人々はしばしば加工済みのステンレス鋼を購入するが、これは作業者が考慮しなければならない材料の複雑さを増すことになる。
ほとんどの材料と同様に、ステンレス鋼にも多くの利点と欠点があります。合金に少なくとも10.5%のクロムが含まれている鋼は「ステンレス鋼」とみなされます。クロムは酸化皮膜を形成し、耐酸性および耐腐食性を高めます。この耐腐食性は、クロム含有量を増やしたり、追加の合金剤を加えたりすることでさらに向上させることができます。
この素材は「ステンレス鋼」のような特性を持ち、メンテナンスの手間が少なく、耐久性があり、表面仕上げも多様なため、建設、家具、食品・飲料、医療など、鋼鉄の強度と耐腐食性が求められる多くの産業に適しています。
ステンレス鋼は他の鋼材に比べて高価になる傾向があります。しかし、強度対重量比に優れているため、従来の鋼材に比べて薄い材料を使用でき、コスト削減につながります。全体的なコストが高いため、店舗は適切な工具を使用して、この材料の無駄や再加工によるコスト増を避ける必要があります。
ステンレス鋼は一般的に溶接が難しいと考えられている。なぜなら、熱を素早く放散するため、最終的な仕上げや研磨の段階で細心の注意が必要となるからである。
ステンレス鋼の加工は、一般的に炭素鋼の加工よりも経験豊富な溶接工や作業員を必要とします。炭素鋼はより弾力性がある傾向があります。ステンレス鋼は、特に溶接時に特定のパラメータが導入されると、加工の許容範囲が狭まる可能性があります。ステンレス鋼は高価であるため、経験豊富な作業員が使用するのが合理的です。
「人々がステンレス鋼を購入する理由は、その表面仕上げの良さにあることが多い」と、ケベック州ポワントクレールにあるウォルター・サーフェス・テクノロジーズ社の国際研究開発担当シニアプロダクトマネージャー、ジョナサン・ドゥーヴィル氏は語る。「これは、オペレーターが考慮しなければならない制約をさらに増やすことになる。」
サイズ4の線状テクスチャ仕上げであろうと、サイズ8の鏡面仕上げであろうと、作業者は、取り扱いおよび加工中に材料が尊重され、仕上げが損傷しないようにする必要があります。これは、良好な部品生産を確保するために重要な準備と洗浄の選択肢を制限する可能性もあります。
「この材料を扱う際、まず最初にすべきことは、徹底的に清潔にすることです」と、オンタリオ州ミシサガにあるPFERD Ontarioのカナダ担当カントリーマネージャー、リック・ハテルト氏は述べています。「クリーンな（炭素を含まない）環境を確保し、ステンレス鋼を洗浄して、後々の酸化（錆び）の原因となる不純物を取り除き、不動態層の再構築を防ぎ、酸化を最小限に抑える保護層を形成することが非常に重要です。」
ステンレス鋼を使用する際は、材料と周囲の環境を清掃する必要があります。まずは、材料から油分やプラスチックの残留物を取り除くことから始めましょう。ステンレス鋼に付着した汚染物質は酸化の原因となるだけでなく、溶接時に問題を引き起こし、欠陥の原因となる可能性もあります。そのため、はんだ付けを開始する前に表面を清掃することが重要です。
作業場の環境は必ずしも清潔とは限らず、ステンレス鋼と炭素鋼を扱う際には交差汚染が問題となることがあります。多くの場合、作業場では作業員を冷やすために多くの扇風機やエアコンが稼働していますが、これらによって汚染物質が床に飛散したり、原材料に結露が滴り落ちたり、蓄積したりすることがあります。特に炭素鋼の粒子がステンレス鋼に吹き付けられると、この問題は深刻になります。これらの材料を分離し、清潔な環境に保つことは、効果的な溶接を行う上で非常に重要です。
変色部分を取り除くことは、時間の経過とともに錆が発生して全体の構造が弱くなるのを防ぐために重要です。また、表面の色を均一にするために、青みがかった部分を取り除くのも良いでしょう。
カナダでは、極寒と冬の天候のため、適切なグレードのステンレス鋼を選ぶことが重要です。ドゥーヴィル氏は、ほとんどの店が当初は価格の面から304を選んでいたと説明しました。しかし、店が屋外でこの材料を使用する場合は、価格が2倍であっても316に切り替えることを推奨しています。304は、屋外で使用または保管すると腐食しやすい性質があります。表面を洗浄して不動態層を形成しても、屋外の環境によって表面が影響を受け、不動態層が侵食され、最終的には再び錆びてしまう可能性があります。
