ステンレス溶接

ステンレス鋼の溶接では、歪み、亀裂、鋭敏化などの欠陥を避けるために、材料特性、熱管理、清浄度に特別な注意を払う必要があります。溶接中、溶接部に隣接するステンレス鋼の温度は微細組織変態が起こるレベルに達するため、精度とステンレス鋼の特性に適した TIG 溶接が最も一般的な技術です。

 

説明

 

ステンレス鋼は、機械的特性、耐食性、溶接性に影響を与える微細構造と組成に基づいてさまざまなタイプに分類されます。主なタイプはオーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、二相ステンレス鋼、析出硬化型ステンレス鋼です。-各タイプには、熱伝導率、熱膨張、亀裂や鋭敏化などの欠陥に対する感受性の違いにより、特定の溶接に関する考慮事項と適切な溶接技術があります。

 

 

ステンレス鋼の種類と溶接技術

 

ステンレス鋼は、15% 以上のクロムと特定の割合のニッケルを含む鉄-ベースの合金で、優れた耐食性を備えています。-クロム含有量は、特定の最終用途または製造要件を満たすために他の合金元素とともに調整できます。最も一般的なステンレス鋼の種類の概要を以下に示します。

 

• √オーステナイト系ステンレス鋼

高クロム (16-26%) とニッケル (6-22%)、多くの場合モリブデンが含まれています (例: 304、316)。非磁性で耐食性、加工性に優れており、450～850℃に長時間さらされると鋭敏化（炭化物の析出）を起こし、粒界腐食を起こします。さらに、熱膨張が高く熱伝導率が低いため、歪みのリスクが高まります。人気のあるグレードは、304、304L (低カーボン)、316、316L (低カーボン)、321 (チタンで安定化) です。優れた耐食性により、食品加工装置、薬品タンク、配管、建設、インフラ、通信、医療業界などで広く使用されています。

適切な溶接技術

1. 1. TIG 溶接 (GTAW) は、精密な熱制御により、鋭敏化と歪みを最小限に抑えるため、薄肉部分や重要な用途に強く推奨されます。アルゴンまたはアルゴン-ヘリウム シールド ガスを使用してください。
2. 2. MIG/MAG 溶接 (GMAW) は、アークを安定させるために 3 つの混合ガス (アルゴン、ヘリウム、CO2) を使用し、スパッタを減らすことができるため、厚い部分とより迅速な生産に適しています。-
3. 3. スティック溶接 (SMAW) は通常、現場での修理や、低炭素電極 (例: 304L の場合は E308L) を使用した-重要でない用途に使用されます。-

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• √フェライト系ステンレス鋼

高クロム (10.5 ～ 30%)、低ニッケル、低炭素 (例: 430) であり、磁性があり、中程度の耐食性があり、オーステナイト グレードよりも低コストです。一方、鋭敏化の傾向は低いですが、高温での粒子成長と脆化の影響を受けやすく、オーステナイトグレードよりも熱膨張が低いため、歪みのリスクが軽減されます。一般的なグレードは 409、430、439 で、このタイプのフェライト系金属は自動車の排気システム、厨房機器、産業用機器に広く使用されています。

適切な溶接技術:

1. 1. TIG 溶接 (GTAW) は、薄い部分や高品質の溶接に適しており、入熱を適切に制御して粒子の成長を防ぐことができます。-
2. 2. 厚い材料とより速い溶接に効果的な MIG/MAG 溶接 (GMAW)。過度の酸化を避けるために、CO2 の少ないアルゴン-ベースのシールド ガスを使用してください。
3. 3. スティック溶接 (SMAW) は、適切な電極 (E430 など) を使用した重要でない用途に使用可能です。-。

 

• √マルテンサイト系ステンレス鋼

高クロム (11.5-18%)、中程度の炭素、低ニッケル (例: 410) で、磁性があり、強度と硬度が高いですが、他のタイプに比べて耐食性が低くなります。したがって、水素-による亀裂が発生しやすく、脆化を避けるために予熱と溶接後の熱処理が必要です。熱伝導率が高く、熱膨張が小さいのが特徴です。共通グレードは410、420、440で、手術器具やタービンブレードなどに広く使用されています。

適切な溶接技術:

1. 1. TIG溶接（GTAW）、アルゴンシールドガスを使用し、精度と入熱の制御に適しています。
2. 2. スティック溶接 (SMAW)。適合する電極 (E410 など) を使用して修理または厚い部分に広く使用されます。
3. 3. MIG/MAG 溶接 (GMAW)、あまり一般的ではありませんが、パラメータを制御して厚い材料に使用できます。

