多くの場合、人々は事前に機械加工されたステンレス鋼を購入しますが、これによりオペレーターが考慮しなければならない材料の複雑さが増します。
ほとんどの材料と同様に、ステンレス鋼には多くの利点と欠点があります。合金に少なくとも 10.5% のクロムが含まれる場合、鋼は「ステンレス鋼」とみなされます。クロムは酸化物層を形成し、酸や腐食に耐性があります。この耐腐食性は、クロム含有量を増やし、追加の合金剤を加え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」の特性、メンテナンスの容易さ、耐久性、さまざまな表面仕上げを備えているため、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さまざまな用途に適しています。
ステンレス鋼は、他の鋼よりも高価になる傾向があります。ただし、強度対重量比の利点があり、従来のグレードと比較してより薄い材料の厚さを使用できるため、コスト削減につながります。全体的なコストを考えると、店舗では、この材料のコストのかかる廃棄や再加工を避けるために、適切なツールを使用していることを確認する必要があります。
ステンレス鋼は熱を急速に放散し、最終仕上げと研磨の段階で細心の注意を必要とするため、一般的に溶接が難しいと考えられています。
ステンレス鋼の作業には、一般的に炭素鋼の作業よりも経験豊富な溶接工またはオペレーターが必要です。炭素鋼はより耐久性に優れています。特定のパラメータが導入されると、特に溶接中にその自由度が狭まることがあります。ステンレス鋼は高価なので、経験豊富なオペレーターが使用するのが理にかなっています。
「ステンレス鋼を購入する人は通常、仕上げの美しさを理由に選びます」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・ドゥヴィル氏は語る。「これにより、事業者が考慮しなければならない制約がさらに増えるのです。」
サイズ 4 の線形テクスチャ仕上げでも、サイズ 8 の鏡面仕上げでも、オペレーターは、取り扱いや処理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。これにより、良好な部品生産を確保するために重要な準備と洗浄のオプションも制限される可能性があります。
「この材料を扱う際は、まず第一に、清潔であること、清潔であること、そして清潔であることを徹底して確認することが重要です」と、オンタリオ州ミシサガにあるPFERDオンタリオのカナダ・カントリー・マネージャー、リック・ハテルト氏は述べた。「クリーンな（炭素を含まない）雰囲気を確保し、ステンレス鋼を洗浄して、後で酸化（錆）を引き起こす可能性のある不純物を取り除き、不動態化層の再構築を防ぎ、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場合は、材料と周囲の環境を清潔にする必要があります。まずは、材料から油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。ステンレス鋼の汚染物質は酸化を引き起こすだけでなく、溶接中に問題を引き起こし、欠陥を引き起こす可能性もあります。したがって、はんだ付けを始める前に表面をきれいにすることが重要です。
作業場の環境は必ずしも清潔であるとは限らず、ステンレス鋼や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。作業場では作業員を冷やすために多くのファンを稼働させたりエアコンを使用したりすることがよくあるため、汚染物質が床に押し出され、結露が原材料に滴り落ちたり蓄積したりすることがあります。炭素鋼の粒子がステンレス鋼に吹き付けられた場合は特に困難です。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大きな違いを生みます。
時間の経過とともに錆が蓄積して全体の構造が弱まるのを防ぐために、変色を取り除くことが重要です。また、表面の色を均一にするために青み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択することが重要です。ドゥヴィル氏は、ほとんどの店舗が当初価格を理由に 304 を選択したと説明しました。しかし、店舗が屋外でこの材料を使用する場合は、コストが 2 倍であっても 316 に切り替えることを推奨します。304 は、屋外で使用または保管すると腐食しやすくなります。表面が洗浄され、不動態層が形成されても、屋外の条件が表面に影響を与え、不動態層が侵食され、最終的に再び錆びることがあります。
「溶接準備は、いくつかの根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アプリケーション開発スペシャリスト、ガビ・ミホリクス氏は述べています。「適切な溶接には、錆、塗装、面取りの除去が不可欠です。接合を弱める可能性のある汚染物質が溶接面に残ってはなりません。」
ハテルト氏は、その部分を清掃することが不可欠だが、適切な溶接接着と強度を確保するために、溶接前の準備に材料の面取りも含まれると付け加えた。
ステンレス鋼の溶接では、使用するグレードに応じて適切なフィラー メタルを選択することが重要です。ステンレス鋼は特に繊細なため、溶接シームは同じタイプの材料で認証される必要があります。たとえば、316 ベース メタルには 316 フィラー メタルが必要です。溶接工は任意のタイプのフィラー メタルを使用できるわけではなく、適切な溶接を行うには、各ステンレス グレードごとに特定のフィラーが必要です。
「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・アブレイシブ社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機器があります。ステンレス鋼に亀裂があれば、部品は基本的にダメになってしまうからです。」
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。基材のステンレス鋼を長時間溶接すると、過熱して割れる可能性がある。
「ステンレス鋼の溶接は時間がかかりますが、熟練した技術を必要とする技術でもあります」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。ミホリックス氏によると、場合によっては、溶接部は実際には目に見えないため、溶接後の清掃は限定的であり、目立つスパッタはすぐに除去されます。または、溶接部を水平にしたり清掃したりする必要があるかもしれませんが、特別な表面準備は必要ありません。細かい仕上げや鏡面仕上げが必要な場合は、より複雑な研磨手順が必要になる場合があります。これは、用途によって異なります。
