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、溶接には細部まで細心の注意を払う必要があります。軟鋼やアルミニウムのように熱を放散せず、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は耐食性を維持するのに役立ちます。画像: Miller Electric
ステンレス鋼は耐食性があるため、高純度の食品や飲料、医薬品、圧力容器、石油化学用途など、多くの重要なチューブ用途にとって魅力的な選択肢となっています。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せず、溶接が不適切だと耐食性が低下する可能性があります。入熱量が多すぎることと、間違った溶加材の使用が 2 つの原因となります。
ステンレス鋼溶接のベスト プラクティスに従うと、結果が向上し、金属の耐食性が確実に維持されるようになります。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の向上がもたらされます。
ステンレス鋼の溶接では、炭素含有量を制御するために溶加材の選択が重要です。ステンレス鋼パイプの溶接に使用される溶加材は、溶接性能を向上させ、用途の要件を満たす必要があります。
ER308L などの「L」マークが付いた溶加材を探してください。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。低炭素母材を標準溶加材で溶接すると、溶接継手の炭素含有量が増加し、腐食のリスクが高まります。「H」とマークされた溶加材は、炭素含有量が高く、高温でより高い強度が必要な用途向けに設計されているため避けてください。
ステンレス鋼を溶接する場合、微量元素 (不純物とも呼ばれる) が少ない溶加材を選択することも重要です。これらの元素は、溶加材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であるため、材料特性を維持するための熱制御には、接合部の準備と適切な組み立てが重要な役割を果たします。部品間の隙間や不均一な嵌合のため、トーチは 1 つの場所に長く留まる必要があり、これら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し、部品が過熱する可能性があります。また、嵌合が不十分であると、隙間を埋めて必要な溶接溶け込みを得ることがより困難になる可能性があります。部品がステンレス鋼にできるだけ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。溶接継手の微量の汚染や汚れは、最終製品の強度と耐食性を低下させる欠陥を引き起こす可能性があります。溶接前に基板を洗浄するには、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特殊ブラシを使用してください。
ステンレス鋼では、鋭敏化が耐食性の損失の主な原因です。これは、溶接温度と冷却速度が変動しすぎて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。
このステンレス鋼パイプの OD 溶接は、ルート パスのバックフラッシュを行わずに GMAW および規制金属溶着 (RMD) を使用して溶接されており、バックフラッシュされた GTAW で作成された溶接と外観と品質が似ています。
ステンレス鋼の耐食性の重要な部分は酸化クロムです。しかし、溶接部の炭素含有量が多すぎると、炭化クロムが形成されます。炭化クロムはクロムと結合し、望ましい酸化クロムの形成を妨げ、これによりステンレス鋼の耐食性が得られます。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、溶加材の選択と入熱の制御によって決まります。前述したように、ステンレス鋼の溶接には低炭素溶加材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提供するために炭素が必要になる場合があります。低炭素溶加材が選択肢にない場合、熱制御は特に重要です。
溶接部と熱影響部が高温に保たれる時間を最小限に抑えます。通常は華氏 950 ～ 1,500 度 (摂氏 500 ～ 800 度) と考えられます。この範囲内ではんだ付けにかかる時間が短いほど、発生する熱は少なくなります。塗布はんだ付け手順では、パス間の温度を常に確認して観察してください。
別のオプションは、炭化クロムの形成を防ぐために、チタンやニオブなどの合金成分で設計された溶加材を使用することです。これらの成分は強度や靱性に影響するため、これらの溶加材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、ステンレス鋼パイプを溶接する伝統的な方法です。これには通常、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、ステンレス鋼チューブでのワイヤ溶接プロセスの使用はますます一般的になりつつあります。これらの用途では、さまざまなシールドガスが材料の耐食性にどのような影響を与え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、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 つのガス混合物 (ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素) が伝統的に使用されます。二酸化炭素は溶接池に炭素を提供し、鋭敏化のリスクを高めるため、通常、これらの混合物には大部分がアルゴンまたはヘリウムで、二酸化炭素は 5% 未満含まれています。純粋なアルゴンは、ステンレス鋼の GMAW には推奨されません。
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 ガスの炭素による溶接部の汚染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。用途によっては依然として GTAW プロセスが必要な場合もありますが、高度なワイヤ プロセスにより、多くのステンレス鋼用途で同等の品質とより高い生産性を実現できます。
GMAW RMD で作成されたステンレス鋼の ID 溶接は、対応する OD 溶接と品質および外観が似ています。
Miller's Regulated Metal Deposition (RMD) などの改良型短絡 GMAW プロセスを使用するルート パスは、一部のオーステナイト系ステンレス鋼用途でのバックフラッシュを排除します。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フィルおよびキャップ パスを続けることができます。これにより、特に大型パイプでバック パージを伴う GTAW を使用する場合と比較して、時間と費用が節約されます。
RMD は、正確に制御された短絡金属移送を使用して、穏やかで安定したアークと溶接溜まりを生成します。これにより、コールド ラップや溶融の欠如の可能性が減り、スパッタが減少し、より高品質のパイプ ルート パスが実現します。また、正確に制御された金属移送により、均一な溶滴の堆積が実現され、溶接池の制御が容易になり、その結果入熱と溶接速度が容易になります。
従来とは異なるプロセスにより溶接の生産性が向上します。RMD を使用する場合、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追加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食性の維持に役立ちます。プロセスの入熱が減少するため、母材の変形の制御にも役立ちます。
このパルス式 GMAW プロセスは、従来のスプレー パルス伝達に比べて、アーク長が短く、アーク コーンが狭く、入熱量が少なくなります。プロセスは閉ループであるため、アーク ドリフトと先端からワークピースまでの距離の変動が事実上排除されます。これにより、インプレイス溶接およびアウトオブプレイス溶接のパドル制御が容易になります。最後に、フィルおよびキャップ ビード用のパルス GMAW とルート ビード用の RMD を組み合わせることで、1 本のワイヤと 1 つのガスを使用して溶接手順を実行できるようになり、プロセス切り替え時間を短縮できます。
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