 

• √二相ステンレス鋼

高クロム (20 ～ 30%)、モリブデン、窒素 (2205 など) を含むオーステナイトとフェライトのバランスの取れた混合物で、特に塩化物環境において、高強度と優れた耐食性を兼ね備えています。一方、高温で不適切に溶接すると、シグマ相（脆い金属間化合物）が形成されやすくなります。適度な熱膨張性と導電性を持っています。一般的なグレードは 2205、2507 などで、石油およびガスのパイプライン、化学処理、海洋環境で広く使用されています。

適切な溶接技術:

1. 1. TIG 溶接 (GTAW)。-アルゴンまたはアルゴン窒素シールド ガスを使用してシグマ相の形成を回避するため、入熱を制御した高品質の溶接に最適です。-
2. 2. MIG/MAG 溶接 (GMAW)、適切なシールド ガス (低 CO2 のアルゴン-ヘリウム混合物) を使用した厚い部分に適しています。
3. 3. 二重-特定の電極（例：E2209）を使用した現場溶接用のスティック溶接（SMAW）。

 

• √析出-ステンレス鋼の硬化

熱処理による強化のためにアルミニウム、銅、ニオブなどの合金元素（例: 17-4 PH）が含まれており、高い強度と適度な耐食性を備えています。そのため、過度の老化や機械的特性の損失を避けるために制御された溶接が必要です。-人気のあるグレードは 17-4 PH、15-5 PH で、航空宇宙部品、原子炉、高強度ファスナーなどに広く使用されています。

適切な溶接技術:

1. 1. TIG 溶接 (GTAW) により、精度を高め、入熱を最小限に抑えて機械的特性を維持します。
2. 2. MIG/MAG 溶接 (GMAW)、パラメータを制御して厚い部分に使用するのに適しています。

 

 

ステンレス鋼の溶接に関する考慮事項

 

ステンレス鋼は熱伝導率が高く、熱膨張が低いため、溶接時に歪みや反りが発生するリスクが高くなります。さらに、特に 304 や 316 などのオーステナイトグレードでは、高温に長時間さらされると鋭敏化 (耐食性の低下) する傾向があります。これらの溶接欠陥を回避するために、溶接工は次の点を考慮する必要はありません。

 

• √事前の清掃-

溶接ジョイントを塗料、オイル、グリース、プライマー、切削剤、その他の炭化水素などの汚染物質から取り除きます。このような汚染物質は溶接部に炭素を導入し、耐食性を損ない、接合部を弱める可能性があります。非常に重要な注意点は、溶接工は接合部を掃除するために専用のステンレス鋼のブラシを使用する必要があることです。これまで炭素鋼で使用されていたブラシは、ステンレス鋼のワークピースを汚染する可能性があるため使用しないでください。

• √フィラーの選択

作業範囲に応じて適切な溶加材を選択し、ステンレス鋼のグレードに合わせてほぼ同等の特性を実現します。

• √溶接継手の設計

溶接継手の設計は溶接構造、溶接技術、材料を補完するものであり、溶接部の強度と品質を決定する主な要素の 1 つです。したがって、溶接部にかかる力を理解することが重要であり、これを接合部の設計に組み込むことで構造的な破損を防ぐことができます。

• √グレードの選択

グレードの選択: 異なるグレード (オーステナイト、フェライト、マルテンサイト、二相) は異なる挙動を示します。低炭素グレード (304L、316L など) は、炭化物の析出と粒界腐食のリスクを最小限に抑えることができます。{2}}

• √入熱制御

入熱制御。過度の熱は粒子の成長、歪み、耐食性の低下を引き起こす可能性があるため、入熱を低くし、高温に長時間さらさないようにすることが賢明です。一般に、腐食を防ぐために、溶接電流は炭素鋼の場合よりも約 20% 少なくする必要があります。

• √シールドガス

シールド ガス。MIG 溶接や TIG 溶接などのプロセスにおけるシールド ガスの選択は、溶融池を汚染から保護する上で非常に重要です。正しいシールドガス組成により、溶接欠陥のリスクが軽減され、溶接の全体的な結果が向上します。

 

したがって、健全な溶接を行うには、経験豊富な溶接工がステンレス鋼のグレード、溶接技術、入熱量、シールドガス、電源、トーチ角度、移動速度、溶着速度などの総合的なパラメータを考慮する必要があります。これらの溶接パラメータを効果的に使用することによってのみ、溶接工は高品質で安定した溶接を実現できます。

