二相ステンレス鋼の溶接において最も重要なのは、熱制御である。
二相ステンレス鋼は、フェライトとオーステナイトが50対50の割合でバランスを取ることで耐食性を得ていますが、溶接時の熱によってそのバランスが急速に崩れてしまう可能性があります。
加熱しすぎるとシグマ相が発生して脆化が起こります。加熱が不十分だと、フェライトが過剰に生成され、溶接部が使用に耐えられなくなります。
配管工事の準備をしている場合でも、生産ラインの設備を整えている場合でも、このガイドはアーク放電を開始する前に必要なパラメータとプロセス上の決定事項を提供します。
二相ステンレス鋼の溶接が難しい理由とは？
二相ステンレス鋼の溶接における課題は、基本的な溶接技術だけでなく、溶接熱サイクル中の冶金学的制御にある。
溶接時の熱サイクルは、そもそもこの材料を使用する価値がある理由である相平衡を常に脅かす。
位相バランスの問題
溶接中、溶接金属は主にフェライトとして凝固し、熱影響部付近も熱サイクル中にフェライトが豊富になることがある。オーステナイトは、接合部が適切な温度範囲で冷却されるにつれて再形成される。
熱入力が少なすぎて冷却速度が速すぎると、オーステナイトが十分に回復する時間が確保されません。その結果、溶接部が過度にフェライト化され、耐食性や衝撃靭性が低下する可能性があります。
実際には、多くの溶接手順において、溶接部におけるフェライト含有量を約35～65%にすることを目標としている。この範囲に近づけることは、二相溶接における主要な目標の一つである。
シグマフェーズリスク
過剰な熱入力は、正反対の問題を引き起こします。二相ステンレス鋼が有害な金属間化合物が形成される温度範囲に長時間留まると、溶接部および熱影響部（HAZ）の靭性や耐食性が低下する可能性があります。
ASTM A923規格が存在するのは、二相ステンレス鋼が約320～955℃（600～1750°F）の温度にさらされた際に、有害な金属間化合物を生成しやすいという性質があるためです。
これらの相の中で最も重要なものの一つがシグマ相です。たとえ少量であっても、溶接部をより脆くし、局部腐食に対する脆弱性を高める可能性があります。
だからこそ、二相溶接は単に見た目の良い溶接ビードを作るだけではないのです。二相ステンレス鋼の価値を決定づける微細構造を維持するために、入熱量、層間温度、冷却挙動を十分に厳密に制御することが重要なのです。
二相ステンレス鋼に最適な溶接方法はどれですか？
すべての二重溶接作業に最適な単一のプロセスは存在しません。ほとんどの場合、ルート品質と熱制御が最も重要な場合はTIG溶接が適しており、一方、板厚と生産性が重視される場合はパルスMIG溶接の方が理にかなっています。
SMAWやSAWも使用可能だが、通常はTIGやパルスMIGよりも厳密な手順管理が必要で、ミスに対する許容度が低い。
プロセス比較の概要
| プロセス | 熱入力制御 | 生産性 | 一般的なアプリケーション | デュプレックスの適合性 |
| TIG （GTAW） | ★★★★★ 素晴らしい | 低～中 | ルートパス、細いパイプ、精密作業 | 通常は根や薄切片に好まれる |
| ミグ (GMAW) | ★★★★☆ グッド （脈拍あり） | ハイ | 厚板、生産溶接 | 速度が重要で、パラメータが安定している場合に良い選択肢です。 |
| スティック （SMAW） | ★★★☆☆ 穏健派 | 技法 | 現場修理、現場作業 | 使用可能だが、より厳密な手順管理が必要 |
| 、SAW | ★★☆☆☆ 制御が難しい | すごく高い | 重機製作のみ | 主に専門ショップでの作業向け |
TIG溶接（GTAW）—精密作業に最適
