1. 材質の適合性とグレードの選択
オーステナイト系ステンレス鋼 (例: 304、316L) は、モネル 400 との適合性が最も優れています。フェライト系およびマルテンサイト系ステンレス鋼は、炭素含有量が高く、硬度が高いため、亀裂の発生しやすさが大きくなり、全体的な溶接性が低下するため、モネル 400 との直接異種溶接にはほとんど使用されません。
主なリスクは、ニッケル・銅系と鉄・クロム・ニッケル系の混合から生じます。ステンレス鋼から溶接金属への鉄の過剰な希釈は、脆い金属間相を形成し、高温割れの傾向を増大させます。
2. ろう材の選択
基本的な原則は、ステンレス鋼フィラーやモネル 400 適合フィラーの代わりに、耐希釈性が高く耐クラック性に優れたニッケルベースの溶接材料を選択することです。
推奨される溶加材:
AWS A5.14 ERNiCu‑7 (モネル 400 と同様) は、薄板や低応力接合に使用できますが、鉄の希釈に対する耐性は限られています。
AWS A5.11 ENiCrFe‑3 (インコネル 82 フィラー) が最も広く推奨されています。クロムと鉄の含有量が高く、高温割れや粒界腐食に対する強い耐性があり、良好な延性と耐食性を維持しながらステンレス鋼からの高希釈に対応できます。
ENiCrMo‑3 (ハステロイ C‑276 タイプ) は極端な腐食環境に使用され、全体的および局所的な優れた耐食性を提供します。
3. 溶接方法とプロセスパラメータ
一般的に適用されるプロセス:TIG（GTAW）、MIG（GMAW）、SMAW（被覆アーク溶接）。 TIG 溶接は、アークが安定し、入熱が少ないため、ルートパスや精密接合に適しています。
入熱制御: 低い入熱と高い溶接速度を採用して、高温滞留時間を短縮し、元素の拡散を低減し、金属間化合物の析出を抑制し、溶接歪みと結晶粒成長を最小限に抑えます。
予熱とパス間温度: モネル 400 は、ステンレス鋼と比較して熱伝導率が高く、熱膨張係数が低いです。通常、薄板の場合は予熱は必要ありません。厚板または低温構造の場合は、高温亀裂を避けるために、65 ～ 150 度にのみ予熱し、パス間温度を 150 度未満に厳密に制御してください。
ガス保護: TIG/MIG 溶接の場合は、シールド ガスおよびバックパージ ガスとして高純度アルゴン (99.99% 以上) を使用してください。背面保護は、腐食性能を低下させる溶接部の根元部の酸化、気孔、ニッケルの損失を防ぐために重要です。
4. 溶接作業と溶接後の処理
希釈率を下げる:溶接ビード形状を広く浅く制御し、深い溶け込みを避け、母材の混合比率を制限します。鉄を過剰に希釈すると、溶接部の延性と耐食性が大幅に低下します。
清浄度の要件: 溝から少なくとも 20 mm 以内の溶接ゾーンから油、グリース、酸化スケール、水分、および塗料を除去します。硫黄、リン、鉛、亜鉛を含む汚染物質は、深刻な高温亀裂や多孔性を引き起こす可能性があります。
溶接後熱処理 (PWHT): 通常、モネル 400 とオーステナイト系ステンレス鋼の異種溶接には推奨されません。 PWHT は脆性相の析出を促進し、残留応力を増加させる可能性があるため、接合性能を効果的に向上させることはできません。ほとんどの使用条件ではストレスリリーフは必要ありません。
ガルバニック腐食に関する考慮事項:溶接後、モネル 400 とステンレス鋼の間の電位差により、導電性電解質で電食が発生する可能性があります。構造設計では、コーティング絶縁、陰極面積率の増加、誘電体ガスケットの使用などの対策を考慮する必要があります。
