ステンレス鋼の溶接では、冶金学的組成および関連する物理的および機械的特性を維持するためのシールド ガスの選択が必要です。ステンレス鋼の一般的なシールド ガス要素には、アルゴン、ヘリウム、酸素、二酸化炭素、窒素、水素が含まれます (図 1 を参照)。これらのガスは、さまざまな供給モード、ワイヤの種類、ベース合金、必要なビード プロファイル、移動速度のニーズに合わせてさまざまな比率で組み合わせられます。
ステンレス鋼の熱伝導率の低さと短絡トランスファーガスメタルアーク溶接 (GMAW) の比較的「冷たい」性質のため、このプロセスでは、85% ～ 90% のヘリウム (He)、最大 10% のアルゴン (Ar)、および 2% ～ 5% の二酸化炭素 (CO2) からなる「トライミックス」ガスが必要です。一般的なトライブレンド混合物には、90% の He、7-1/2% の Ar、および 2-1/2 が含まれています。 % CO2。ヘリウムのイオン化ポテンシャルが高いため、短絡後のアーク放電が促進されます。He の使用は、その高い熱伝導率と相まって、溶融池の流動性を高めます。Trimix の Ar 成分は溶接溜まりの全体的なシールドを提供し、CO2 はアークを安定させるための反応性成分として機能します (さまざまなシールドガスが溶接ビードプロファイルにどのような影響を与えるかについては、図 2 を参照)。
一部の三成分混合物は安定剤として酸素を使用しますが、他の混合物は同じ効果を達成するために He/CO2/N2 混合物を使用します。一部のガス販売会社は、約束された利点を提供する独自のガスブレンドを持っています。ディーラーは、同じ効果を持つ他の伝送モードにもこれらのブレンドを推奨しています。
メーカーが犯す最大の間違いは、GMAW ステンレス鋼を軟鋼と同じ混合ガス (75 Ar/25 CO2) で短絡させようとすることです。通常、追加のシリンダーを管理したくないためです。この混合物には炭素が多すぎます。実際、ソリッド ワイヤに使用されるシールド ガスには最大 5% の二酸化炭素が含まれている必要があります。大量に使用すると、冶金は L グレード合金とみなされなくなります (L グレードの炭素含有量は 0.03% 未満です)。過剰な炭素シールドガス中の炭化クロムは、耐食性と機械的特性を低下させる炭化物を形成する可能性があります。すすが溶接表面に現れることもあります。
サイドノートとして、300シリーズのベース合金のGMAWを短縮するための金属を選択する場合（308、309、316、347）、メーカーはLSIグレードを選択する必要があります。LSIフィラーは低い炭素含有量を持ち（0.02％）、特に顆粒腐食のリスクがあります。つま先。
メーカーは、短絡転写プロセスを使用する場合は注意する必要があります。アークの消滅により溶融が不完全になる可能性があり、プロセスが重要な用途の標準以下になります。大量の状況では、材料がその入熱に対応できる場合(パルス スプレー モードを使用して溶接される材料の中で 1/16 インチ以上がほぼ最も薄い)、パルス スプレー溶融がより良い選択となります。材料の厚さと溶接位置がサポートしている場合は、より安定した溶融が得られるスプレー溶融 GMAW が推奨されます。
これらの高熱伝達モードでは He シールド ガスは必要ありません。300 シリーズ合金のスプレートランスファー溶接では、98% の Ar と CO2 や O2 などの 2% の反応性元素が一般的に選択されます。混合ガスによっては、少量の N2 も含まれる場合があります。N2 はイオン化ポテンシャルと熱伝導率が高いため、濡れが促進され、より速い移動や浸透性の向上が可能になります。歪みも軽減されます。
パルススプレー転写 GMAW の場合、100% Ar が許容可能な選択となる場合があります。パルス電流がアークを安定させるため、ガスは常に活性元素を必要とするわけではありません。
フェライト系ステンレス鋼と二相ステンレス鋼（フェライトとオーステナイトの比率が 50/50）では、溶融池の速度が遅くなります。これらの合金の場合、Ar ～ 70%、He ～ 30%、CO2 2% などの混合ガスを使用すると、濡れが促進され、移動速度が速くなります（図 3 を参照）。同様の混合物をニッケル合金の溶接に使用できますが、溶接表面にニッケル酸化物が形成されます（たとえば、2% の添加）。 CO2 または O2 は酸化物含有量を増加させるのに十分であるため、メーカーはそれらを避けるか、それらに多くの時間を費やす準備をする必要があります)。これらの酸化物は非常に硬いため、通常はワイヤーブラシでは除去できないため、研磨剤となります)。
