ステンレス鋼の溶接では、その冶金学的組成および関連する物理的・機械的特性を維持するために、シールドガスの選択が必要です。ステンレス鋼によく使用されるシールドガスには、アルゴン、ヘリウム、酸素、二酸化炭素、窒素、水素などがあります（図1参照）。これらのガスは、さまざまな供給モード、ワイヤの種類、ベース合金、希望するビード形状、および移動速度のニーズに合わせて、さまざまな比率で混合されます。
ステンレス鋼の熱伝導率が低く、短絡移行ガス金属アーク溶接 (GMAW) が比較的「低温」であるため、このプロセスでは、85% ～ 90% のヘリウム (He)、最大 10% のアルゴン (Ar)、および 2% ～ 5% の二酸化炭素 (CO2) からなる「トリミックス」ガスが必要です。一般的なトリブレンド混合物は、90% He、7-1/2% Ar、および 2-1/2% CO2 を含みます。ヘリウムの高いイオン化ポテンシャルは短絡後のアーク放電を促進します。また、高い熱伝導率と相まって、He の使用は溶融池の流動性を高めます。トリミックスの Ar 成分は溶接プールの一般的なシールドを提供し、CO2 はアークを安定させる反応成分として機能します (さまざまなシールドガスが溶接ビードの形状にどのように影響するかについては、図 2 を参照してください)。
一部の三成分混合ガスは安定剤として酸素を使用するが、他の混合ガスはHe/CO2/N2混合ガスを使用して同様の効果を得る。一部のガス販売業者は、約束された効果を提供する独自のガス混合ガスを販売している。販売店は、同様の効果が得られる他の伝送モードにもこれらの混合ガスを推奨している。
メーカーが犯す最大のミスは、GMAWステンレス鋼を軟鋼と同じガス混合物（75 Ar/25 CO2）で短絡させようとすることです。これは通常、余分なボンベを管理したくないためです。この混合物には炭素が多すぎます。実際、ソリッドワイヤに使用されるシールドガスは、二酸化炭素を最大5%までしか含んではいけません。それ以上の量を使用すると、Lグレード合金（Lグレードは炭素含有量が0.03%未満）とはみなされない冶金になります。シールドガス中の過剰な炭素はクロム炭化物を形成し、耐食性と機械的特性を低下させます。また、溶接面にすすが発生することもあります。
補足として、300系基合金（308、309、316、347）のGMAW溶接に使用する金属を選択する際には、LSiグレードを選択することをお勧めします。LSi溶加材は炭素含有量が低く（0.02%）、粒界腐食のリスクがある場合に特に推奨されます。シリコン含有量が高いほど、濡れ性などの溶接特性が向上し、溶接部の頂部を平坦化し、溶接部の先端部での融合を促進します。
短絡転送プロセスを使用する際は、製造業者は注意を払う必要があります。アーク消滅により溶融が不完全になる可能性があり、重要な用途には適さないプロセスとなる場合があります。大量生産の場合、材料が熱入力に耐えられる場合（パルススプレーモードで溶接できる材料の厚さはおよそ1/16インチ以上）、パルススプレー転送の方が適しています。材料の厚さと溶接位置が許す場合は、より均一な溶融が得られるスプレー転送GMAWが推奨されます。
これらの高熱伝達モードでは、Heシールドガスは必要ありません。300系合金のスプレー転送溶接では、98% Arと2% CO2やO2などの反応性元素が一般的に使用されます。一部のガス混合物には、少量のN2が含まれる場合もあります。N2はイオン化ポテンシャルと熱伝導率が高く、濡れ性を促進し、より速い移動または透過性の向上を可能にし、歪みも低減します。
パルス式スプレー移行型GMAWの場合、100%アルゴンが適切な選択肢となる可能性があります。パルス電流によってアークが安定化されるため、ガスに活性元素が必ずしも必要となるわけではありません。
フェライト系ステンレス鋼および二相ステンレス鋼（フェライトとオーステナイトの比率が50/50）では、溶融池の速度が遅くなります。これらの合金の場合、約70% Ar/約30% He/2% CO2のような混合ガスを使用すると、濡れ性が向上し、溶接速度が上がります（図3参照）。同様の混合ガスはニッケル合金の溶接にも使用できますが、溶接面に酸化ニッケルが形成されます（例えば、2%のCO2またはO2を加えるだけで酸化物含有量が増加するため、製造業者はこれらを避けるか、除去に多くの時間を費やす覚悟が必要です）。これらの酸化物は非常に硬いため、ワイヤーブラシでは通常除去できず、研磨性があります。
