産業技術の急速な発展に伴い、ステンレス鋼は耐食性、高強度、美観に優れた素材として、建設、自動車、航空宇宙、食品加工などのさまざまな用途で広く使用されています。しかし、その独特の物理的および化学的特性により、ステンレス鋼の溶接プロセスは多くの課題に直面しています。この記事では、ステンレス鋼の溶接の課題、一般的な溶接方法、業界の溶接品質と効率の向上に役立つベスト プラクティスについて詳しく説明します。

ステンレス鋼の溶接の課題

1.高温酸化と変色

ステンレス鋼は高温溶接プロセスで表面が酸化しやすく、酸化膜が形成され、溶接部や熱影響部の色が変化します。これは美観に影響を与えるだけでなく、材料の耐食性も弱めます。これを防ぐには、通常、溶接後に保護ガスを使用するか、酸洗いと不動態化を行う必要があります。

2.熱亀裂感受性

特にオーステナイト系ステンレス鋼は、熱膨張係数が高く、熱伝導率が低いため、溶接の冷却過程で熱割れが発生しやすくなります。熱亀裂は通常、溶接金属または熱影響部で発生し、ひどい場合には溶接構造の破損につながる可能性があります。熱亀裂のリスクを最小限に抑えるには、溶接プロセスのパラメータを厳密に制御し、適切な溶接材料を選択する必要があります。

3.溶接変形

ステンレス鋼は熱膨張係数が高いため、溶接プロセスで大きな熱応力が発生し、溶接部の変形が発生します。これは、大きな構造物や薄肉部品の場合に特に顕著であり、製品の寸法精度や外観品質に影響を与える可能性があります。溶接変形を制御するには、適切なクランプと変形防止措置を使用する必要があります。

4. 窒化物および炭化物の析出
高温溶接プロセスでは、ステンレス鋼中の窒素と炭素がクロムと反応して窒化物や炭化物を形成する可能性があり、これらの析出物により材料の耐食性と靭性が低下します。この現象を防ぐには、溶接入熱の管理、適切な溶接材料の選択、その後の熱処理が鍵となります。

5.溶接スパッタ・コンタミ

溶接工程中に発生するスパッタや異物が溶接部や母材の表面に付着し、溶接部の品質や外観に影響を与える場合があります。これには、低スパッタ溶接電流や溶接シールドガスの使用など、適切な溶接プロセスと保護手段の使用が必要です。

ステンレス鋼の溶接方法

1. タングステン・アルゴンアーク溶接（TIG）
TIG溶接は、非消耗品のタングステン電極と不活性ガス (アルゴンなど) 保護を使用する溶接方法で、薄肉ステンレス鋼の溶接に特に適しています。TIG 溶接は高品質で滑らかな溶接シームを提供し、一般的に使用されています。航空宇宙機器や医療機器など、高精度の溶接が要求される分野。溶接効率を向上させるために、パルス TIG 溶接技術を使用して、入熱と歪みをさらに低減できます。

2. 溶融電極ガスシールド（MIG）溶接
MIG溶接は溶融電極と不活性ガス保護を使用するため、中厚板ステンレス鋼の溶接に適しており、生産性が高くなります。電流、電圧、溶接速度を調整することで、溶接スパッタや溶融池の形状を効果的に制御できます。溶接の品質を向上させるために、アルゴンと二酸化炭素の混合ガスなどの混合ガス保護を使用できます。

3. プラズマアーク溶接(PAW)
プラズマアーク溶接(PAW) は、プラズマアークを熱源として、集中的かつ安定した溶接熱を提供する高精度溶接技術です。PAW は、溶接熱を必要とする用途に適しています。高品質かつ低歪み精密機器やハイエンド機器の製造など。 TIG 溶接と比較して、PAW は溶接速度が速く、熱影響部が小さくなります。

4. レーザー溶接
レーザー溶接高エネルギー密度のレーザービームを熱源として利用するため、溶接速度が速く、歪みが少なく、熱影響部が小さいという利点があり、特に高精度、高効率の溶接ニーズに適しています。レーザー溶接電子部品や自動車部品の製造など、薄肉で複雑な構造部品の溶接に適しています。

5. 抵抗スポット溶接
抵抗スポット溶接は、溶接の接点を流れる電流によって発生する熱を利用し、自動車のボディや家電製品のシェルの製造など、薄いステンレス鋼の接合に一般的に使用されます。この方法は高速で溶接接合部が小さく、大量生産に適しています。

ステンレス鋼の溶接のベストプラクティス

高品質のステンレス鋼溶接を保証するために、業界で広く認識されているベスト プラクティスをいくつか以下に示します。

1. 表面の洗浄
溶接前に、溶接欠陥を防ぐために、ステンレス鋼の表面を徹底的に洗浄して、グリース、酸化物、その他の汚染物質を除去する必要があります。洗浄は化学クリーナーまたは機械研磨ツールを使用して行うことができます。

2. 入熱の制御
溶接電流、電圧、溶接速度を調整して入熱を制御し、溶接金属の過熱につながる過剰な入熱を回避し、熱亀裂や溶接歪みのリスクを軽減します。

3. シールドガスの使用
溶接領域が空気と接触するのを防ぎ、酸化や窒化を避けるために、溶接中に適切なシールドガス (純アルゴンやヘリウムなど) を使用する必要があります。厚肉の材料の場合、保護ガスの二重層を使用して保護効果を向上させることができます。

4. 予熱および後熱処理
厚肉ステンレス鋼やハイカーボンステンレス鋼の場合、溶接前の予熱や溶接後の熱処理を行うことで熱応力や割れを軽減できます。予熱温度と熱処理温度は材料の種類や溶接方法に応じて選択してください。

5. 適切な溶接材料の選択
母材と適合する溶接材料を使用し、溶接金属と母材の化学組成と機械的特性が類似していることを確認し、溶接継手の強度と耐食性を確保します。

6. 溶接品質試験
溶接完了後は、X線検査、超音波検査、浸透検査などの溶接品質検査を実施し、溶接継手に亀裂、気孔、スラグ噛み込みなどの欠陥がないことを確認する必要があります。

今後の展望

科学技術の進歩に伴い、ステンレス鋼の溶接技術は高効率、インテリジェント、グリーンの方向に発展し続けます。将来的には、自動溶接ロボットとインテリジェント溶接制御システムにより、溶接の効率と品質がさらに向上します。同時に、溶接工程における有害ガスの排出や材料廃棄物を削減するために、環境に優しい溶接技術の研究開発も重要な方向性となります。