ステンレス鋼の扱いは必ずしも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、熱を加えすぎると耐食性が低下する可能性があります。ベストプラクティスに従うことで、耐食性を維持することができます。画像：ミラーエレクトリック
ステンレス鋼は耐腐食性があるため、高純度の食品や飲料、医薬品、圧力容器、石油化学製品などの多くの重要な配管用途で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しないため、不適切な溶接を行うと耐腐食性が低下する可能性があります。過度の熱入力と不適切なフィラー金属の使用が、2 つの原因となります。
ステンレス鋼の溶接に関するベストプラクティスに従うことで、結果を改善し、金属の耐腐食性を維持することができます。さらに、溶接プロセスをアップグレードすると、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では、炭素含有量を制御するためにフィラーメタルの選択が重要です。ステンレス鋼管の溶接に使用するフィラーメタルは、溶接性能を向上させ、アプリケーションの要件を満たす必要があります。
ER308L など、「L」の指定があるフィラー メタルを探してください。これらのフィラー メタルは最大炭素含有量が低く、低炭素ステンレス鋼合金の耐腐食性を維持するのに役立ちます。低炭素ベース メタルを標準のフィラー メタルで溶接すると、溶接接合部の炭素含有量が増加し、腐食のリスクが高まります。「H」のマークが付いているフィラー メタルは炭素含有量が高く、高温で高い強度が求められる用途向けに設計されているため、使用を避けてください。
ステンレス鋼を溶接する場合、微量元素（不純物とも呼ばれます）の含有量が少ない溶接金属を選択することも重要です。これらは、溶接金属の製造に使用される原材料に含まれる残留元素で、アンチモン、ヒ素、リン、硫黄などがあり、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なので、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に熱を制御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フィットにより、トーチを 1 か所に長時間留める必要があり、それらの隙間を埋めるためにより多くの溶加金属が必要になります。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。フィットが不十分な場合、隙間を埋めて必要な溶接溶け込みを得るのが難しくなることもあります。部品がステンレス鋼に可能な限り完璧にフィットするように注意してください。
この材料の清浄度も非常に重要です。溶接接合部に微量の汚染物質や汚れがあると、最終製品の強度や耐腐食性を低下させる欠陥の原因となります。溶接前に基材を洗浄するには、炭素鋼やアルミニウムには使用されていないステンレス鋼の専用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する可能性があります。
このステンレス鋼管の OD 溶接は、ルートパスのバックフラッシュなしで GMAW と調整金属堆積 (RMD) を使用して溶接されており、外観と品質はバックフラッシュ GTAW で行われた溶接に似ています。
ステンレス鋼の耐食性の重要な要素は酸化クロムです。しかし、溶接部の炭素含有量が高すぎると、炭化クロムが形成されます。これらはクロムと結合し、ステンレス鋼の耐食性を与える望ましい酸化クロムの形成を妨げます。酸化クロムが十分でない場合、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、フィラー金属の選択と入熱の制御にかかっています。前述のように、ステンレス鋼の溶接には低炭素フィラー金属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確保するために炭素が必要になる場合があります。低炭素フィラー金属を選択できない場合は、熱制御が特に重要です。
溶接部と熱影響部が高温（通常は華氏 950 ～ 1,500 度（摂氏 500 ～ 800 度））に留ま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いほど、発生する熱も少なくなります。アプリケーションのはんだ付け手順では、常にパス間温度を確認して観察してください。
もう 1 つの選択肢は、チタンやニオブなどの合金成分を使用して設計されたフィラー メタルを使用して、炭化クロムの形成を防ぐことです。これらの成分も強度と靭性に影響するため、これらのフィラー メタルはすべての用途に使用できるわけではありません。
ルートパスのガスタングステンアーク溶接（GTAW）は、ステンレス鋼管を溶接する従来の方法です。通常、この方法では溶接部の裏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。しかし、ステンレス鋼管ではワイヤ溶接プロセスの使用がますます一般的になっています。これらのアプリケーションでは、さまざまなシールドガスが材料の耐食性にどのように影響するかを理解することが重要です。
ガスメタルアーク溶接 (GMAW) プロセスを使用してステンレス鋼を溶接する場合、従来は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 種類のガス混合物 (ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素) が使用されます。通常、これらの混合物には主にアルゴンまたはヘリウムが含まれ、二酸化炭素は 5% 未満です。二酸化炭素は溶接プールに炭素を供給し、鋭敏化のリスクを高めるためです。ステンレス鋼の GMAW には純粋なアルゴンは推奨されません。
ステンレス鋼用のフラックス入りワイヤは、75% のアルゴンと 25% の二酸化炭素の従来の混合物で動作するように設計されています。フラックスには、シールド ガスの炭素が溶接を汚染するの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、ステンレス鋼のチューブやパイプの溶接が簡素化されました。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 プロセスにより、多くのステンレス鋼アプリケーションで同様の品質と高い生産性を実現できます。
GMAW RMD で行われたステンレス鋼の ID 溶接は、対応する OD 溶接と品質と外観が似ています。
ミラーの Regulated Metal Deposition (RMD) などの修正短絡 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アプリケーションでバックフラッシュが不要になります。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の充填パスとキャップ パスを続けることができます。この変更により、特に大口径パイプでは、バックパージ付きの GTAW を使用する場合に比べて時間とコストを節約できます。
RMD は、正確に制御された短絡金属移動を使用して、穏やかで安定したアークと溶接プールを生成します。これにより、コールドラップや融合不足の可能性が減り、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。また、正確に制御された金属移動により、均一な液滴堆積と溶接プールの制御が容易になり、熱入力と溶接速度も向上します。
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 を使用すると、溶接速度は 6 ～ 12 インチ / 分になります。このプロセスでは、部品をさらに加熱することなく生産性が向上するため、ステンレス鋼の特性と耐腐食性を維持するのに役立ちます。また、プロセスの入熱が低減されるため、基板の変形も抑えられます。
このパルス GMAW プロセスは、従来のスプレー パルス転送よりもアーク長が短く、アーク コーンが狭く、入熱が少なくて済みます。プロセスは閉ループであるため、アーク ドリフトやチップからワークピースまでの距離の変動は事実上排除されます。これにより、インプレース溶接やアウトオブプレース溶接の溶接パドル制御が容易になります。最後に、フィル ビードとキャップ ビード用のパルス GMAW をルート ビード用の RMD と組み合わせると、1 本のワイヤと 1 本のガスを使用して溶接手順を実行できるため、プロセスの切り替え時間が不要になります。
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