ステンレス鋼は必ずしも機械加工が難しいわけではありませんが、溶接の際には細部に特別な注意が必要です。

ステンレス鋼は必ずしも機械加工が難しいわけではありませんが、溶接の際には細部に特別な注意が必要です。軟鋼やアルミニウムのように熱を放散せず、高温になりすぎると耐食性が一部失われます。ベストプラクティスは耐食性を維持するのに役立ちます。画像: ミラー・エレクトリック
ステンレス鋼の耐食性は、高純度の食品や飲料、医薬品、圧力容器、石油化学製品など、多くの重要な配管用途にとって魅力的な選択肢となります。ただし、この材料は軟鋼やアルミニウムのように熱を放散せず、不適切な溶接技術により耐食性が低下する可能性があります。熱を加えすぎることと、間違った溶加材を使用することが 2 つの原因となります。
いくつかの最良のステンレス鋼溶接手法に従うことは、結果を改善し、金属の耐食性を確実に維持するのに役立ちます。さらに、溶接プロセスをアップグレードすることで、品質を犠牲にすることなく生産性を向上させることができます。
ステンレス鋼を溶接する場合、炭素含有量を制御するには溶加材の選択が重要です。ステンレス鋼管の溶接に使用される溶加材は、溶接性能を向上させ、性能要件を満たさなければなりません。
ER308L などの「L」指定の溶加材を探してください。これは、最大炭素含有量が低く、低炭素ステンレス鋼合金の耐食性を維持するのに役立ちます。低炭素材料を標準の溶加材で溶接すると、溶接部の炭素含有量が増加するため、腐食のリスクが高まります。「H」フィラー金属は炭素含有量が高く、高温でのより高い強度が必要な用途を目的としているため、避けてください。
ステンレス鋼を溶接する場合は、微量元素（ジャンクとも呼ばれる）が少ない溶加材を選択することも重要です。これらはフィラーメタルの製造に使用される原材料からの残留元素であり、アンチモン、ヒ素、リン、硫黄が含まれます。それらは材料の耐食性に大きな影響を与える可能性があります。
ステンレス鋼は入熱に非常に敏感であるため、接合部の準備と適切な組み立てが熱を管理して材料特性を維持する上で重要な役割を果たします。部品間の隙間や不均一な嵌合があると、トーチを 1 か所に長く留まらせる必要があり、これらの隙間を埋めるためにより多くの溶加材が必要になります。これにより、影響を受ける領域に熱が蓄積し、コンポーネントが過熱します。取り付けが間違っていると、隙間を塞いだり、必要な溶接の溶け込みを達成したりすることが困難になる可能性があります。部品が可能な限りステンレス鋼に近づくようにしました。
この材料の純度も非常に重要です。溶接部に汚染物質や汚れがたとえ少量でも存在すると、最終製品の強度や耐食性が低下する欠陥が発生する可能性があります。溶接前の母材の洗浄には、炭素鋼やアルミには使用されていないステンレス鋼専用のブラシを使用してください。
ステンレス鋼では、鋭敏化が耐食性の低下の主な原因です。これは、溶接温度と冷却速度が大きく変動し、材料の微細構造が変化した場合に発生します。
ステンレス鋼パイプのこの外部溶接は、GMAW および制御金属スプレー (RMD) を使用して溶接され、ルート溶接はバックフラッシュされず、外観と品質は GTAW バックフラッシュ溶接と同様でした。
ステンレス鋼の耐食性の重要な部分は酸化クロムです。しかし、溶接部の炭素含有量が多すぎると、炭化クロムが形成されます。これらはクロムと結合し、必要な酸化クロムの形成を防ぎ、ステンレス鋼を耐腐食性にします。十分な酸化クロムがないと、材料は望ましい特性を持たず、腐食が発生します。
鋭敏化の防止は、溶加材の選択と入熱の制御にかかっています。前述したように、ステンレス鋼を溶接する場合は、炭素含有量の少ない溶加材を選択することが重要です。ただし、特定の用途では強度を提供するためにカーボンが必要になる場合があります。低炭素フィラー金属が適さない場合、熱制御は特に重要です。
溶接部と HAZ が高温、通常は 950 ～ 1500 度 (摂氏 500 ～ 800 度) になる時間を最小限に抑えます。この範囲ではんだ付けに費やす時間が短ければ短いほど、発生する熱も少なくなります。使用する溶接手順では、パス間温度を常に確認して観察してください。
