一、焊接性
不銹鋼與銅及銅合金焊接時，主要的問題是在焊縫及熔合區(qū)易產生裂紋。這種裂紋有焊縫裂紋和熱影響區(qū)滲透裂紋兩種形態(tài)。
1. 焊縫裂紋
不銹鋼與銅及銅合金焊接時，焊縫中產生的裂紋屬于熱裂紋。產生焊縫熱裂紋的原因在于，不銹鋼與銅及銅合金熔合的合金體系成分復雜，還含有硫、磷、氧等多種雜質，因而在熔池結晶過程易出現(xiàn)低熔共晶體，包括Ni＋NiS之類（其熔點溫度為625℃），削弱了高溫時的晶間結合能力。眾所周知，不銹鋼與銅及銅合金的熱物理性能差異很大，見表5-82。從表中可以看出，不銹鋼和銅及銅合金的線脹系數(shù)大，因而焊后的收縮應變力大，這是形成裂紋傾向在的又一個原因。此外，無論碳鋼、還是不銹鋼，都與銅及銅合金的熱導率相差較大，因此在焊接過程中的溫度場不對稱，因而應變、應力場也不對稱，也可能對焊接接頭產生裂紋有影響。當以不銹鋼或銅及銅合金為填充材料直接熔焊，焊縫金屬中鐵的質量分數(shù)又較低時（如0.2％～1.1％），生產實踐證明焊縫的抗裂性能較差；焊縫金屬中鐵的質量分數(shù)增加到10％～43％時，焊縫具有最高的抗熱裂性能；但是進一步提高焊縫金屬中鐵的含量，其抗裂性能卻迅速下降。
2. 熱影響滲透裂紋
不銹鋼與銅及銅合金焊接時，在與液態(tài)銅及銅合金相接觸的鋼中，易產生滲透裂紋。滲透裂紋是指低熔合金融體向固態(tài)合金的縫隙甚至晶界滲透，使之喪失應變能力而導致的裂紋。在高溫時形成的裂紋可能以單條出現(xiàn)，也可能是沿晶界呈網(wǎng)狀分布，其長度在幾微米到幾十微米之間。不銹鋼與銅及銅合金焊接時，不銹鋼熱影響區(qū)之所以產生滲透裂紋是液態(tài)銅及銅合金對鋼的滲透作用和焊接應力共同作用的結果。在實際的工程金屬中常存在一些微小的缺陷，以條狀（實為片狀）夾雜、分層之類居多，接近于微觀裂口。處于液體狀態(tài)的銅及銅合金，如果固相鋼的微裂口（或晶界）表面是活性的，則會浸潤到微觀裂口的表面，并通過毛細管效應，慢慢向微觀裂口中滲透。在整個滲透過程中，也伴隨著鋼在銅及銅合金液體中溶解度的增加和銅沿鋼晶界的擴散過程。進入微裂口中的銅及銅合金沿晶界的滲透，在微裂口中產生一個附加應力，另一方面焊縫從冷卻瞬間開始，在焊接接頭中就出現(xiàn)拉伸應力，并且這種應力隨著不斷冷卻而增加。微裂口在這兩種應力作用下，最后發(fā)展成為熱影響區(qū)滲透裂紋。
不銹鋼的組織狀態(tài)對滲透裂紋有很大的影響。液態(tài)銅及銅合金浸潤奧氏體，但不浸潤鐵素體，所以鐵素體的存在將使銅及銅合金的滲透能力降低。因此，不銹鋼與銅及銅合金焊接時，含有奧氏體＋鐵素體組織的18-8型不銹鋼與單一奧氏體組織的06Cr25Ni20不銹鋼鋼相比較，18-8型不銹鋼具有較高的抗熱影響區(qū)滲透裂紋的能力。
銅焊絲中含錫，其滲透力更強；而鎳則有減弱銅對鋼滲透力的作用。
二、焊接方法
不銹鋼與銅及銅合金熔焊的方法有焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護焊等。