「溶接前の準備は、いくつかの基本的な理由から重要です」と、3Mカナダ（オンタリオ州ロンドン）の研磨システム部門でアプリケーション開発スペシャリストを務めるガビ・ミホリクス氏は述べています。「適切な溶接を行うには、錆、塗料、面取りの除去が必要です。溶接面には、接合部を弱める可能性のある汚染物質があってはなりません。」
ハテルト氏は、溶接箇所の清掃は不可欠だが、適切な溶接接着と強度を確保するために、溶接前の準備として材料の面取りも行うべきだと付け加えている。
ステンレス鋼の溶接では、使用するグレードに適した溶加材を選択することが重要です。ステンレス鋼は特にデリケートなため、溶接部は同じ種類の材料で認証されている必要があります。例えば、316の母材には316の溶加材が必要です。溶接工はどんな種類の溶加材でも使えるわけではなく、適切な溶接を行うには、ステンレス鋼のグレードごとに特定の溶加材が必要です。
「ステンレス鋼を溶接する際、溶接工は温度を非常に注意深く監視する必要があります」と、マサチューセッツ州ウースターにあるノートン｜サンゴバン研磨材の製品マネージャー、マイケル・ラダエリ氏は述べています。「溶接工が加熱するにつれて、溶接部と部品の温度を測定するために使用できるさまざまな装置があります。なぜなら、ステンレス鋼に亀裂があると、部品は基本的に使い物にならなくなるからです。」
ラダエリ氏は、溶接工は同じ場所に長時間留まらないように注意する必要があると付け加えた。多層溶接は、基材の過熱を防ぐ優れた方法である。ステンレス鋼の基材を長時間溶接すると、過熱してひび割れを起こす可能性がある。
「ステンレス鋼の溶接は時間がかかる場合もありますが、熟練した職人の手が必要な技術でもあります」とラダエリ氏は語った。
溶接後の準備は、最終製品とその用途によって大きく異なります。ミホリクス氏の説明によると、場合によっては溶接部が実際には見えないため、溶接後の清掃は最小限で済み、目立つスパッタはすぐに除去されます。あるいは、溶接部を平らにしたり清掃したりする必要はありますが、特別な表面処理は必要ありません。細かい仕上げや鏡面仕上げが必要な場合は、より複雑な研磨工程が必要になる場合があります。すべては用途次第です。
「問題は色ではない」とミホリクス氏は述べた。「この表面の変色は、金属の性質が変化し、酸化・錆びるようになったことを示している。」
可変速仕上げ工具を選択することで、時間とコストを節約でき、作業者は仕上がりを均一に調整できるようになります。
変色部分を取り除くことは、時間の経過とともに錆が発生して全体の構造が弱くなるのを防ぐために重要です。また、表面の色を均一にするために、青みがかった部分を取り除くのも良いでしょう。
洗浄工程は、特に強力な化学薬品を使用した場合、表面を損傷する可能性があります。不適切な洗浄は、不動態皮膜の形成を妨げる可能性があります。そのため、多くの専門家は、これらの溶接部品の手作業による洗浄を推奨しています。
「手作業で洗浄する場合、表面と酸素が24時間または48時間反応するのを待たないと、不動態表面を形成する時間がありません」とドゥービル氏は述べた。同氏は、表面が合金中のクロムと反応して不動態層を形成するには酸素が必要だと説明した。一部の店舗では、部品を洗浄、梱包してすぐに発送する傾向があるが、これはプロセスを遅らせ、腐食のリスクを高める。
製造業者や溶接業者が複数の材料を使用することは一般的です。しかし、前述したように、ステンレス鋼を使用するといくつかの制約が生じます。部品を洗浄する時間をかけることは良い第一歩ですが、その効果は部品が置かれている環境によって左右されます。
ハテルト氏は、汚染された作業エリアを頻繁に見かけると語った。ステンレス鋼の作業環境から炭素を除去することが重要だ。鋼材を使用している工場が、この材料に適した作業環境を整えずにステンレス鋼に切り替えることは珍しくない。特に、2つの材料を分離できない場合や、専用の工具セットを購入できない場合は、これは間違いである。
「ステンレス鋼の研磨や下地処理に使うワイヤーブラシを炭素鋼に使ってしまうと、もうステンレス鋼には使えなくなります」とラダエリ氏は語った。「ブラシに炭素が付着して錆びてしまうのです。一度ブラシが汚染されると、洗浄しても効果はありません。」
