耐食性ステンレス鋼溶接の主要技術

工業製造において、ステンレス鋼は、その優れた耐食性、美的魅力、機械的特性から、化学、製薬、食品加工、建設業界で広く使用されています。しかし、不適切に溶接されたステンレス鋼配管システムは、数ヶ月以内に錆や漏れが発生し、重大な経済的損失と安全上の危険につながる可能性があります。

数百万ドル規模の化学プラントを考えてみましょう。そこでは、綿密な設計と設置にもかかわらず、中核となるステンレス鋼配管システムが、溶接品質の低さから数ヶ月以内に深刻な腐食を起こしました。その後の腐食性物質の漏れは、運用上の安全と環境保護の両方を脅かしながら、多大な経済的損害をもたらしました。このようなケースは残念ながら一般的であり、ステンレス鋼溶接には厳格な精度が求められることを痛烈に思い出させます。

ステンレス鋼の耐食性は、その表面に形成される高密度の酸化クロム不動態皮膜に由来します。この微小な層は、腐食性物質の浸透を防ぐことで、母材を保護します。しかし、溶接の高温は、この保護膜を損なう可能性があります。不適切な技術は、溶接部の耐食性を低下させ、クロムが保護酸化層を形成する代わりに炭素と結合する感作の問題を引き起こす可能性があります。

適切なフィラーワイヤの選択は不可欠です。低炭素ステンレス鋼合金の場合、0.03%未満の炭素を含む「L」と表示されたワイヤ（例：ER308L）は、耐食性を維持するために不可欠です。逆に、高炭素含有量（0.04〜0.08％）の「H」指定ワイヤは、高温用途に適していますが、腐食のリスクを高めます。炭素レベルを超えて、ワイヤ組成が母材の特性と一致し、ISOまたはAWS規格に適合する認定製品を通じて低不純物レベル（アンチモン、ヒ素、リン、硫黄）を確認してください。

ステンレス鋼の熱に対する感度は、長時間の加熱と過剰なフィラーの堆積を減らすために、狭い接合ギャップ（≤1mm）を必要とします。アライメントが悪いと、熱の集中が増加し、浸透が複雑になります。溶接治具を使用して一貫した位置決めを行い、熱を均等に分散させるために対称的な溶接シーケンスを実装します。

微小な汚染物質でさえ欠陥を引き起こす可能性があります。専用のステンレス鋼ブラシ（炭素鋼やアルミニウムには絶対に使用しない）は、表面の油、錆、酸化物を除去します。機械的方法を補完するために、特殊な酸洗溶液による化学洗浄を行うことができます。拡大鏡下での洗浄後の検査により、表面の純度を確認します。

感作は、500〜800℃で、炭素が優先的にクロムと結合し、不動態皮膜を弱める場合に発生します。制御対策には以下が含まれます。

• 低入熱と調整されたパス間温度
• 急速冷却技術（水/エアジェット）
• クロムよりも先に炭素を結合するチタン/ニオブ合金ワイヤ

従来のTIG（GTAW）溶接では裏面アルゴンシールドが必要ですが、アルゴン-CO ₂ /O ₂ またはヘリウム-アルゴン-CO ₂ 混合物（CO ₂ ≤5%）を使用する最新のMIG（GMAW）法は、効率性の向上を提供します。フラックス入りワイヤ（75% Ar/25% CO ₂ ガス）は、炭素汚染をさらに防ぎます。

MillerのRMD（Regulated Metal Deposition）技術のような革新により、制御された短絡移行を介してオーステナイト系ステンレス鋼のルート溶接をバックシールドなしで行うことができ、最小限の入熱で150〜300mm/分の速度を達成できます。その後のパルスGMAWフィリングは、速度と精度を組み合わせ、シングルワイヤ/ガスでの完了を可能にします。

「ステンレス鋼溶接には、理論的知識と実践的専門知識の両方が求められます」と、ベテランの溶接専門家は述べています。「その独自の冶金学を習得することによってのみ、技術者は耐食性があり、構造的に健全な溶接を製造できます。」

新しいテクノロジーは、改良された合金、自動化されたプロセス、洗練された熱制御を通じて、ステンレス鋼溶接をより高い効率性、品質、コスト効率に向けて進歩させ続けています。

優れたステンレス鋼溶接には、材料の選択、接合部の準備、清浄度、熱制御、およびプロセスの革新への細心の注意が必要です。これらの原則を遵守することにより、製造業者はステンレス鋼の伝説的な耐久性を最大限に活用できます。