TIG溶接は、パイプのルートパス溶接や薄肉部品の溶接に最適なプロセスです。溶接工は熱入力を直接リアルタイムで制御でき、アークは安定しているため、母材を過熱することなく安定した溶融状態を維持できます。
二相管のTIG溶接において、譲れない点がいくつかあります。
- バックパージガスは必須です。100%アルゴンまたはアルゴン＋2%窒素を10～15CFHの流量で使用してください。バックパージガスを使用しないと、ルートビードがすぐに酸化し、その酸化面が使用中の腐食の起点となります。
- パルスTIG溶接が推奨される構成です。ピーク電流とバックグラウンド電流のサイクル制御により、パスごとに正確な入熱制御が可能です。2507のようなスーパーデュプレックス鋼材の場合、パルスTIG溶接はオプションではなく、推奨される構成です。
- 高周波スタートは溶接品質を保護します。高周波非接触アークスタートは、溶融池へのタングステン汚染を防ぎます。これは、腐食が特に深刻な用途において重要です。
このような作業に必要な機器を調達する場合は、卸売業者 ティグ溶接機 高周波スタート、パルス機能、1A分解能の電流制御を備え、あらゆるニーズに対応します。
MIG溶接（GMAW）—生産性向上のために
MIG溶接は、板厚が6mmを超える場合や、生産量が重要な生産環境に適しています。ここで重要なのは「パルス」です。標準的な短絡転送MIG溶接では温度が低く、熱入力が不安定なため、フェライト含有量が許容範囲を超えてしまいます。
パルスGMAWは入熱量を一定かつ制御可能にするため、厚板の2205溶接において有効な選択肢となります。シールドガスも重要です。純粋なアルゴンではなく、Ar + 2% N₂を使用してください。窒素を添加することで溶融池内のオーステナイト形成が安定化し、フェライトが過剰に成長するのを防ぐことができます。
二相鋼の溶接における重要なパラメータは何ですか？
適切なパラメータを設定することが、二重溶接の成否を左右します。これらの数値はあくまで目安であり、推奨値ではありません。
熱入力（最も重要な変数）
熱入力は、以下の式を用いて計算されます。
熱入力（kJ/mm）＝（電流×電圧×60）÷（移動速度mm/分×1000）
許容範囲は学年によって異なります。
| 材料グレード | 最小熱入力 | 最大熱入力 |
| リーン デュプレックス （2101 / 2304） | 0.5 kJ/mm | 2.5 kJ/mm |
| スタンダードデュプレックス (2205) | 0.5 kJ/mm | 2.5 kJ/mm |
| スーパーデュプレックス (2507) | 0.2 kJ/mm | 1.5 kJ/mm |
2507の許容範囲がどれほど狭いかに注目してください。この狭い範囲は、溶接機がパラメータを常に一定に保つ必要があることを意味します。電流値や溶接速度に少しでもずれがあると、仕様外になってしまいます。
これが、スーパーデュプレックス印刷において、エントリーレベルの機器ではなく、安定した高精度な出力が可能な機器が求められる主な理由の一つです。
パス間温度
これは製造現場で最も頻繁に省略されるパラメータであり、TWI Globalが産業現場における二相溶接不良の主な原因として挙げているパラメータでもあります。以下にその制限値を示します。
- 標準デュプレックス2205：150℃（300°F）以下
- スーパーデュプレックス 2507 （薄壁）: ≤ 100°C (212°F)
TWI Globalによると、工業現場における二相ステンレス鋼溶接の不具合の主な原因は、層間温度制限の超過です。各層を溶接する前に、赤外線温度計または接触式高温計で測定してください。触感や経過時間で判断しないでください。
予熱要件
標準的な二相ステンレス鋼は予熱を必要としません。この点において、二相ステンレス鋼は炭素鋼よりも実際には扱いやすいと言えます。