メーカーは、フラックス入りステンレス鋼ワイヤを現場外溶接に使用します。これは、これらのワイヤのスラグシステムが、溶融池が凝固する際にそれを支える「棚」を提供するためです。フラックスの組成がCO2の影響を軽減するため、フラックス入りステンレス鋼ワイヤは、75% Ar/25% CO2および/または100% CO2の混合ガスでの使用を想定して設計されています。フラックス入りワイヤは1ポンドあたりのコストが高くなる場合がありますが、全姿勢溶接速度と溶着速度の向上により、溶接コスト全体を削減できる可能性があることに留意する価値があります。さらに、フラックス入りワイヤは従来の定電圧DC出力を使用するため、基本的な溶接システムはパルスGMAWシステムよりも低コストで複雑ではありません。
300系および400系合金の場合、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）では100%アルゴンが標準的な選択肢となっています。一部のニッケル合金のGTAW、特に機械化されたプロセスでは、溶接速度を上げるために少量の水素（最大5%）が添加されることがあります（炭素鋼とは異なり、ニッケル合金は水素割れを起こしにくいことに注意してください）。
スーパーデュプレックス鋼とスーパーデュプレックスステンレス鋼の溶接には、それぞれ98% Ar/2% N2と98% Ar/3% N2が適しています。濡れ性を約30%向上させるためにヘリウムを添加することもできます。スーパーデュプレックス鋼またはスーパーデュプレックスステンレス鋼を溶接する場合、目標はフェライトとオーステナイトが約50%ずつバランスの取れた微細構造を持つ接合部を作ることです。微細構造の形成は冷却速度に依存し、TIG溶接プールは急速に冷却されるため、100% Arを使用すると余分なフェライトが残ります。N2を含む混合ガスを使用すると、N2が溶融プールに攪拌されてオーステナイトの形成を促進します。
ステンレス鋼の場合、最大限の耐食性を備えた溶接仕上げを実現するには、接合部の両面を保護する必要があります。裏面を保護しないと、「糖化」、つまり過度の酸化が発生し、はんだ付け不良につながる可能性があります。
常に優れた嵌合または継手後部の密閉性を備えたタイトな突合せ継手は、サポートガスを必要としない場合があります。ここでの主な問題は、酸化物の蓄積による熱影響部の過度の変色を防ぎ、機械的に除去することを可能にすることです。技術的には、裏面温度が華氏500度を超えると、シールドガスが必要です。ただし、より保守的なアプローチは、華氏300度をしきい値として使用することです。理想的には、裏当ての酸素濃度は30 PPM未満である必要があります。例外は、完全溶け込み溶接を実現するために、溶接部の裏側をガウジング、研削、溶接する場合です。
支持ガスとしてよく用いられるのは、N2（最も安価）とAr（より高価）の2種類です。小型のアセンブリの場合や、Ar源が容易に入手できる場合は、Arを使用する方が便利で、N2の節約分に見合う価値がない場合があります。酸化を抑制するために、最大5%の水素を添加できます。市販の製品は数多くありますが、自作の支持装置や精製ダムもよく使われています。
ステンレス鋼に10.5%以上のクロムを添加することで、ステンレス鋼としての耐腐食性が生まれます。これらの特性を維持するには、適切な溶接シールドガスを選択し、接合部の裏側を保護する優れた技術が必要です。ステンレス鋼は高価ですが、それを使用するには十分な理由があります。シールドガスや溶加材の選択において、コスト削減を試みるのは無意味です。したがって、ステンレス鋼の溶接に使用するガスと溶加材を選択する際には、知識豊富なガス販売業者と溶加材専門家と協力することが常に賢明です。
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