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由于高氮奥氏体不锈钢具有高强度高韧性和优良的抗局部腐蚀性能．又可以节约大量的战略资源镍元素，国外在上个世纪就开始了高氮钢的冶炼工艺和冷、热加工方面的相关研究，通过这些年的积累，取得了一定的成果，而且在工程中已有一定的应用。而国内在这方面的研究则比较滞后，有些研究领域目前仍处于一片空白，尤其是关于材料焊接技术的研究。68277
1 焊缝的氮含量和气孔性
在熔化焊时，焊缝中的氮主要来源于焊接材料、保护气体和母材，空间气氛、熔池以及随后凝固过程中氮的行为将最终决定焊缝中的氮含量。在高温电弧作用下，保护气体中的氮会发生一系列的反应，如解离、电离、复合等，在电弧与熔池的界面处也会发生氮的溶入与逸出反应。为了更加清楚的了解熔焊时氨的行为，将整个熔焊过程划分成四个阶段(如图2)：(1)预熔阶段；(2)电弧熔化阶段，氮的溶入占主导；(3)焊缝金属冷却阶段，此时仍然为液态，在冷却周期中，氮的平衡溶解度随着温度的变化而不断变化，在熔池的熔融态冷却过程中，主要存在氮气泡的逸出；(4)凝固阶段，氮的溶解度会出现阶跃式变化，即液相和固相问存在较大的溶解度差距，过饱和的氮会被排除而形成气孔，同时也伴随着氨的固溶过程。在固相形成后，由于氮在同相中的扩散率低，凝固后氮的损失可以忽略。
图3 在含氯的空气气氛中移动电弧作用时焊缝中氮的行为
熔焊时，氮气孔的形成是焊缝中氮损失的主要方式之一，而固溶氮含量的减少，必然造成焊接接头性能的下降。因此，熔焊时必须要解决气孔问题。焊缝的氮含量以及氮气孔的形成受很多因素的影响，如保护气体、焊缝的凝固模式、氮的溶解度，熔池周边的压强、基体中氮的含量等，下面将对这些影响因素加以阐述。
(1)保护气体
高氮钢焊接采用的保护气体种类较多，作用也各不相同，主要目的一方面在于改善熔焊时的工艺性能，如容易引弧、维持焊接过程中电弧的稳定性，如惰性气体Ar；另一方面，氮气作为保护气体时可以降低熔池中氮的析出速率和析出量，向焊缝中过渡适量的氮，增加焊缝中的氮含量；同时保护气体可以杜绝有害气体侵入熔池。
熔焊焊接高氮钢时，大多采用Ar+N2混合气体作为保护气体，氩气一般作为高氮钢焊接时保护气体的基本组成，通过调整氮气的比例来达到上述目的。
为了提高焊接接头的氮含量，文献[13]中采用GMAW(GasMetalArcWelding)焊接方法，在高压氮气氛中开展SUS316L钢的焊接性试验，随着氮气压的增加，焊缝中的氮含量也随之增加，从并未发现气孔；与GMAW焊接方法不同的是，采用GTAW(GaTungsten Arc Welding)焊接方法时，临界压强大约未1.1MPa，过该值，电弧起弧困难，焊接电弧稳定性降低。文献[14]研究发现通过向Ar气中加入一定量的氮气作为保护气体，焊缝熔池及随后焊缝中的氮含量有所增加，而且随着氮比例的增加，焊缝中的氮含量也随之增加。高能束焊接高氮钢时，保护气体的种类对气孔形成的影响则不太明显，而且保护气体的不同，焊缝的最终含氮量也不相同，以氮气作为保护气体比采用氩气时焊缝的氮含量要高，但均低于母材的氮含量。因此，增加气氛中的氮分压有利于实现焊缝的增氮效应。
Hertzman S等人[15]采用TIG焊接方法，发现随着氮气比例的增加，焊缝中氮含量也随之增加，但超过一定比例时，形成了氮气孔。同样，文献[16]采用GTAW方法焊接高氮钢时，当氮气比例达到8％时，不仅促使了焊缝中气孔的形成，而且加大了对钨电极的损耗。因此，焊接保护气体中氮气的比例存在一个临界值，氮气比例为此值时，可以得到无气孔的高氮焊缝，若氮气比例过低，焊缝中的氮含量不足，若氮气比例过高，氮化物和气孔形成倾向增大，接头性能下降。临界值的大小具体取决于焊接方法的选择以及焊缝中的合金元素等诸多因素。