌
到目前為止，焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、已經在我公司進行使用，現在正在使用的焊材如下表：