別のオプションは、炭化クロムの形成を防ぐために、チタンやニオブなどの合金成分を含む溶加材を使用することです。これらの成分は強度や靱性にも影響するため、これらの溶加材をすべての用途に使用できるわけではありません。
ガスタングステンアーク溶接 (GTAW) を使用したルートパス溶接は、ステンレス鋼パイプを溶接するための伝統的な方法です。これには通常、溶接の下側の酸化を防ぐためにアルゴンのバックフラッシュが必要です。ただし、ステンレス鋼の管やパイプでは、ワイヤ溶接プロセスの使用がより一般的になりつつあります。このような場合、さまざまなシールドガスが材料の耐食性にどのような影響を与えるかを理解することが重要です。
ステンレス鋼のガスアーク溶接 (GMAW) では、伝統的にアルゴンと二酸化炭素、アルゴンと酸素の混合物、または 3 つのガス混合物 (ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素) が使用されます。通常、これらの混合物は主にアルゴンまたはヘリウムと 5% 未満の二酸化炭素で構成されます。二酸化炭素は溶融浴に炭素を導入し、感作のリスクを高める可能性があるためです。純粋なアルゴンは GMAW ステンレス鋼には推奨されません。
ステンレス鋼用コアワイヤーは、アルゴン 75% と二酸化炭素 25% の従来の混合物で使用するように設計されています。フラックスには、シールドガスの炭素による溶接部の汚染を防ぐように設計された成分が含まれています。
GMAW プロセスが進化するにつれて、チューブやステンレス鋼パイプの溶接が容易になりました。一部のアプリケーションでは依然として GTAW プロセスが必要な場合がありますが、高度なワイヤ処理により、多くのステンレス鋼アプリケーションで同等の品質とより高い生産性を実現できます。
GMAW RMD で作成された ID ステンレス鋼溶接は、対応する OD 溶接と品質および外観が似ています。
ミラー制御金属蒸着 (RMD) などの修正された短絡 GMAW プロセスを使用したルートパスにより、一部のオーステナイト系ステンレス鋼の用途でのバックフラッシュが排除されます。RMD ルートパスの後にパルス GMAW またはフラックス入りアーク溶接を行ってパスを充填し閉じることができます。これは、特に大型パイプの場合、バックフラッシュ GTAW と比較して時間と費用を節約するオプションです。
RMD は、正確に制御された短絡金属移動を使用して、静かで安定したアークと溶接池を生成します。これにより、コールドラップや非融着の可能性が減り、スパッタが減少し、パイプルートの品質が向上します。また、正確に制御された金属転写により、均一な溶滴の堆積が保証され、溶接池の制御が容易になり、それによって入熱と溶接速度が制御されます。
従来とは異なるプロセスにより、溶接の生産性を向上させることができます。RMD を使用する場合、溶接速度は 6 ～ 12 ipm まで変更できます。このプロセスは部品を追加加熱することなく性能を向上させるため、ステンレス鋼の性能と耐食性を維持するのに役立ちます。プロセスの入熱を減らすことも、基板の変形を制御するのに役立ちます。
このパルス GMAW プロセスは、従来のパルス ジェットよりもアーク長が短く、アーク コーンが狭くなり、入熱が少なくなります。プロセスが閉じられているため、アークのドリフトや先端から作業場所までの距離の変動は事実上排除されます。これにより、現場で溶接する場合と作業場外で溶接する場合の両方で溶融池の制御が簡素化されます。最後に、充填および閉鎖パス用のパルス GMAW とルート パス用の RMD を組み合わせることで、1 本のワイヤと 1 つのガスで溶接手順を実行できるようになり、プロセス切り替え時間を短縮できます。
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