例外として、周囲温度が5℃（41°F）を下回る場合、または加工対象物の表面に結露が生じている場合は、作業開始前にヒートガンを使用して材料を約15～20℃まで加熱してください。
重要な警告事項が1つあります。 過度に予熱しないでください。開始温度が高いと、利用可能な熱入力範囲が狭まり、シグマ相の形成が促進されます。部品を温めるだけで、焼き付けないでください。
どのような溶加材とシールドガスを使用すべきか？
二相ステンレス鋼の場合、最も安全な出発点は、ニッケルをわずかに過剰に添加した適合する溶加材と、溶接部を保護しつつ適切な相バランスを維持するシールドガスを使用することです。
実際には、TIG溶接やパイプのルートワークではアルゴンをベースとしたシールドガスやパージガスがよく使用されますが、MIG溶接におけるガスの選択は手順に大きく依存するため、ワイヤメーカーの指示と資格のある溶接手順書（WPS）に従う必要があります。
TWIは、二相溶加材は通常、溶接金属中のオーステナイトを回復させるために、2～4％のニッケルを追加して選択されると指摘している。
溶加材の選択
二相溶加材は通常、母材よりもニッケル含有量がわずかに高いように設計されており、溶融金属が希釈および冷却後にフェライトとオーステナイトのバランスをより良く回復できるようにしている。
そのため、適合する二相系充填材は、単に母材金属と同一であるというよりも、過剰合金化されていると表現されることが多いのです。
標準的な選択ガイドは以下のとおりです。
| ベース材料 | 一般的なフィラーの選択 | Notes | AWS 分類 |
| 2205（標準二世帯住宅） | ER2209 | ほとんどのアプリケーションで標準的な選択肢 | AWS A5.9 |
| 2507 (スーパーデュプレックス) | ER2594 | スーパーデュプレックス溶接の一般的な選択肢 | AWS A5.9 |
| 2304（リーン・デュプレックス） | ER2209 | 手順が許す場合によく使用される | AWS A5.9 |
| 2101（リーン・デュプレックス） | ER2209 | WPSに応じて、一般的な実用的選択肢 | AWS A5.9 |
パイプルート部に関する実用的な注意点として、一部の手順では、ルートパスにおいて、ルート部での希釈を相殺するために、より高合金の溶加材を使用する場合があります。このようなステップアップの選択は、すべての2205溶接におけるデフォルトのルールとしてではなく、手順固有のオプションとして提示されるべきです。
シールドガスの推奨事項
| 用途 | 一般的なガスアプローチ | 標準的な開始流量 |
| TIG溶接 - トーチ側 | 100% Ar または Ar + 1～2% N₂ | 15～20 CFH |
| TIG - バックパージ | 100% Ar または Ar + 1～2% N₂ | 10～15 CFH |
| ミグ/GMAW | アルゴンをベースとした混合ガス。正確な配合比率は、ワイヤーとWPSによって異なります。 | 手順/セットアップに従ってください |
| スティック（SMAW） | 外部シールドガスなし | - |
二相溶接には、C25などの高CO₂含有炭素鋼ガス混合物は避けてください。TIG溶接およびルートパージには、アルゴン系ガスが一般的に使用されます。MIG溶接では、標準的な炭素鋼ガスが適しているとは限らないため、溶加材メーカーおよび資格のある溶接手順書（WPS）に従ってください。
デュプレックス溶接で最もよくあるミスとその回避方法とは？
デュプレックス溶接で最もよくある間違いは 層間温度を無視し、炭素鋼用に設計されたガス設定を使用し、パイプ根元の適切なバックパージを省略する.
