溶接の基礎知識
こんにちは、ユカリノです。
設計業務を行っていて良くわからないものの一つに『溶接』があります。
溶接について「図解入門 現場で役立つ溶接の知識と技術」も参考にしつつ、調べてみました。
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今回のテーマ
今回は接合技術の一つである溶接について、私のQ&Aを中心に書きます。
接合技術には溶接と並んで、ろう接、圧接等がありますが、そういう学問的な部分は置いといて、実用上良くわかないところは多いと思います。
基礎知識
Q.溶接する人って眩しくて見えないけれど実際何しているの?
「溶接 写真」と検索すると、誰もが同じような姿勢で面体を付け、一心に手元を見ている写真が見付かります。眩しい、、、何しているのか、、、
写真だろうが自身の目で直に見ようが、眩しくて見えません。そもそも有害なので覗いてはダメです!!
実際は下図イメージのような作業をしています。
①電極から発したアークで母材を加熱して溶かす。
※電極をトーチと呼ぶこともあり
※アーク:強烈な静電気みたいなもの、母材と電極の間をバチバチっとつなげます
※母材:溶接で繋ぎたい材料
②母材が溶けて生成された溶融池に繋ぎ材料として溶接棒を突っ込む。
③①~②を繋ぎたい線に合わせて電極と溶接棒を動かす(運棒と呼ぶ)。
Q.溶接方法って何があるのか?
TIG溶接、MIG溶接、MAG溶接、被覆アーク溶接などがあります。
※もっと大元で大別すると、アーク溶接(上記4つ)とガス溶接があるが、ガス溶接は使用の実態が良くわからないため割愛。
〈TIG溶接〉
TIGはTungsten Inert Gasの略です。上図の電極に融点が高く溶けにくいタングステンを使います。タングステン電極と母材間でアークを発生させ、さらに不活性(Inert)のシールドガス、例えばアルゴンやヘリウムなどで包み込み、酸素侵入による欠陥を防ぎます。
〈MIG溶接〉
MIGはMetal Inert Gasの略です。TIGは電極(タングステン)と溶接棒が別々でしたが、MAGは一体になったタイプであり、上図イメージの電極と溶接棒が1本しかありません。形状を例えるならば、電極がシャープペンの先端、溶接棒がシャープペンの芯というイメージです。
溶接方法に関わらず、溶接棒は溶融池に溶かした分だけ消耗します。TIGの溶接棒はシャープペンの芯のように1本1本を使い切ります。しかしMIGの溶接棒はロール状にまとめられており、消耗した分自動的に供給されます。MIG溶接と後述のMAG溶接が半自動溶接と呼ばれるのは、この自動供給にあります。
※あえて”半”自動と呼ぶのは、運棒自体は人力であるため。運棒含めて全ての溶接工程を自動化した機械は実用されており、その場合は自動溶接と呼ぶ。
〈MAG溶接〉
MAGはMetal Active Gasの略です。MIGのInert Gasと異なり、Activeつまり活性ガスとしてCO2、CO2+Arをシールドガスとして使います。中でも、安価なCO2のみを使った溶接を炭酸ガスアーク溶接と呼ぶようです。
〈被覆アーク溶接〉
TIG、MIG、MAGはすべてシールドガスにより酸素の侵入を防いでおりましたが、被覆アーク溶接はシールドガスを使いません。自動で溶接棒を送りもしません。フラックスと呼ばれる材料で芯材を覆い固めた溶接棒を使います。シールド用のガスボンベが要らず手軽となります。
Q.溶接方法の特徴を大別すると?
〈TIG溶接〉
長所:水密性・機密性に優れる、非鉄金属も溶接可能、スパッタ少ない
短所:自動化不向き、不活性ガスが高価
〈MIG溶接〉
長所:MAG同様、非鉄金属(特にアルミニウム)も溶接可能
短所:不活性ガスが高価
〈MAG溶接〉
長所:溶接速度早い(入熱量少ない)、溶け込み深い(溶け込み不良少ない)、自動化向き
短所:風に弱い、スパッタ多い
〈被覆アーク溶接〉
長所:安価な設備でも可能、室外でも手軽に可能
短所:自動化不向き
Q.スパッタって何?
溶接中の眩しい光から真っ赤な火花が散っているのを見たことありますでしょうか?あれがスパッタです。溶けた金属粒子だと思えば良いのですが、これが母材に付着して冷え固まるとぶつぶつして見栄えが悪くなります。
スパッタの除去方法として、
①スパッタ不着防止剤を溶接前に塗布する
検索すると一例としてこんな物が見付かりました。
富士技研工業株式会社 > YSB液 3型 2013.09.23アクセス
②溶接後、水洗い等で防止剤を落とす
③仕方ない場合はジェットタガネやグラインダーを使って削り取る
本当はもっと疑問あるのですが、今回はこの辺りとします。