1. 焊條電弧焊
a. 焊條的選擇
焊條的選用對防止焊接接頭產生熱裂紋，確保焊接構件的質量關系很大。不銹鋼與銅及銅合金焊接時，銅是奧氏體形成元素，若選用奧氏體不銹鋼焊條，其焊縫仍為奧氏體組織，結晶時晶粒之間存有一薄層的低熔點液態(tài)銅及低熔共晶體（Ni＋NiS），易引起裂紋，不宜采用。選用蒙乃爾型焊條［w（Ni）為70％，w（Cr）為(Ni+NiS)30％］時，由于焊縫中含鎳量較高，能增加銅在奧氏體中的溶解度，從而可降低銅的有害作用，熱裂紋傾向可以減小。但是晶粒間仍有少量的低熔點銅，因此焊接接頭還有可能產生熱裂紋；選用T107（ECu型）和T237（ECuAl-C型）焊條進行施焊，熔池中銅含量較高，結晶時奧氏體晶粒間低熔點銅液較多，有一定愈合作用。因此焊縫熱裂紋傾向也較小，但熔入焊縫中的鐵和鉻等合金元素使焊縫金屬硬度提高，韌性下降，在不銹鋼母材側的近縫區(qū)中仍有可能產生滲透裂紋。因此，該焊條只適用于對力學性能要求不高的焊接構件，通常可作為角接和塔接焊接接頭使用，也可以在中等厚度的奧氏體不銹鋼與銅及銅合金的對接接頭中使用。選用純鎳焊條是比較理想的，因為鎳在液態(tài)或固態(tài)均可與銅無限互溶，所以能消除銅的有害作用，可有效地防止裂紋的產生，提高焊接接頭的力學性能，適用于不同位置的焊接，可焊接各種不同焊接接頭，材料厚度不小于1.5mm的材料均能施焊，但該種焊條價格昂貴。
上面介紹的只是用一種焊條焊接兩種金屬的情況。但實際情況要復雜一些。由于銅及銅合金的種類繁多，母材中某些合金元素過渡到焊縫后效果往往難以預測，常常使焊接性變差。在這種情況下可采用下列兩種方法：在銅及銅合金上，或在不銹鋼上，或同時在兩種母材上堆焊過渡層（見圖5-34a過渡層接頭），然后進行焊接；另一種方法是選擇一種與這兩種都有良好焊接性的過渡件（見圖5-34b），然后通過過渡件分別選用不同的焊條將這兩種金屬焊接起來。
介紹一組不銹鋼與銅及銅合金的焊條電弧焊的焊接參數(shù)見表5-83。可選蒙乃爾型焊條[w(Ni)為70％，w（Cr）為30％］或銅焊條（T237）。
b. 焊接工藝
焊前應認真清理被焊處，徹底清除油污、雜質及氧化物，使不銹鋼和銅及銅合金的待焊表面露出金屬光澤。
由于銅的導熱性比不銹鋼好，若對這兩種材料進行焊前預熱，其預熱溫度將有所不同。例如，不銹鋼焊前預熱溫度若為300～350℃，銅及銅合金的預熱溫度要提高到400～450℃，才有可能保證兩種金屬在焊接熔池中溫度差不大。預熱方式可采用爐加熱或氣體火焰加熱。
焊接不銹鋼與銅及銅合金時，為了使電弧穩(wěn)定燃燒，通常采用直流反極性短弧焊方式進行施焊。
不銹鋼鋼管與純銅銅管焊接時，若被焊工件不轉動，可采用爬坡滅弧焊；若被焊焊件可以轉動，則采用下坡焊。最后焊到焊道起點接頭處，先將電弧稍稍抬起，吹掉起弧端覆蓋的熔渣，隨后壓低電弧超過引弧端的一個熔池的長度，再將電弧向回拉，以填滿弧坑。當不銹鋼管與純銅管焊接時，將2/3的熔池面積控制在不銹鋼管一側，即可保證良好的焊縫成形；這兩種金屬的管子與管子或者板與板的對接焊時，熔池控制在接頭中間即可。