これら3つはいずれも予防可能ですが、無視すると相バランスや腐食性能に悪影響を及ぼす可能性があります。
二相ステンレス鋼の溶接ガイドでは、二相ステンレス鋼には脆性金属間化合物の発生リスクを低減するための推奨温度制限が定められているため、層間温度の管理も重視されています。
間違い1：インターパス温度を無視する
溶接作業において、温度測定を行わずに連続して溶接を行うことは、最も一般的な故障原因です。熱は溶接パスを重ねるごとに蓄積され、5回目または6回目のパスが終わる頃には、パス間の温度は200℃をはるかに超えています。シグマ相が形成され、溶接部は見た目には問題なく見えますが、腐食環境下では数か月以内に破損します。
それを回避する方法： 溶接前には必ず測定を行ってください。例外はありません。部品が許容値を超えている場合は、待機してください。化学処理ラインで溶接不良が発生するより、10分間の冷却休憩の方がはるかに安上がりです。
間違いその2：二相MIG溶接に炭素鋼ガス装置を使用すること
炭素鋼と二相ステンレス鋼を同じフロアで溶接する工場では、このようなミスがよく起こります。手近にあるC25ガスボンベを手に取り、2205ガスボンベの継ぎ目に数回溶接を施し、溶接面がきれいに見えるのです。しかし、腐食試験や実際の使用時に問題が発覚します。
デュプレックスMIG溶接におけるガス選定は、炭素鋼溶接におけるガス選定とは異なり、C25のような高CO₂含有率の混合ガスを安全なデフォルトガスとして扱うべきではありません。
それを回避する方法： 通常の炭素鋼用ガスが二重溶接に適していると思い込まないでください。充填機メーカーおよび資格のある溶接手順書（WPS）に従い、二重溶接用ガス設備は作業場内で明確に表示してください。
間違い３：パイプ溶接部のバックパージを省略する
セットアップ時間を節約するためにパージ工程を省略するのは、結局は損になる。パージガスがないと、ルートビードの内面が酸化してしまう。これは「シュガリング」と呼ばれることもある。
その酸化層は、実質的に耐食性がゼロです。海水配管や化学プロセス配管では、配管はほぼ瞬時に内側から腐食し始めます。
それを回避する方法： 溶接部の温度が100℃以下になるまで、バックパージの流れを維持してください。長いパイプ区間では、後部にパージダムを設けることで、溶接範囲を損なうことなくガス消費量を抑えることができます。
二重溶接に必要な機器は何ですか？
二重溶接において最も有用な装置は、安定した出力、優れた入熱制御、そして実際に必要なプロセス機能を備えた機械です。
実際には、それは通常、ルート品質や薄板溶接には適切に制御されたTIG溶接装置を、厚板溶接や量産作業にはパルスMIG溶接装置を使用することを意味する。
デュプレックスTIG溶接機の主な特長
二相ステンレス鋼のTIG溶接において、最も役立つ機械機能は、制御性と一貫性を向上させる機能です。
- HF非接触始動：アーク始動時のタングステン汚染を排除します。これは、あらゆる介在物が問題となる腐食に敏感な溶接において重要です。
- パルスTIG溶接機能：ピーク電流とバックグラウンド電流のサイクル制御は、パスごとの入熱量を制御するための主要なツールです。特に薄肉管やスーパーデュプレックス鋼材において重要です。
- 1A分解能電流制御：2205の熱入力範囲は0.5～2.5kJ/mmです。粗い電流調整では、この範囲内に常に収まるようにするのは困難です。
- ポストフローガスタイマー：アークが停止した後もシールドガスが流れ続け、冷却中の高温溶融池の酸化を防ぎます。
デュプレックスMIG溶接機の主な特長
デュプレックスMIG溶接においては、単に速度を追求するのではなく、安定した再現性のあるパラメータ制御が目標となる。
- パルス／ダブルパルスGMAW： これが最も重要な要件です。標準的な短絡MIG溶接は、熱入力制御が不正確すぎるため、二相ステンレス鋼の溶接には適していません。
- シナジー制御モード： 電線の種類と直径に基づいて、電線送り速度と電圧を自動的に調整するため、生産工程におけるパラメータエラーのリスクを低減します。
