ステンレス鋼は必ずしも加工が難しいわけではありませんが、溶接には細心の注意が必要です。軟鋼やアルミニウムのように熱を放散しないため、過度に加熱すると耐食性が低下する可能性があります。適切な方法を用いることで、耐食性を維持できます。画像：ミラー・エレクトリック
ステンレス鋼は耐食性に優れているため、高純度食品・飲料、医薬品、圧力容器、石油化学産業など、多くの重要な配管用途において魅力的な選択肢となっています。しかし、この材料は軟鋼やアルミニウムのように放熱性が高くなく、不適切な溶接を行うと耐食性が低下する可能性があります。その原因としては、過度の加熱と不適切な溶加材の使用が挙げられます。
ステンレス鋼溶接における最良の方法をいくつか遵守することで、溶接結果を改善し、金属の耐食性を維持することができます。さらに、溶接工程を改善することで、品質を損なうことなく生産性を向上させることができます。
ステンレス鋼の溶接において、溶加材の選択は炭素含有量を制御する上で非常に重要です。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るとともに、用途に適したものでなければなりません。
ER308Lなどの「L」記号の付いた溶加材を探してください。これらの溶加材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。低炭素母材を標準的な溶加材で溶接すると、溶接部の炭素含有量が増加し、腐食のリスクが高まります。「H」記号の付いた溶加材は炭素含有量が高く、高温でより高い強度を必要とする用途向けであるため、使用を避けてください。
ステンレス鋼を溶接する際には、微量元素（不純物とも呼ばれる）の含有量が少ない溶加材を選ぶことも重要です。これらの微量元素とは、溶加材の原料に含まれる残留元素であり、アンチモン、ヒ素、リン、硫黄などが含まれます。これらの元素は、材料の耐食性に大きな影響を与える可能性があります。
ステンレス鋼は熱入力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は、材料特性を維持するための熱制御において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、トーチを同じ場所に長く留めておく必要があり、そ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され、部品が過熱する可能性があります。また、嵌合不良は、隙間を埋めて必要な溶接深さを得ることを困難にします。部品は、ステンレス鋼にできるだけ近いものを使用するように注意してください。
この材料の純度も非常に重要です。溶接部に微量の不純物や汚れが混入すると、最終製品の強度や耐食性を低下させる欠陥が生じる可能性があります。溶接前に下地を洗浄するには、炭素鋼やアルミニウムに使用されていない専用のステンレス鋼ブラシを使用してください。
ステンレス鋼において、鋭敏化は耐食性低下の主な原因である。これは、溶接温度と冷却速度が大きく変動することで材料の微細構造が変化した場合に発生する。
このステンレス鋼管の外側溶接は、ルートバックウォッシュなしのGMAWおよび制御溶着金属（RMD）溶接で行われ、外観と品質はGTAWバックウォッシュ溶接に類似しています。
ステンレス鋼の耐食性において重要な役割を果たすのが酸化クロムです。しかし、溶接部の炭素含有量が高すぎると、炭化クロムが生成されます。炭化クロムはクロムと結合し、ステンレス鋼の耐食性に不可欠な酸化クロムの生成を阻害します。一方、酸化クロムが不足すると、材料は本来の特性を示さず、腐食が発生します。
鋭敏化を防ぐには、溶加材の選択と入熱量の制御が重要です。前述のとおり、ステンレス鋼の溶接では、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、用途によっては強度を確保するために炭素が必要となる場合もあります。低炭素溶加材が適さない場合は、温度制御が特に重要になります。
溶接部および熱影響部が高温（通常、華氏950～1500度、摂氏500～800度）に留まる時間を最小限に抑えてください。この温度範囲での溶接時間が短いほど、発生する熱量も少なくなります。溶接中は、必ず層間温度を確認してください。
