ステンレスの溶接加工の種類別の方法＆難しいとされる理由

• 投稿日：2024年5月8日(水曜日)

ステンレスは、加工性や耐食性などに優れることから、さまざまなシーンで使用されています。
しかし、溶接が難しいことが欠点としてあげられます。
この記事では、そんなステンレスの溶接について、具体的な方法や難しい理由などについて解説します。

ステンレスの溶接加工方法

ステンレスの溶接の方法には、以下のような種類があります。

• 被覆アーク溶接
• TIG溶接
• MIG溶接
• サブマージアーク溶接
• 抵抗溶接
• レーザー溶接

被覆アーク溶接

ステンレスの溶接において、最も多く用いられている方法のひとつです。

被覆材を塗布した、材料と同じ種類のステンレス棒を電極として、これを溶加材にしながら溶接する方法です。
被覆材はフラックスとも呼ばれ、発生させたアーク放電による高温下でガスやスラッグとなり、これが以降で解説するTIG溶接やMIG溶接の不活性ガスの役割、つまりシールドの役割を果たします。
これにより手作業で行うことができるため、細かい部分の溶接にも適しています。
また、この方法は、コストを抑えることができる点もメリットとしてあげられます。

しかし、溶接をする際には強い光と熱を発生させます。
そのため、作業者は保護メガネなどの装着が必須です。
また、溶接が終わった後はフラックスから発生した金属のカスを除去する必要もあります。

TIG溶接

あらゆる金属の溶接に適し、ステンレスやアルミなどの非鉄金属においても用いることができる方法です。

TIGはタングステンを意味し、これを電極とします。
溶接部分にヘリウムガスやアルゴンガスを吹きかけ、この不活性ガスの中でアークを発生させて高温下で材料を溶かします。
溶加材も使いますが、溶接部分は不活性ガスで覆われているため、火花、いわゆるスパッタは発生しません。

そのため、安全に溶接を行うことができます。
また、TIG溶接は精度が高くきれいに仕上げられる点もメリットのひとつです。
しかし、不活性ガス分のコストがかかる、溶接に時間がかかるといったデメリットもあります。

MIG溶接

MIG溶接は、先ほどのTIG溶接と同じ原理の方法になります。

不活性ガスをシールドとして、アークを発生させて、高温下で溶接します。
しかし、電極に溶加材を兼ねた金属を使い、これと材料を溶かして行う点で、TIG溶接とは異なります。

なお、TIG溶接と比較すると精度や仕上がりは劣ります。
しかし、早く溶接することができるため、生産性に優れる点はメリットです。

サブマージアーク溶接

サブマージアーク溶接は、あらかじめ溶接部分に被覆材、つまりフラックスを塗布して、ワイヤの電極を供給して行う方法です。
電極ではなく溶接部分にフラックスを塗布する点で、被覆アーク溶接と異なります。

ワイヤは送給装置で連続的に供給されるため、自動で溶接することが可能です。
そのため、品質を維持しながら高速で溶接することができる点がメリットです。

しかし、溶接姿勢の向きが限定的であったり、そもそも設備が高額であったりといったデメリットもあります。

抵抗溶接

材料同士を加圧して電気を流し、これにより発生した抵抗熱で溶接する方法です。

材料そのものを溶かして接合するため、強度が高い点がメリットです。
また、溶接時間が短いメリットもあります。

なお、抵抗溶接には、スポット溶接やシーム溶接、プロジェクション溶接やバット溶接など、さらに種類があります。

レーザー溶接

レーザーを集光レンズで1点に細く絞り、このエネルギーで材料を局所的に溶かして行う方法です。

レーザーはΦ1.0mm以下にまで細く絞るため、非常に繊細な溶接ができ、また熱による変形や焼け、歪みを抑えることができます。
また、非接触であることに加え、フラックスやガスを使わないといった点で、他の方法とは異なります。

しかし、他の方法と比較すると、出力は小さいです。

ステンレスの種類で特性が異なるため溶接加工は難しい

ステンレスの溶接は難しいとされています。
これは、ステンレスには以下のように種類があり、それぞれ特性が異なるためです。

• オーステナイト系ステンレス
• マルテンサイト系ステンレス
• フェライト系ステンレス

以下でそれぞれもう少し具体的に解説します。

オーステナイト系ステンレスの場合

ステンレスの中でも最も一般的な種類です。

しかし、溶接をする上では高温割れを引き起こす可能性があります。
これは凝固割れとも呼ばれ、縦割れやクレータ割れなど、さまざまな形で引き起こるのが特徴です。

理由としては、まず溶接部分は熱で溶かされた後、冷えて固まりますが、このとき収縮するため、応力が働くことがあげられます。
また、これに加えてオーステナイト系ステンレスは、他の種類と比較して組織が複雑であることも理由にあげられます。
これにより、溶接をする際、結晶が大きく変化し、応力が働きやすくなります。
さらに、オーステナイト系ステンレスの熱伝導率の高さが、上記のことに拍車をかけてしまうことも理由のひとつです。

マルテンサイト系ステンレスの場合

マルテンサイト系ステンレスにおいては、溶接を行った後、急冷してしまうと割れを引き起こす可能性があります。

マルテンサイトとは、オーステナイト組織を急冷することでできる硬くて脆い組織です。
そのため、急冷してしまうとマルテンサイト化し、溶接部分は割れやすくなります。

なお、マルテンサイト系ステンレスにおける溶接の割れは、数日後に引き起こる場合もあります。

フェライト系ステンレスの場合

フェライト系ステンレスは、溶接をすることで強度が下がる可能性があります。

これは、熱の影響ではほとんど硬くならないフェライト系ステンレスですが、粗粒化を引き起こす可能性があるためです。
溶接によって熱せられた後、冷やされると、その部分で結晶が新しく作られます。
しかし、この結晶が不均一の場合、溶接部分において粗大化します。

これを粗粒化と呼び、溶接部分の強度はもちろん、部品全体で見ても強度が下がることになります。

まとめ｜部品製作のことならJig Match

この記事では、ステンレスの溶接について解説しました。
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