技術情報溶接Q&A
Q034ステンレス鋼と炭素鋼などの異材溶接について教えてください
309系溶接材料を用いて炭素鋼による希釈（溶接条件）をコントロールすればステンレス鋼板とほぼ同等の成分となるため、高温割れの生じない安定した溶接金属を得ることが出来ます。
図1のようなステンレス鋼SUS304（18Cr-8Ni）と軟鋼（SS41）の異材溶接D309溶接棒を用いて継手溶接を行った場合、図2にあるシェフラーの状態図により、溶接金属の組成を推定することができます。
図1 異材継手
図2 シェフラーの状態図
さらに、D309溶接棒のNi当量、Cr当量をそれぞれ算出し、図2にプロット（D）します。ここでD点とC点の直線上が溶接金属組成の存在するラインとなります。母材への希釈が少ない段階では、溶接金属はD309の組成に近いオーステナイト＋フェライトの混合領域にありますが、希釈の増加に伴ってその組成はオーステナイト単層の預域を経て、オーステナイト＋マルテンサイトの混合領域へと変化していきます。
ここで、溶接時の割れを防止するには、溶接金属の組成をオーステナイト＋フェライト混合領域にすることが有効であるので、この観点から溶接時の希釈をE点より右側（希釈率約30％以下）になるようにする必要があります。
図3に希釈率の算出方法を示します。
図3 希釈率算出法
実際の施工においては、磁気吹きの影響で軟鋼側の方がステンレス鋼側よりも希釈を受け、図2中のC点は軟鋼（B点）側に移動するので、希釈をさらに低めに抑える必要があります。
一般的には、高温割れ防止の観点から溶接金属中のフェライト量を最低でも約3％以上確保することが必要とされています。
軟鋼の板厚が厚い場合には、軟鋼の開先面に309系溶材にてバタリングを行い、溶接を行った方が耐割れ性の点から有効です。図4に厚板の異材継手施工例を示します。
図4 厚板の異材継手施工例
一般的にステンレス鋼と炭素鋼の異材溶接に限らず、異種材料金属の溶接では希釈率を抑えて溶接を行うことが、健全な溶接金属を得るのに必要であります。
表1 各鋼種組み合わせに対する適用溶接棒選定例
