ステンレス鋼と軟鋼は溶接できる?

はい。ステンレス鋼と軟鋼の溶接は、製作、配管、排気システム、構造物の工事で使われる、確立された技術です。ただし異種金属の溶接であるため、溶加材やその他いくつかの点を、ステンレス同士を溶接する場合とは異なる方法で扱う必要があります。

これを行う理由

2つの材料を組み合わせることは、実用上の理由で一般的です。軟鋼はステンレスより安価なので、耐食性が不要な場所に使えばコストを削減できます。この組み合わせにより、設計によっては全体の重量を減らせます。また、構造物が耐食性を必要とするまさにその場所でステンレス鋼の耐食性を得ながら、それ以外の場所では軟鋼の強度(と低コスト)に頼ることができます。

溶加材が決定的な選択

通常の炭素鋼の溶加材(ER70S-6など)や、ステンレスのグレード単独に通常合わせる溶加材(304に対するER308Lなど)は使わないでください。どちらも、この接合には不適切です。

• ER309L(または、グレードが不明な場合や割れやすい組み合わせには309LSiや312)は、300系ステンレスと軟鋼を接合するための業界標準の選択です。炭素鋼側からの希釈を補うため、特にクロムとニッケルの含有量が高くなっています。
• これが重要な理由:軟鋼側からの炭素が溶融池に希釈されます。その希釈を吸収するだけの合金含有量がないと、接合部に硬くてもろいマルテンサイト組織が形成され、割れやすくなります。309Lの追加のクロムとニッケルが、希釈された溶着金属を安定した延性のある範囲に保ちます。

主な課題と対処法

手順

1. 軟鋼側を十分に下地処理します — ミルスケール、錆、塗料、油を研削で取り除きます。ステンレス側への炭素鋼の汚染は耐食性を損なうため、ステンレスのみの溶接の場合と同様に、工具とブラシを分けておいてください。
2. 溶加材を選びます:300系と軟鋼のほとんどの接合にはER309L、溶融池の流動性が役立つMIGには309LSi、ステンレスの正確なグレードが不明な場合や、組み合わせが特に割れやすい場合には312です。
3. シールドガスを設定します:TIGには100%アルゴン、MIGには三元混合(およそ90%ヘリウム/7.5%アルゴン/2.5% CO2)または98%アルゴン/2% CO2。標準的な75/25アルゴン/CO2混合ガスは避けてください。CO2含有量が高いと、ステンレス側で酸化の問題が生じます。
4. 熱をやや軟鋼側に向けて溶接し、溶融池を引き寄せて、ステンレス側を過熱せずに融合させます。これは、2つの金属の熱伝導と膨張が異なることを補うためです。
5. 溶接後は軟鋼側を保護します — 塗装やその他のコーティングで。溶接接合部自体は健全で強くても、むき出しの軟鋼は、他のどこでもと同様に、使用中に錆びます。

してはいけないこと

• この接合にER70S-6(標準的な軟鋼用ワイヤー)やER308L(ステンレス専用の溶加材)を使わないでください。どちらも、炭素の希釈による割れのリスクがあります。
• 軟鋼側の下地処理を省略しないでください。残ったミルスケールや錆が溶接部を汚染します。
• ステンレスが軟鋼側を「守ってくれる」と考えて、軟鋼側を塗装せずに放置しないでください。守ってはくれません。耐食性の恩恵を受けるのは、溶加材による接合部そのものだけです。

ステンレス同士を溶接する場合(軟鋼ではなく)は、溶加材の選び方が異なります。ステンレス鋼の溶接方法をご覧ください。

関連記事: ステンレス鋼の溶接方法 · ステンレス鋼はアルミや銅と相性が良い?(ガルバニック腐食の解説)

Danny Ni エンジニアリング＆機械システムのライター

Danny Niは、SYZ Machineでエンジニアリングを専門とするテクニカルライターで、機械部品、リンケージシステム、実際の用途に即したエンジニアリングを得意としています。アフターマーケットの車両部品、産業用ジョイント、機械の原理を扱い、複雑なエンジニアリングの概念を、エンジニア、製作者、業界のバイヤーに役立つ実践的な知見へと落とし込んでいます。

プロフィール全文を見る