溶接工具鋼の究極ガイド

工具鋼は非常に強くて耐久性があるため、他の金属よりも溶接が難しくなります。炭素と合金の含有量が多いため、適切に溶接しないとひび割れが生じたり、材料が弱くなったりする可能性があります。

SteelPro Group では、当社の鉄鋼専門家が工具鋼の溶接を成功させるための専門的なアドバイスを提供します。経験豊富な方にも、初心者の方にも、強力で信頼性の高い結果を達成するために必要なガイダンスを提供します。

工具鋼の溶接の課題

高炭素含有量によるひび割れ

工具鋼は炭素含有量が高く、硬度と耐摩耗性が向上しますが、溶接中に割れるリスクが高まります。急速な冷却により脆い構造が形成され、割れが発生しやすくなります。 

熱入力による歪み

溶接中に高熱を入力すると、工具鋼が変形する可能性があります。加熱と冷却が不均一だと熱膨張と収縮が起こり、歪みや位置ずれが生じます。適切な溶接パラメータとバックステップやクランプなどの技術で熱入力を管理すると、変形を最小限に抑えることができます。

熱影響部（HAZ）の硬度低下

溶接部の周囲の熱影響部 (HAZ) は硬度が失われ、耐摩耗性と性能が低下する可能性があります。過度の熱により微細構造が変化し、ツールの特性が損なわれます。 

工具鋼を溶接するには？

溶接前の準備

1. 洗浄と汚染物質の除去

溶接する前に、工具鋼を徹底的に洗浄して、汚れ、グリース、油、錆を除去することが不可欠です。ワイヤーブラシ、溶剤、または研磨ブラストを使用して、汚染物質のない表面を実現します。表面をきれいにすると、多孔性などの欠陥を防ぎ、強力で信頼性の高い溶接が保証されます。

2. 熱ストレスを軽減するための予熱

工具鋼の予熱は、熱応力を最小限に抑え、割れを防ぐための重要なステップです。工具鋼のグレードに応じて、通常 250°C ～ 538°C (400°F ～ 1000°F) の温度範囲まで材料を徐々に加熱します。均一な予熱により、溶接中の温度勾配が低減され、歪みや割れの可能性が減少します。

適切な溶接方法の選択

TIG溶接

• 長所: 高精度と制御性を提供し、きれいで強力な溶接を実現します。薄い部分や細かい作業に最適です。
• 短所: プロセスが遅く、高度なスキルが必要です。厚い素材には適していません。

MIG溶接

• 長所: 溶接速度が速く、習得も簡単です。さまざまな厚さに適しており、一貫した溶接を実現します。
• 短所: TIG に比べて溶接品質の制御性が低くなります。飛散が多くなる可能性があり、シールド ガスが必要になります。

スティック溶接

• 長所: 多用途で屋外でも使用可能。厚い素材や補修にも効果的です。
• 短所: スパッタとスラグの除去がさらに必要。高品質の溶接には、精度は低く、スキルは高くなります。

フィラー金属と電極を選択する

適切な充填材

工具鋼用に特別に設計された低水素電極またはフィラー金属を使用します。例:

• ER70S-6（MIG溶接用）： 優れた溶接強度と延性を提供します。
• E7018（スティック溶接用）： 割れを低減する低水素電極。
• Ni ベースフィラー（TIG 溶接用）: 靭性を高め、脆さを軽減します。

フィラー金属と工具鋼のマッチング

工具鋼の完全性と機械的特性を維持するには、フィラー金属をベース材料の組成に適合させることが不可欠です。

• 高炭素工具鋼: 硬度と耐摩耗性を維持するには、同様の炭素含有量のフィラーを使用します。ひび割れを最小限に抑えるには、E7018 などの低水素電極が推奨されます。
• 高合金工具鋼: ニッケルベースのフィラーは、高合金鋼の特性に合わせて靭性を高め、脆さを低減するため、好ましいです。
• 低合金工具鋼: これらは溶接中に軟化する可能性がありますが、適切な充填剤を選択し、溶接後の熱処理を実行すると、必要な特性を回復できます。 

フィラーメタルアプリケーションに関する実用的なヒント

1. レイヤー: 最初に柔らかいロッドで安定したベースを作り、最後の層では硬いロッドに切り替えます。このアプローチにより、柔軟性と強度のバランスが取れます。
2. レイヤーを最小化: 溶接が脆くなりすぎて割れが生じるのを防ぐため、硬い棒を過度に重ねないようにしてください。
3. サプライヤーに相談するSteelPro Group では、お客様が使用している工具鋼の特定のグレードに合わせてカスタマイズされた特定の電極または溶接ワイヤを推奨できます。

溶接後熱処理

ストレス解消

溶接後、溶接プロセスによって生じた残留応力を軽減するために応力緩和を行います。溶接された工具鋼を臨界点より低い特定の温度まで加熱し、応力が再分散されるように保持します。

硬度と靭性を回復するための焼き入れ

溶接された工具鋼を焼き戻し、硬度と靭性を回復します。焼き戻しには、材料を焼き戻し温度（通常は 150°C ～ 650°C (300°F ～ 1200°F)）まで再加熱し、その後冷却することが含まれます。適切な焼き戻しにより、溶接部分の機械的特性が回復し、耐久性と性能が向上します。

工具鋼の溶接を成功させるための追加のヒント

適切な締め付けと保持

ずれや歪みを防ぐために、溶接中に工具鋼部品がしっかりと真っ直ぐに保持されていることを確認してください。

ベベルの準備

適切な溶接の溶け込みと継ぎ目の品質を確保するために、適切な深さ (通常は材料の厚さの約 3 分の 1) と最小角度 45 度のベベルを準備します。

制御された冷却

溶接後は、工具鋼を室温までゆっくり冷却してください。急速な冷却は硬化を悪化させ、割れのリスクを高める可能性があります。

検査と研磨

溶接部分に亀裂や欠陥がないか検査します。溶接後の熱処理を実行する前に、欠陥を研磨して取り除きます。

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