SUS304の溶接での問題

【質問】

SUS304を溶接したときに、①溶接部分の応力除去の方法 ②溶接部の着色部を目立たないようにする方法・・・はどうすればいいのですか?


【回答】

SUS304にかぎらず、ステンレスを溶接する場合は、同様の問題があるでしょう。

溶接時には、その部分が溶融している状態で、普通は、溶接後は空冷されて常温まで冷却されますので、空気に触れて着色しますし、熱処理で溶体化された元の組織とは変わっています。

その変化の程度も一定でなく、状態を把握して問題なく処置するのは簡単ではありません。

結論から言うと、 応力除去や溶接部を隠すための完璧な処理は困難で、何らかの問題が残ります。それらを説明します。

溶接部分の応力除去について

通常のSUS304の鋼材は、溶体化処理をしたオーステナイト組織になっていますが、溶接の際にはその一部が溶融温度まで加熱されてその後に 放冷されますので、加熱、溶融、凝固、収縮、冷却などのために溶接部の近くは複雑な応力状態になっているのは想像できると思います。

溶接によって生じた偏応力で、品物が変形したり溶接部分などで割れが発生することもありますが、これは、割れや変形によってその応力が解放 (緩和)された結果ということになりますし、もしも大きな変形などがなくても、応力が内在しているという状態になっています。

この応力は「加熱」によって緩和開放できます。一つの考え方では、オーステナイト化温度(およそ900℃以上)まで温度を上げて再度溶体化処理をすることです。 しかし、製品に近い形状に加工されたものを溶接する場合が多いでしょうから、加熱~急冷の温度変化による変形は必ず発生しますので、 この方法は現実的には品物にならない可能性が大きいといえます。

もっとも、この方法が熱処理組織や品質を考えたときに最もノーマルな方法といえますので、当初から溶接時の変形を見越して仕上げ代をつけた工程を取ることになっておれば問題はないでしょう。

もう一つの方法は「応力除去焼なまし」で、250℃~550℃程度に加熱します。全体加熱が望ましいのですが、ほとんどはバーナーで加熱される場合が多いでしょう。

「ピーク応力を除去する」ということで、極端な応力部分を緩和するためのものですので、完全な応力除去効果はあまり期待できませんが、品物を生かすためには、むしろ、こちらを推奨します。

応力を緩和するためには、高い温度のほうが効果がありますが、550℃を超えてくると、「鋭敏化」といって、全体の耐食性が低下します。これは、溶体化温度まで上げないと解消されませんので、絶対に温度を上げすぎないようにします。



SUS304の溶接での着色の除去

この着色もしばしば問題になるのですが、大気中で温度を上げる作業では避けられないことです。

溶接部分の着色は、テンパーカラー(焼戻し色)と同様に、薄い酸化膜などの化合物層ですので、物理的除去か科学的な薬品処理が考えられます。

化学的な方法は、硝酸や弗酸で「酸洗い」する方法があります。また、専用の薬品も販売されています。しかし、白っぽい仕上がりになったり、ナシ地のように光沢のない肌になるなど、完全に溶接前の金属光沢にはなりませんので、 目立たないところで試してから用いるようにしましょう。

また、強酸の薬品を使いますので危険です。吸入したり肌に触れないように注意するとともに、完了後には品物を中和しておく必要があります。

その他の除去方法としては、サンドペーパー、グラインダー類、機械加工等で機械的に表面の着色部を除去します。

サンドペーパー等での研磨は研磨目を合わせるのが難しいことに加えて、溶接時には部分的に組織が溶融していますので、その境界を完全にわからないようにするのは難しく、熟練がいりますので、簡単にはうまくいきません。


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