ハテルト氏によると、店舗は材料を準備する際に専用の道具を使用すべきだが、不必要な汚染を避けるために道具に「ステンレス鋼専用」というラベルを貼るべきだという。
ステンレス鋼溶接準備工具を選定する際には、放熱オプション、鉱物の種類、速度、粒度など、多くの要素を考慮する必要があります。
「放熱コーティングが施された研磨材を選ぶのが良い出発点です」とミホリクス氏は述べた。「ステンレス鋼は非常に硬く、軟鋼よりも研削時に多くの熱を発生します。その熱はどこかに逃げなければならないので、研削箇所にとどまるのではなく、ディスクの端まで熱が流れるようにするコーティングが施されています。その点では理想的でした。」
研磨材の選択は、仕上がりの全体的な見た目にも左右される、と彼女は付け加える。それはまさに見る人の目次第だ。研磨材に含まれるアルミナ鉱物は、仕上げ工程で最も一般的に使用されるタイプである。ステンレス鋼の表面を青く見せるには、炭化ケイ素鉱物を使用する必要がある。炭化ケイ素はより鋭利で、光の反射の仕方が異なる深い切り込みを残し、青く見える。作業者が特定の、または独特な表面仕上げを求めている場合は、供給業者に相談するのが最善である。
「回転数は大きな問題です」とハテルト氏は述べた。「異なるツールには異なる回転数が必要で、多くの場合、回転数が速すぎます。適切な回転数を使用することで、作業のスピードと仕上がりの両面で最良の結果が得られます。どのような仕上がりを求めているか、そしてどのように測定するかを把握してください。」
ドゥーヴィル氏は、速度の問題を克服する一つの方法として、可変速仕上げ工具への投資を挙げた。多くの作業者は仕上げに通常のグラインダーを使用するが、これは高速で切削する機能しか持たない。仕上げ作業を完了するには速度を落とす必要がある。可変速仕上げ工具を選択すれば、時間とコストを節約でき、作業者は仕上がりを均一にすることができる。
また、研磨材を選ぶ際には粒度も重要です。作業者は、用途に最適な粒度の研磨材から始めるべきです。
作業者は、60番または80番（中目）の研磨剤から始めて、ほぼすぐに120番（細目）の研磨剤、そして220番（極細目）の研磨剤へと移行することができ、これによりステンレス鋼に4番の仕上げを施すことができます。
「手順は3ステップと非常に簡単な場合もあります」とラダエリ氏は述べた。「しかし、作業者が大きな溶接作業を行う場合、60番や80番の研磨剤から始めることはできず、24番（非常に粗い）または36番（粗い）の研磨剤を使用する可能性があります。これにより工程が1つ増え、材料に深い傷が付くと除去が難しくなる場合があります。」
さらに、スパッタ防止スプレーやジェルを塗布することは溶接作業者にとって非常に役立ちますが、ステンレス鋼の溶接時には見落とされがちです、とドゥービル氏は述べています。スパッタが付着した部品は除去する必要がありますが、その際に表面に傷がついたり、追加の研磨工程が必要になったり、時間が無駄になったりする可能性があります。この工程は、スパッタ防止システムを使用することで簡単に省略できます。
リンジー・ルミノソは、アソシエイトエディターとして、Metal Fabrication CanadaとFabrication and Welding Canadaに寄稿しています。2014年から2016年までは、Metal Fabrication Canadaのアソシエイトエディター兼ウェブエディターを務め、直近ではDesign Engineeringのアソシエイトエディターを務めていました。
ルミノソは、カールトン大学で文学士号、オタワ大学で教育学士号、センテニアル・カレッジで書籍・雑誌・デジタル出版の大学院修了証を取得している。
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Overtone社の元プロダクトマネージャー、ランディ・マクドナルド氏が、40年にわたる経験から得たヒントやコツを伝授します。ランディ氏は、FEIN WPO 14-25E可変速ポリッシャーと、FEIN Canadaの豊富な研磨アクセサリー製品群から厳選した仕上げ・研磨アクセサリーを使用し、工程をステップごとに解説します。