メーカーが現場溶接にフラックス入りステンレス鋼ワイヤを使用するのは、これらのワイヤのスラグ系が凝固時に溶接池を支える「棚」を提供するためです。フラックス組成が CO2 の影響を軽減するため、フラックス入りステンレス鋼ワイヤは 75% Ar/25% CO2 および/または 100% CO2 ガス混合物で使用するように設計されています。フラックス入りステンレス鋼ワイヤはポンド当たりのコストが高くなる可能性がありますが、すべてのフラックス入りステンレス鋼ワイヤの方が高いことに注意する価値があります。 -位置溶接速度と溶着速度により、全体の溶接コストが削減される可能性があります。さらに、フラックス入りワイヤは従来の定電圧 DC 出力を使用するため、基本的な溶接システムのコストが低くなり、パルス GMAW システムよりも複雑さが軽減されます。
300 および 400 シリーズ合金の場合、ガス タングステン アーク溶接 (GTAW) では 100% Ar が標準的な選択肢です。一部のニッケル合金の GTAW 中に、特に機械化プロセスでは、移動速度を上げるために少量の水素 (最大 5%) が添加されることがあります (炭素鋼とは異なり、ニッケル合金は水素割れを起こしにくいことに注意してください)。
超二相ステンレス鋼および超二相ステンレス鋼の溶接には、それぞれ 98% Ar/2% N2 および 98% Ar/3% N2 が適しています。ヘリウムを添加して濡れ性を約 30% 改善することもできます。超二相ステンレス鋼または超二相ステンレス鋼を溶接する場合、目標は、約 50% のフェライトと 50% のオーステナイトのバランスの取れた微細構造を備えた接合部を生成することです。微細構造の形成は冷却速度に依存し、TIG を使用するため、 100% Ar を使用すると、ld プールは急速に冷却され、過剰なフェライトが残ります。N2 を含む混合ガスを使用すると、N2 が溶融プール内でかき混ぜられ、オーステナイトの形成が促進されます。
ステンレス鋼は、最大限の耐食性を備えた溶接部を完成させるために、接合部の両面を保護する必要があります。裏面を保護しないと、「糖化」または広範囲の酸化が発生し、はんだ付け不良につながる可能性があります。
一貫して優れたフィット感を備えた堅固な突合せ継手や、継手後部の密閉性が高い場合は、サポート ガスを必要としない場合があります。ここでの主な問題は、酸化物の蓄積による熱影響部の過度の変色を防ぐことであり、機械的除去が必要になります。技術的には、裏面の温度が華氏 500 度を超える場合、シールド ガスが必要です。ただし、より保守的なアプローチは、しきい値として華氏 300 度を使用することです。理想的には、バッキングは 30 P 未満である必要があります。 PM O2。完全溶け込み溶接を達成するために溶接部の背面をえぐり、研磨し、溶接する場合は例外です。
選択される 2 つのサポート ガスは、N2 (最も安価) と Ar (より高価) です。小規模なアセンブリの場合、または Ar 源が容易に入手できる場合は、このガスを使用する方が便利であり、N2 を節約する価値がない場合があります。酸化を減らすために最大 5% の水素を追加できます。さまざまな市販のオプションが利用可能ですが、自家製のサポートと浄化ダムが一般的です。
10.5% 以上のクロムの添加により、ステンレス鋼にステンレスの特性が与えられます。これらの特性を維持するには、適切な溶接シールド ガスを選択し、接合部の裏側を保護する優れた技術が必要です。ステンレス鋼は高価であり、それを使用する十分な理由があります。シールド ガスや溶加材の選択に関して手を抜いても意味がありません。したがって、ステンレス鋼の溶接用のガスと溶加材を選択するときは、知識のあるガス販売店および溶加材の専門家と協力することが常に意味があります。 。
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