ステンレス鋼を溶接するには？

ステンレス鋼は、その合金組成が独特であるため、溶接には特殊なアプローチが必要です。この金属の輝きはその複雑さを裏付けており、溶接を成功させるには単なる技術スキル以上のものが必要です。熱下での材料の挙動の理解と耐食性を維持する技術が必要です。

ステンレス鋼を溶接する 3 つの方法

溶融溶接

- 定義： 溶融溶接ステンレス鋼を溶接する接合部を溶融状態まで加熱し、圧力をかけずに溶接を完了させる方法です。
- プロセス： 融着中、熱源 (アークや炎など) が 2 つのワークピースの界面を急速に加熱して溶融池を作成します。熱源の移動に伴って溶融池が前進し、冷却すると溶融金属が凝固して連続的な溶接シームを形成し、2 つのワークピースを接続します。
- 課題： 融接中、溶融池は大気と直接接触するため、金属および合金元素の酸化が発生したり、窒素や水蒸気などの不純物が溶融池に導入される可能性があります。これらの不純物は、冷却プロセス中に気孔率、スラグ混入、亀裂などの欠陥を形成し、溶接シームの品質と性能に影響を与える可能性があります。

圧力溶接

- 定義： 圧接固体溶接とも呼ばれる溶接方法は、2 つのワークピースを圧力をかけて固体の状態で接合する溶接方法です。
- プロセス： 圧接では、抵抗スポット溶接などの技術が一般的に使用されます。 2 つのワークピースの接続点に電流が流れると、高抵抗により大量の熱が発生し、界面が加熱されて塑性状態になります。続いて、軸方向の圧力下で、2 つのワークピースが固体状態で結合されます。
- 機能と特徴： 圧接では、溶加材を使用せずに溶接プロセス中に圧力を加えます。ほとんどの圧接法は溶融を伴わないため、有益な合金元素の燃焼損失や溶接シームへの有害な元素の侵入を回避します。また、圧接は加熱温度が低く、加熱時間が短いため、熱影響部が小さくなります。これにより、溶融溶接が困難なステンレス鋼材の溶接に圧接が有効となり、母材と同等の強度を持った高品質な接合が可能となります。

ろう付け

- 定義： ろう付けろう付け溶接は、ろう材と呼ばれるワークピースよりも融点の低い金属材料を使用し、ろう材の融点よりも高くワークピースの融点よりも低い温度にワークピースとろう材を加熱し、液状のろう材がワークピースを濡らして界面の隙間を埋め、原子間拡散により溶接を行う溶接方法です。
- プロセス： ろう付けでは、ワークピースは固体のまま、ろう材が溶融状態まで加熱されます。液体ろう材は毛細管現象によってワークピース間の隙間を埋め、ワークピース表面と原子間拡散を起こして強力な接合を形成します。
- アプリケーション： ろう付けは、特に 2 つの材料の融点に大きな違いがある場合、異なるステンレス鋼材料を接合するのに適しています。ろう付け温度が比較的低く、ワークへの影響が少ないため、精密機器、電子部品、薄肉構造物の溶接によく使用されます。

ステンレス鋼の溶接技術の種類

ガスタングステンアーク溶接（GTAW）
- 広く使用されており、特に厚さ0.5～3mmのステンレス鋼の溶接に適しています。
- 合金元素の燃焼を最小限に抑え、優れた保護を提供し、スラグのない美しい溶接シームを生成します。
- 手動タングステン不活性ガス (TIG) 溶接は薄板溶接に一般的に使用されますが、消耗電極 TIG 溶接は 3 mm を超えるステンレス鋼部品に適しています。
- 消耗電極TIG溶接は、生産性が高く、熱影響部が少なく、歪みが少なく、耐食性に優れるなどの利点があります。
ガス溶接
- ガス溶接ステンレス鋼は柔軟性があり便利で、さまざまな空間位置の溶接継ぎ目に適しています。
- 耐食性が要求されない薄板構造やステンレス鋼の薄肉パイプに有効な選択肢です。
- 過熱を避け、溶接シームの品質を確保するには、火炎の種類、トーチ角度、溶接速度の制御に注意する必要があります。
サブマージアーク溶接（SAW）
- 中厚さ（6～50mm）のステンレス板の溶接に適しています。
- 高い生産性と良好な溶接シーム品質を提供しますが、合金元素の偏析と不純物の問題に注意する必要があります。
手溶接
- 手動溶接は広く使用されており、使いやすい溶接方法です。
- 手動でアーク長を調整できるので、様々な材質に対応できます。
- 溶接電極はアークキャリアと溶加材の両方として機能します。
- 手動溶接は、屋外や水中環境でも優れた適応性を示します。
金属不活性ガス/金属活性ガス(MIG/MAG)溶接
- 自動ガスシールドアーク溶接法です。
- アークは、保護ガスのシールドの下で金属ワイヤとワークピースの間で燃焼します。
- 鋼、非合金鋼、低合金鋼、高合金鋼ベースの材料に適しています。
- MIG/MAG 溶接は汎用性と特殊性という利点があり、広く使用されている溶接方法です。
タングステン不活性ガス (TIG) 溶接
- シールドガスとして純粋なアルゴンガスを使用し、タングステン電極とワークピースの間でアークが生成されます。
- 溶接ワイヤは帯電しておらず、手動または機械で供給できます。
- TIG 溶接は深い溶け込み能力を備えており、さまざまな種類の鋼に適していますが、溶接池の「洗浄効果」はありません。