為了防止焊接接頭產生裂紋和變形，焊后需要進行緩冷處理，以減緩焊后應變應力的增長速率。每焊完一道焊縫，要立即錘擊焊縫周圍，以消除焊接殘余應力，以防止下一道焊縫的開裂傾向；同時還能提高焊接接頭的致密性。
2. 埋弧焊
為了防止焊接接頭產生裂紋和氣孔，應采取下述工藝措施：
a. 焊接之前要徹底清除待焊處的接頭、坡口兩側及焊絲表面的氧化物及雜質，清理后用丙酮清洗干凈。
b. 板厚8～16mm的材料，焊前應開70°坡口，銅母材側開40°坡口；在不銹鋼母材側開30°坡口。為了防止焊穿和實現(xiàn)單面焊雙面成形，待焊接頭的背面應加焊劑襯墊或銅襯墊（銅襯墊需用水強制冷卻），如圖5-35所示。另外，也可以采用最近出現(xiàn)的新型熱固性焊劑襯墊，圖5-36為該襯墊結構示意圖。
c. 選用合理的焊劑和焊絲。通常采用HJ431焊劑或HJ430焊劑，焊前必須烘干，烘干溫度為200℃，烘干時間為2h。
采用奧氏體不銹鋼焊絲，施焊后焊縫金屬為奧氏體組織，從銅母材側熔入焊縫中的低熔點銅液聚集在奧氏體晶粒之間，易使焊縫形成裂紋。采用銅絲或鎳絲作為填充材料，熔池中含有大量銅和鎳，結晶時奧氏體晶粒間銅或鎳較多，有一定愈合作用，所以熱裂紋傾向很小。在焊接生產現(xiàn)場，采用純銅焊絲，在坡口中填放純鎳焊絲或鎳銅焊絲，可獲得優(yōu)質的焊接接頭。
d. 選擇合適的焊接熱輸入進行施焊。由于銅的導熱性能好，采用較小的焊接熱輸入施焊，在銅母材側容易產生大量氣孔和未焊透、未熔合等缺陷，所以需要采用較大的熱輸入進行焊接。用埋弧焊焊接18-8型不銹鋼板與純銅板對接焊的焊接參數(shù)見表5-84。在焊接過程中，焊絲偏向銅母材一側，偏離焊縫中心線的距離為5～6mm。
注：焊接時采用HJ431焊劑，焊絲為T2；在坡口中填加直徑2mm的鎳絲1～2根。
3. 氣體保護焊
由于氬氣保護可靠，熔池金屬不易發(fā)生氧化，用氬弧焊焊接不銹鋼與銅及銅合金時，其焊接接頭質量很高。重要的焊接結構均選用此焊接方法。
氬弧焊時，為了提高生產效率和防止焊縫出現(xiàn)缺陷，應注意下述事項：
a. 焊接時應在引弧板上引燃電弧，電弧引燃后應迅速移到銅母材側進行局部預熱，預熱溫度為300～400℃，預熱時要通入氬氣保護，以防氧化。
b. 采用短弧焊，電弧中心要偏向銅母材約2～4mm，使不銹鋼與銅受熱均勻，以防止不銹鋼一側受熱過多而產生燒穿、咬邊或銅母材受熱溫度不足而發(fā)生未焊透和未熔合等缺陷。
c. 焊接結束時，由于電弧熱作用已有較長時間的積累效應，熔池溫度高，應提高焊接速度，并要注意填滿弧坑。
d. 焊后緩冷時，也應通入氬氣進行保護，以免焊縫氧化。不銹鋼與銅及銅合金的氬弧焊焊接參數(shù)，可參照氬弧焊單獨焊接銅及銅合金的焊接參數(shù)。表5-85為用手工鎢極氬弧焊焊接純銅板對接接頭的焊接參數(shù)。焊絲可選用ERNi-1、ERNiCrFe-5、ERNi-CrFe-7和ERNiCr-3等型號。
注：板厚4～10mm開70°形坡口，鈍邊為1.5mm。
