ステンレス鋼クラッドパイプを作成するために肉盛溶接はどのように適用されますか?

肉盛溶接の基礎

肉盛溶接は、溶接被覆または表面仕上げとしても知られ、次の目的で使用される製造プロセスです。 ステンレス鋼クラッドパイプ より安価な炭素鋼または低合金鋼のバッキングパイプの内面に耐食性の合金層を堆積させることによって行われます。ロールボンド法やエクスプロージョンボンド法とは異なり、肉盛溶接では溶融溶接によって冶金学的にクラッド層を構築します。このプロセスでは、自動溶接システムを使用して、パイプ内部の全長に沿って連続して重なり合う溶接ビードを適用します。これにより、基材に一体的に結合された完全に緻密で均質なステンレス鋼層が形成されます。主な目的は、炭素鋼の機械的強度と経済性を、ステンレス鋼合金の特有の耐食性、浸食性、または高温耐性と組み合わせて、要求の厳しい使用環境向けのコスト効率の高いソリューションを生み出すことです。

肉盛用途の一次溶接プロセス

クラッド層の適用は、一貫性と品質を保証する自動化された精密溶接技術によって実現されます。プロセスの選択は、パイプのサイズ、必要なクラッドの厚さ、生産速度、合金組成などの要因によって異なります。

サブマージアーク溶接（SAW）

サブマージアーク溶接は、大口径パイプの肉盛溶接に広く普及している方法です。アークは粒状の可融性フラックスのブランケットの下で発生し、大気汚染、スパッタ、紫外線放射を防ぎます。 SAW は高い堆積速度と深い浸透性を備えているため、厚いクラッド層を効率的に適用できます。通常、最大限の生産性と滑らかで希薄なオーバーレイ表面を得るために、ストリップ電極 (例: 幅 60 mm) とともに使用されます。

ガスタングステンアーク溶接(GTAW/TIG)

ガスタングステンアーク溶接では、消耗品ではないタングステン電極と不活性シールドガスを使用します。 GTAW は、その精度と入熱の優れた制御で知られており、高純度で低希釈の溶接溶着物を生成します。これは、インコネルやハステロイなどの高性能合金で被覆する場合に重要であり、被覆の耐食性を維持するには、ベースパイプからの炭素鋼の混合を最小限に抑えることが不可欠です。これは、より小さい直径または重要なルートパスによく使用されます。

ガスメタルアーク溶接 (GMAW/MIG)

ガスメタルアーク溶接では、連続的に供給される消耗品のワイヤ電極とシールドガスを使用します。コールド メタル トランスファー (CMT) などの最新の自動 GMAW プロセスは、クラッディングに非常に効果的です。 CMT は入熱を大幅に削減し、希釈と歪みを最小限に抑えながら高速成膜を可能にします。これにより、幅広いパイプ サイズや合金タイプに適し、品質と生産性のバランスが取れています。

主要なプロセスパラメータと制御

肉盛溶接を成功させるには、クラッド層の完全性と性能を保証するために、いくつかのパラメータを厳密に制御する必要があります。逸脱すると、最終製品に悪影響を与える欠陥が生じる可能性があります。

• 熱入力: アンペア数、電圧、移動速度を正確に制御することが最も重要です。過剰な入熱により希釈（溶接部に混合される母材の割合）が増加し、クラッド内のクロムとニッケルの含有量が低下し、耐食性が低下する可能性があります。また、過度の歪みや残留応力が発生する可能性があります。
• 希釈制御: 通常、目標は 10 ～ 15% 未満の希釈レベルを達成することです。 「バタリング」層の使用、溶接パラメータの最適化、振動溶接ヘッドの採用などの技術により、母材の混合を最小限に抑え、クラッドの化学的性質が仕様を満たすようにすることができます。
• パス間温度: 連続する溶接パス間の温度管理は、特に鋭敏化 (炭化クロムの析出) を受けやすいオーステナイト系ステンレス鋼の場合、亀裂を防ぐために非常に重要です。
• ビードの配置とオーバーラップ: 自動化システムは、一貫したビード形状と隣接するビード間の十分なオーバーラップ (通常 30 ～ 50%) を確保するためにトーチの経路を綿密に計画します。これにより、不溶融欠陥がなくなり、均一な厚さのクラッド層が形成されます。

材料の選択: 消耗品とベースパイプ

溶接消耗品の選択は、クラッド層の特性を直接定義します。溶加材は、単に公称合金と一致するのではなく、必要な使用耐食性に基づいて選択する必要があります。

ベースパイプまたは裏当て鋼は、通常、炭素鋼 (ASTM A106 Gr. B など) または低合金鋼です。その主な機能は、構造強度と圧力封じ込めを提供することです。表面を徹底的に洗浄し（研削または機械加工によって）、クラッディングの前に検査して、接合欠陥の原因となる可能性のある酸化物、スケール、または汚染物質を除去する必要があります。

申請後の処理と検査

肉盛溶接が適用されると、クラッド パイプはいくつかの重要な仕上げと検証の手順を経ます。内部クラッド表面は、滑らかな最終的な寸法公差を実現し、汚染物質を捕捉したり流れを妨げたりする可能性のある表面の凹凸を除去するために、機械加工または研磨されることがよくあります。その後、パイプは一連の厳格な非破壊検査 (NDE) を受けます。染料浸透試験 (PT) または磁気粒子試験 (MT) は、表面の亀裂をチェックします。超音波検査 (UT) は、パイプに沿って最終的なクラッドの厚さを均一に測定し、クラッドと母材間の接合不足を検出するために広く使用されています。最後に、仕様で必要な場合、パイプは熱処理され (通常は応力除去のための溶接後の熱処理)、複合構造としての圧力完全性を検証するために静水圧試験を受けます。

肉盛溶接法の利点と限界

この方法の長所と短所を理解することは、プロジェクト設計で適切な材料を選択するために不可欠です。

• 利点: 継手、バルブ、パイプベンドなどの複雑な形状の被覆に優れた設計の柔軟性を提供します。ニッケル基やコバルト基の超合金を含む幅広い合金グレードの適用が可能になります。このプロセスにより、損傷したコンポーネントが修復され、摩耗した表面が蓄積される可能性があります。これにより、異種金属間の「移行接合部」の作成が可能になります。
• 制限事項: 一般に、長くて真っ直ぐなパイプ部分のロールボンディングに比べて、時間と労力がかかるプロセスです。加熱と冷却を繰り返すと、重大な残留応力が発生する可能性があります。極めて低い希釈率を達成するには、高度なプロセス制御が必要です。パラメータが完全に制御されていない場合、気孔率、亀裂、不完全な融合などの欠陥が発生するリスクがあります。

結論として、肉盛溶接によるステンレス鋼クラッド パイプの作成は、炭素鋼パイプをバイメタル製品に変える高度なエンジニアリング プロセスです。自動溶接、パラメータ、材料科学の細心の注意を払って制御することで、耐食性と構造強度が最重要である堅牢で経済的なソリューションを提供します。