- 安定したワイヤ送給： 一定のワイヤ送給速度は、一定の熱入力を得るための基本です。送給速度の変動は、そのまま熱入力の変動につながります。
実用的な購入ルール
二重溶接専用の機器を購入する場合は、溶接品質を直接向上させない付加機能よりも、出力安定性、パルス機能、および一貫した制御を優先してください。
パルス機能付きの機械を使用すると、特に生産作業や要求の厳しい両面印刷の作業において、手順を遵守することがはるかに容易になります。
2205鋼は、パス長と冷却を注意深く管理すれば、パルス機能のない溶接機でも溶接できますが、通常はパルス制御の方がより安全で実用的です。
デュプレックス合金やその他の精密合金加工用の設備を備えたショップ向けに卸売 ミグ溶接機 脈拍や相乗効果のある機能を備えた方が、長期的に見てより良い選択肢となることが多い。
結論
二相ステンレス鋼の溶接は、次の3つの要素に集約されます。グレード固有の範囲内で入熱量を制御すること、適切な過剰合金溶加材を選択すること、そしてパスごとにパラメータを一定に保つことができるほど精密な装置を使用することです。
冶金学は容赦のない世界です。層間温度制限を超えたり、不適切なシールドガスを使用したり、パイプルート部でバックパージを怠ったりすると、見た目は問題なくても、使用中に溶接不良を起こしてしまう可能性があります。幸いなことに、これら3つの故障モードはすべて、適切なプロセス管理と適切な設備によって完全に防ぐことができます。
二相合金や特殊合金の溶接作業用に溶接機を調達する加工工場や請負業者にとって、YesWelderの卸売向けパルスTIG溶接機およびパルスMIG溶接機のラインナップは、まさにこのような精密な用途向けに設計されています。
よくある質問
いいえ。ほとんどの場合、標準的な応力除去溶接後熱処理（PWHT）は避けるべきです。なぜなら、通常の温度範囲ではシグマ相やその他の金属間化合物の生成が促進され、溶接部が脆くなる可能性があるからです。ER2209やER2594などの二相溶加材は、溶接中に相バランスを回復するように設計されているため、追加のPWHTは通常不要です。主な例外は、1,050℃以上での完全固溶化焼鈍と急速冷却ですが、これはエンジニアリング管理された処理であり、通常の現場手順ではありません。
はい、二相ステンレス鋼は現場で溶接できますが、工程管理がより厳しくなります。主なリスクは、湿気、低い周囲温度、風によるシールドガスの被覆の喪失です。5℃以下では、結露を防ぐために接合部を温める必要があります。パイプ溶接の場合は、パージダムを使用し、溶接開始前にパージ酸素濃度が0.1%未満であることを確認してください。
修理は許可されていますが、元の認定済み溶接手順書（WPS）に従う必要があります。欠陥は完全に除去し、再溶接前にその部分を光沢のある金属面まで清掃する必要があります。炭素アークガウジングは炭素の付着により耐食性が低下する可能性があるため避け、機械的除去またはプラズマガウジングが推奨されます。修理後、溶接部はフェライト検査、必要に応じてASTM A923試験を含む、同じ検査手順を再度経る必要があります。
一般的に、溶接二相ステンレス鋼の連続使用温度は315℃（600°F）程度に制限されます。それ以上の温度に長時間さらされると、金属間化合物の形成リスクが高まり、靭性や耐食性が低下します。使用温度が300℃前後またはそれ以上になる場合は、ニッケル合金または高温オーステナイト系ステンレス鋼の方が通常は適しています。
はい、非常に重要です。接合不良は入熱量を増加させ、溶接部の温度を許容範囲外に押し上げ、相バランスに影響を与える可能性があります。溶接順序も重要です。なぜなら、各パスで前のパスが再加熱されるからです。適切な順序はオーステナイトの回復に役立ちますが、不適切な順序ではパス間の温度が高くなりすぎる可能性があります。仮付け溶接は、不良な仮付け溶接が腐食の発生源となる可能性があるため、本番溶接と同様に扱う必要があります。