ステンレス鋼の溶接に必要な材料と機器

溶接機: TIG (タングステン不活性ガス)、MIG (金属不活性ガス)、スティック溶接などのステンレス鋼溶接プロセスに適しています。
ステンレス鋼フィラーロッドまたはワイヤー: 溶接するステンレス鋼のグレードに一致します (例: 308、309、316)。
不活性ガス供給: 溶接中の酸化を防ぐためのシールド用のアルゴンまたはアルゴンとヘリウムの混合物。
溶接トーチTIG溶接では、アークを発生させるためにタングステン電極を備えたトーチが必要です。
保護ギア: 火花や紫外線からの安全を確保するために、溶接用ヘルメット、手袋、耐火衣服を着用してください。
ステンレスブラシ: 耐食性を維持するための溶接部の洗浄および溶接後の清掃に使用します。
クランプ: 溶接中にワークピースをしっかりと固定します。
研削ディスクまたはフラップディスク: 材料の準備と溶接の清掃に使用します。
バックパージキット: 特に薄いステンレス鋼板の場合、溶接部の裏側の酸化を防止します。
換気装置: 溶接中に有害なガスや煙を除去するために適切な空気循環を確保します。

ステンレス鋼を溶接する手順

溶接材料と工具の準備: 溶接プロセスを開始する前に、ステンレス鋼溶接棒、溶接機、保護マスク、フラックス、グラインダー、洗浄剤、布など、必要な溶接材料と工具を準備することが重要です。これらの材料とツールが要件を満たし、良好に作動する状態であることを確認してください。
パイプの品質検査: ステンレス鋼パイプを溶接する場合は、パイプの直径、肉厚、品質を検査して仕様を満たしていることを確認することが重要です。
溶接エリアの清掃: ステンレスの表面には酸化皮膜、錆、油汚れなどが存在する場合があるため、グラインダーを使用してステンレス表面の酸化皮膜を除去し、洗剤で汚れを拭き取る必要があります。厚さが6ミリメートルを超える場合は、グラインダーなどの工具を使用してV溝を作成する必要があります。
溶接エリアの予熱: 一部のステンレス鋼 (マルテンサイト系ステンレス鋼など) では、溶接前に予熱が必要です。製品マニュアルに従って溶接機のワイヤを接続し、溶接機の適切な接地を確保し、電流を調整してください。溶接ガンを使用して溶接領域を均一に加熱し、予熱温度が 150 ℃を超えないようにしてください。
溶接パラメータの調整: パイプの特定の厚さと材質に基づいて、電流、電圧、予熱温度などの溶接パラメータを調整し、良好な溶接結果を確保します。
溶接棒を使った溶接: ステンレス溶接部にフラックスを均一に塗布します。片手に溶接棒を持ち、もう一方の手で溶接ガンを持ちます。溶接機を使用して溶接棒とステンレス鋼を加熱しながら、溶接棒の一端をステンレス鋼の溶接点に置きます。溶接棒が必要な量まで溶けたら、溶接棒と溶接ガンを素早く移動させます。

結論

要約すると、ステンレス鋼の溶接は、細心の注意と専門的なスキルが必要な作業です。正しい溶接方法と技術を習得し、作業手順に厳密に従うことによってのみ、高品質のステンレス鋼製品を確実に生産することができます。

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