「問題は色ではありません」とミホリックス氏は言う。「この表面の変色は、金属の特性が変化し、酸化/錆びが発生していることを示しています。」
可変速度仕上げツールを選択すると、時間とコストが節約され、オペレーターは仕上げを一致させることができます。
時間の経過とともに錆が蓄積して全体の構造が弱まるのを防ぐために、変色を取り除くことが重要です。また、表面の色を均一にするために青みを取り除くのも良いでしょう。
洗浄プロセスは、特に強力な化学薬品が使用される場合、表面を損傷する可能性があります。不適切な洗浄は、不動態層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、これらの溶接部品を手動で洗浄することを推奨しています。
「手作業で洗浄する場合、24時間または48時間、酸素が表面と反応しないようにしないと、不活性表面を形成する時間がありません」とドゥヴィル氏は述べた。同氏は、表面が合金中のクロムと反応して不活性化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、部品を洗浄し、梱包してすぐに出荷する傾向があるが、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。ただし、前述のように、ステンレス鋼を使用するといくつかの制限が加わります。時間をかけて部品を洗浄することは良い第一歩ですが、それが置かれている環境と同じくらい良いものになります。
ハテルト氏は、汚染された作業場を何度も目にしていると語った。ステンレス鋼の作業環境から炭素を排除することが鍵となる。鋼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、独自のツール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用のワイヤーブラシを炭素鋼に使用した場合、ステンレス鋼はもう使えなくなります」とラダエリ氏は述べた。「ブラシは炭素で汚染され、錆びてしまいます。一度交差汚染されると、ブラシを洗浄することは不可能です。」
店舗では材料を準備するために別の道具を使うべきだが、不必要な汚染を避けるために道具に「ステンレス製のみ」というラベルを貼るべきだ、とハテルト氏は述べた。
ショップでは、ステンレス鋼の溶接準備ツールを選択する際に、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。
「まずは放熱コーティングが施された研磨材を選ぶのが良いでしょう」とミホリックス氏は言います。「ステンレス鋼は非常に硬く、研磨時に軟鋼よりも多くの熱を発生します。熱はどこかに逃げなければなりません。そのため、熱が研磨している場所に留まらず、ディスクのエッジまで流れるように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。」
研磨剤の選択は、全体的な仕上がりがどのようなものであるかによっても左右されると彼女は付け加えます。それは本当に見る人の目次第です。研磨剤に含まれるアルミナ鉱物は、仕上げ工程で使用される最も一般的なタイプです。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ります。炭化ケイ素はより鋭く、より深い切れ込みを残し、光の反射が異なり、青くなります。オペレーターが特定の、またはユニークな表面仕上げを求めている場合は、サプライヤーに相談するのが最善です。
「回転速度は大きな問題です」とハテルト氏は言います。「工具によって必要な回転速度は異なり、速すぎる場合も少なくありません。適切な回転速度を使用することで、作業のスピードと仕上がりの両面で最高の結果が得られます。どのような仕上がりを求めているのか、そしてどのように測定すればよいのかを把握することが重要です。」
Douville 氏は、可変速仕上げツールへの投資が速度の問題を克服する 1 つの方法であると付け加えました。多くの作業者が仕上げに通常のグラインダーを試しますが、その高速化は切断にのみ有効です。プロセスを完了するには速度を落とす必要があります。可変速仕上げツールを選択すると、時間とコストが節約され、作業者は仕上げを一致させることができます。
また、研磨材を選択する際には、粒度も重要です。作業者は、用途に最適な粒度から始める必要があります。
60 または 80 (中) のグリットから始めて、オペレーターはほぼすぐに 120 (細目) に、さらに 220 (極細目) のグリットに移行して、ステンレスに No. 4 仕上げを施すことができます。
「たった3ステップで済むこともあります」とラダエリ氏は言う。「しかし、作業者が大きな溶接部を扱う場合、60番や80番の番手から始めることはできず、24番（非常に粗い）や36番（粗い）の番手を使うことになるかもしれません。こうすると手順が増え、材料に深い傷がある場合、除去が難しくなることがあります。」
さらに、スパッタ防止スプレーやジェルを追加することは溶接工の最大の味方となるが、ステンレス鋼の溶接では見落とされがちだとドゥヴィル氏は言う。スパッタの付いた部品は取り除く必要があり、そのために表面が傷ついたり、追加の研磨工程が必要になったり、さらに時間が無駄になったりする可能性がある。この工程は、スプラッシュ防止システムを使用すれば簡単に省くことができる。
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』および『Fabrication and Welding Canada』に寄稿しています。2014年から2016年にかけては、『Metal Fabrication Canada』のアソシエイトエディター/Webエディターを務め、最近では『Design Engineering』のアソシエイトエディターを務めました。
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、センテニアル大学で書籍、雑誌、デジタル出版の大学院証明書を取得しています。
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Overtone 社の元製品マネージャー、Randy McDonald 氏が、40 年の経験から得たヒントやコツを共有します。FEIN WPO 14-25E 可変速度ポリッシャーと、FEIN Canada の幅広い研磨アクセサリの仕上げおよび研磨アクセサリを使用して、Randy 氏がプロセスをステップごとに説明します。