別の選択肢としては、チタンやニオブなどの合金成分を含む溶加材を用いて、炭化クロムの生成を防ぐ方法がある。しかし、これらの成分は強度や靭性にも影響を与えるため、すべての用途に使用できるわけではない。
ルートウェルドタングステンアーク溶接（GTAW）は、ステンレス鋼管の溶接における伝統的な方法です。通常、溶接部の下面の酸化を防ぐためにアルゴンバックフラッシュが必要です。しかし、ステンレス鋼管の溶接にはワイヤ溶接がますます一般的になっています。このような場合、異なる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、従来、アルゴンと二酸化炭素、アルゴンと酸素の混合ガス、またはヘリウム、アルゴン、二酸化炭素の3種混合ガスが使用されてきました。これらの混合ガスは、通常、アルゴンまたはヘリウムが主成分で、二酸化炭素の含有量は5%未満です。これは、二酸化炭素が溶融池に炭素を持ち込み、鋭敏化のリスクを高めるためです。ステンレス鋼のGMAW溶接には、純アルゴンは推奨されません。
ステンレス鋼用フラックス入りワイヤは、アルゴン75％と二酸化炭素25％の混合ガスを使用するように設計されています。フラックスには、シールドガス中の炭素による溶接部の汚染を防ぐための成分が含まれています。
GMAW溶接プロセスの進化に伴い、チューブやステンレス鋼管の溶接が容易になった。一部の用途では依然としてGTAW溶接プロセスが必要となる場合もあるが、高度なワイヤ加工プロセスを用いることで、多くのステンレス鋼用途において同等の品質と高い生産性を実現できる。
GMAW RMDを用いて作製された内径ステンレス鋼溶接は、対応する外径溶接と品質および外観において類似している。
ミラーの制御金属堆積（RMD）などの改良型短絡GMAWプロセスを用いたルートパスは、一部のオーステナイト系ステンレス鋼用途においてバックウォッシュを不要にします。RMDルートパスの後には、パルスGMAWまたはフラックス入りワイヤアーク溶接で充填および閉鎖を行うことができ、特に大口径パイプの場合、バックウォッシュGTAWを使用する場合と比較して時間とコストを節約できます。
RMDは、精密に制御された短絡金属移行を利用して、静かで安定したアークと溶融池を生成します。これにより、初期不良や溶融不良の可能性が低減し、スパッタが少なくなり、パイプルートパスの品質が向上します。精密に制御された金属移行は、均一な溶滴堆積を保証し、溶融池、ひいては入熱量と溶接速度の制御を容易にします。
従来とは異なるプロセスを用いることで、溶接生産性を向上させることができます。RMD（回転金属堆積法）を用いる場合、溶接速度は毎分6～12インチ（約15～30cm）に達します。このプロセスは部品に追加の加熱を加えることなく生産性を向上させるため、ステンレス鋼の特性や耐食性を維持するのに役立ちます。また、プロセスの熱入力を低減することで、基材の変形を抑制する効果も期待できます。
このパルス式GMAWプロセスは、従来のパルス式スプレー移行溶接に比べて、アーク長が短く、アークコーンが狭く、入熱量も少なくて済みます。プロセスが密閉されているため、アークドリフトやチップとワークピース間の距離の変動はほぼ完全に解消されます。これにより、現場での溶接の有無にかかわらず、溶融池の管理が容易になります。さらに、フィラー溶接とトップロールにパルス式GMAW、ルートロールにRMDを組み合わせることで、単一のワイヤと単一のガスで溶接作業を行うことが可能になり、工程切り替え時間を短縮できます。
1990 年の Tube & Pipe Journal は、金属管の輸送に使用される最初の雑誌です。 チューブ＆パイプジャーナル 1990年 Tube & Pipe Journal が 1990 年に出版されました。 『チューブ＆パイプジャーナル』は、1990年に金属パイプ業界に特化した最初の雑誌となった。今日でも、北米で唯一の業界誌であり、配管専門家にとって最も信頼できる情報源となっている。
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