金属の世界の効率的な溶接を探る: ステンレス鋼
ステンレス鋼は、耐食性、耐熱性、耐低温性に優れているため、刃物、家電製品、機械製造、建築装飾、石炭、石油化学などの分野で広く使用されています。 中華人民共和国の初期から改革開放以前の時代まで、中国のステンレス鋼の需要は主に産業および防衛用途でした。 現在、中国のステンレス鋼生産量は世界のステンレス鋼生産量の50％以上を占め、世界のステンレス鋼市場で重要な地位を確立しています。 しかし、ステンレス鋼の溶接は簡単な作業ではなく、一連の技術ポイントを習得し、さまざまな技術的困難を克服する必要があります。
I. ステンレス鋼の特徴
簡単に言えば、ステンレス鋼とは、主元素のクロム (Cr) 含有量が 12% を超える鋼を指します。 この組成により鋼が不動態化された状態となり、ステンレス鋼の特性が得られます。 ステンレス鋼は、その構造や化学成分から、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼の4つに大別されます。
オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性、耐熱性、非磁性などに優れ、家電製品や自動車部品、医療機器などに広く使用されています。
マルテンサイト系ステンレス鋼は、優れた被削性、高硬度、磁性特性で知られ、刃物、刃物、機械部品などの製造によく使用されます。
チタンを豊富に含むフェライト系ステンレス鋼は、高温や腐食に強く、自動車の排気管、熱交換器、その他の部品の製造に一般的に使用されています。
二相ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼の利点を組み合わせており、高強度と優れた耐食性を備えています。
さらに、ステンレス鋼には次のような注目すべき特性もあります。：
優れた耐食性: ステンレス鋼のクロム元素は、その表面に緻密な酸化膜を形成し、酸素、水、その他の腐食性媒体の浸食に効果的に抵抗します。
高強度と靭性: ステンレス鋼は高い強度と靭性を備えており、重大な機械的ストレスに耐えることができます。
高温および低温に対する耐性: ステンレス鋼は、高温および低温において良好な機械的特性を維持します。
美的魅力と加工のしやすさ：ステンレス鋼は明るい金属光沢を持ち、加工や成形が容易であり、さまざまな複雑な形状や構造の製品の製造に適しています。
しかし、ステンレス鋼は熱伝導率が比較的低く、熱膨張係数が大きいため、溶接時の高温割れや粒界腐食などが問題となります。 溶接継手の品質と性能を確保するには、適切な溶接方法を選択し、溶接パラメータを制御し、適切な保護措置を講じる必要があります。
II. ステンレス鋼の主な溶接方法
抵抗溶接
特徴：抵抗溶接は、接触面に電流を流すことにより発生する抵抗熱を利用して接触面を溶かし接合します。 抵抗溶接は溶接速度が速く、生産効率が高く、溶接品質が安定しているという利点があります。
適用範囲：抵抗溶接は、比較的厚みが薄く規則的な形状のステンレス鋼板やパイプの溶接に適しています。
動作ポイント: 溶接前に、ワークピースの表面がきれいで平らであることを確認してください。適切な溶接電流と溶接時間を選択します。溶接の品質を確保するために溶接圧力を制御します。
手動アーク溶接
特徴：マニュアルアーク溶接は、アーク溶接ガンを手動で操作して溶接する方法で、柔軟性が高く、さまざまな形状や大きさのワークに対応できます。
適用範囲: 手動アーク溶接は、比較的厚みが薄く、複雑な形状のステンレス鋼ワークの溶接に適しています。
動作点: 溶接中、アーク長を制御し、安定した溶接速度を維持します。適切な溶接電極と溶接電流を選択します。保護ガス流量やタングステン電極の延長長さなどのパラメータに注意してください。
ガスシールド溶接（MIG/MAG溶接、TIG溶接）
MIG/MAG溶接：不活性ガスまたは混合ガスを保護層として使用し、自動または半自動ワイヤ送給装置により溶融池に溶接ワイヤを送給して溶接します。 溶接速度が速く、品質が安定し、コストが低いという利点があります。 高密度分布の溶接箇所に適しています。
TIG溶接：保護ガスとしてアルゴンガスを使用し、ステンレス鋼の溶接電極を溶融状態まで加熱し、ワークピースと接触させて溶接を形成します。 溶接部の形成が良好で、表面仕上げが良好で、パイプの薄板および中厚板の溶接に適しているなどの利点があります。 しかし、工程が複雑で溶接速度が遅く、コストも高くなります。
レーザー溶接
特徴：レーザー溶接は、レーザー光の高いエネルギー密度を利用して溶接を行うため、高精度、高速、良好な溶接品質が特徴です。
適用範囲: レーザー溶接は、非常に高い溶接品質要件と複雑な形状のステンレス鋼ワークピースの溶接に適しています。
動作点: 溶接中、レーザービームの出力と焦点位置を制御します。安定した溶接速度を維持します。保護ガスの流量とレーザービームの安定性に注意してください。
その他の溶接方法
サブマージアーク溶接 ：中厚以上のステンレス板の溶接に適しており、生産性が高く、溶接品質が良いなどのメリットがあります。 ただし、合金元素や不純物の偏析が起こりやすくなります。
エレクトロスラグ溶接 : 液状スラグに電流を流すことで発生する抵抗熱を利用して溶接するため、量産用途に適しています。 ただし、ワークの材質やサイズなどに制限があります。
III. ステンレス鋼の溶接における技術的な問題点と解決策
高温割れ現象
技術的な難しさ: オーステナイト系ステンレス鋼、特にニッケル、硫黄、その他の元素を多く含む鋼種は、溶接中に高温割れが発生しやすく、溶接品質に影響を与えます。
解決策: 予熱と後熱処理を採用して溶接応力を軽減します。同時に、適切な溶加材の選択と溶接パラメータ (電流、電圧、速度など) の最適化も重要です。
粒界腐食
技術的な難しさ: オーステナイト系ステンレス鋼中の炭素とクロムの組み合わせにより炭化クロムが形成され、これが粒界に析出し、その結果粒界でクロムが欠乏し、粒界腐食が引き起こされます。
解決策: 炭素排出量の少ないステンレス鋼材料を使用するか、溶接後の熱処理によって炭化クロムの析出を排除または低減します。
溶接変形
技術的な難しさ: ステンレス鋼は熱膨張係数が大きいため、加熱および冷却の過程で変形しやすくなります。
解決策: 接合部の形状を合理的に設計し、対称的な溶接順序を採用し、固定用治具を適切に使用して溶接変形を軽減します。
溶接気孔率
技術的な問題: 溶接中の保護が不十分であったり、母材の金属表面に汚染物があると、水素細孔やその他のガス細孔が形成される可能性があります。
解決策: 溶接前に溶接する表面を徹底的に洗浄し、溶接中は良好なガス保護環境を維持してください。
ステンレス鋼の溶接は、材料特性、溶接方法、作業仕様などを総合的に考慮する必要がある、技術的に難しいプロセスです。 適切な溶接方法と技術パラメータを選択し、効果的なソリューションを採用することで、ステンレス鋼溶接の品質と性能を確保できます。 将来的には、より高度な溶接技術や溶接装置が登場し、ステンレス鋼の応用分野がさらに広がることが予想されます。 サギ また、ステンレス鋼溶接技術の革新を深く探求し続け、その専門知識を溶接の品質と性能の向上に貢献していきます。