 

欠陥と予防策

 

ステンレス鋼の最も一般的な溶接欠陥には、亀裂、気孔、スラグの混入、溶融の欠如、不完全な溶け込み、アンダーカット、スパッタ、歪みのほか、鉄粒子による汚染、熱による色合い、溶接の劣化などが含まれます。これらの欠陥は溶接部の機械的特性と耐食性を低下させ、不適切な洗浄、不適切な電極/ガス設定、過剰な入熱、または低い熱伝導率に起因する可能性があります。

 

• √反り

ステンレスは熱伝導率が低く熱膨張率が高いため、反りやすい性質があります。溶接時の過度の入熱や急激な温度変化により金属に応力がかかり、冷却時に歪みが生じます。最も一般的な解決策は、ワークピース間の不完全な融合による溶接品質の低下を回避しながら入熱を減らすことです。また、別の解決策は、溶接シームの後ろまたは隣に銅または真鍮をクランプしてヒートシンクを作成し、不要な熱を吸収することです。

 

• √ひび割れ

亀裂は溶接中または溶接後に発生する可能性があり、高い熱応力や不適切な冷却速度の影響を受ける可能性があります。

亀裂には主に 2 つのタイプがあります: 高温亀裂と低温亀裂です。高温割れは、溶接内の硫黄やリンなどの不純物が過剰に存在するために溶接プロセスの凝固中に発生します。これにより、特定の領域の融点が低下し、金属が凝固するときに亀裂が発生する可能性があります。多くの場合、溶接部の高温ゾーンで発生します。-低温割れは、溶接部が数時間から数日間冷却された後に発生します。多くの場合、溶接後に金属に残る残留応力、または溶接部に吸収された水素によって引き起こされます。亀裂を防ぐには、適切な溶加材を使用し、冷却速度を慎重に制御することが賢明です。また、溶接前に母材を予熱して熱応力を軽減することも良い方法です。

 

• √気孔率

これは、ガスポケットが溶接部に閉じ込められ、小さなボイドや空洞が生じる欠陥であり、多くの場合、溶接内にガスが侵入する可能性のある汚れ、油、錆などの汚染物質によって引き起こされます。これらのガスは溶融池に閉じ込められ、金属が冷えるにつれてボイドが形成されます。不適切なシールドガスを使用すると、気孔が発生する可能性があります。母材やフィラー上の湿気や水分が溶接中に蒸発し、溶接部にガスの泡が発生する可能性があります。したがって、母材とフィラーロッドを清潔で乾燥した状態に保ち、適切なシールドガスを使用して溶接プロセス全体を通して一貫した流れを維持することが重要です。

 

• √不十分な融合

溶融不良は、溶接金属が母材と適切に溶融しない場合に発生し、2 つの材料が完全に結合していない接合部に弱い部分が生じます。これにより、溶接部の全体的な強度が大幅に低下し、破損のリスクが増加する可能性があります。この欠陥は、多くの場合、不十分な熱、間違った溶接角度、速い移動速度によって引き起こされます。

 

• √溶接スパッタ

これらは溶接中に溶接池から押し出される溶融金属の小さな液滴であり、溶接部を実際に弱めるわけではありません。ただし、外観には影響を与えるため、不必要な治療後の作業が必要になる可能性があります。スパッタは、多くの場合、溶融金属が溶接池から激しく噴出するときに過剰なスパッタを生成する高電流設定によって発生します。不適切なアーク長や不適切なシールドガスもステンレス鋼の溶接中にスパッタを引き起こす可能性があります。したがって、溶接全体に安定した流れで正しいシールド ガスを使用しながら、スパッタを減らし、電流設定を調整し、安定したアークを維持することが重要です。

 

 

ステンレス鋼の溶接では、歪み、亀裂、鋭敏化などの欠陥を避けるために、材料特性、シールドガス、充填剤、入熱、清浄度などの多くのパラメータに注意を払う必要があります。 Fabmann の経験豊富な溶接工は、ベスト プラクティスに従って機械を正しい電圧、アンペア数に設定し、ステンレス鋼材料の厚さとステンレス鋼の種類に基づいて正しい移動速度で溶接し、高品質の耐食性溶接を実現する方法を知っています。- Fabmann は、太陽エネルギー産業、機械部品、および機械部品向けに高品質のステンレス鋼のカスタム ブラケットを供給しています。換気カバー住宅建設分野向け。