溶接は、材料を接合する上で極めて重要な基本的なプロセスです。建物の建設、自動車の製造、複雑な金属細工の作成など、溶接はさまざまな産業の基盤を形成しています。この包括的なガイドは、溶接、その技術、安全対策、およびキャリアの見通しを明確に理解することを目的としています。
溶接では、熱、圧力、またはその両方を適用して材料を融合し、強力で永続的な結合を作ります。このプロセスにより、金属、熱可塑性プラスチック、複合材料を結合して、複雑な構造や部品の製造が可能になります。単純な修理から複雑な製造まで、溶接は現代社会を形作る不可欠な技術です。
このガイドでは、溶接の基礎を掘り下げ、その重要性を探ります。さまざまな種類の溶接プロセスについて説明します。これらの技術の背後にある基本原理を理解することで、さまざまな業界における溶接の汎用性と応用についての洞察が得られます。
溶接とは一体何でしょうか?
溶接は、金属などの材料を高温で結合する製造方法です。溶接では、2 つの金属片を融合するために非常に高い温度を使用し、はんだ付けとろう付けでは母材が溶けないようにします。溶接プロセスが冷却されると、フィラー金属が母材に結合します。
溶接は、鉄を実用的な形に成形する方法を見つけようとする努力の結果として発見されました。初期には、鉄の浸炭により硬くて脆い鋼ができたため、溶接を使用して刃が作られました。最終的に、硬くて柔らかい鉄は高炭素材料と積層され、刃は強度と耐久性を高めるためにハンマーで鍛造されました。
溶接プロセスでは、フィラー材が使用されます。溶融したフィラー材のプールを使用して、母材金属間に強固な結合を形成します。溶接後、母材金属とフィラー金属の酸化を防ぐために、金属はシールドされます。
溶接には、電子ビーム、レーザー、アーク、さらには摩擦など、さまざまなエネルギーが利用されます。また、ガス炎や超音波も利用されます。溶接のさまざまな形式を見てみましょう。
溶接は、熱のみまたは最初に圧力を加えることによって形成されます。溶接中にフィラーまたは溶融金属が汚染または酸化されるのを防ぐために、通常は何らかのシールドが使用されます。溶接は、熱のみまたは最初に圧力を加えることによって形成されます。溶接中にフィラーまたは溶融金属が汚染または酸化されるのを防ぐために、通常は何らかのシールドが使用されます。
溶接は、ガス炎、電気アーク、レーザー、摩擦、超音波など、さまざまなエネルギー源を動力源とする工業的プロセスです。溶接は、屋外、水中、屋外など、さまざまな環境で行うことができます。
溶接時には、火傷、目の損傷、感電、有毒ガスや煙の吸入、強い紫外線の照射を避けることが、すべて必要な安全対策です。継ぎ目のない接合部を作るために、通常は母材の化学組成に一致する消耗品が選択されます。
火傷、目の怪我、感電、有害なガスや煙の吸入、強い紫外線への曝露など、溶接の危険から身を守ることは不可欠です。シームレスな接合を確実にするために、消耗品を選択する際には、通常、母材の化学組成が考慮されます。
溶接はどのように行われるのでしょうか?
2 つの金属を接合すると、継ぎ目に極度の熱がかかります。これは、溶接プロセスの違いにかかわらず、すべての溶接プロセスに当てはまります。2 つの金属片が溶けて溶融池が形成されると、溶接が形成されます。
アーク溶接は、金属を接合する最も一般的な技術です。MIG、TIG、スティック、FCAW などのアーク溶接法では、母材と電極は電気アークで接続されます。金属は、アークによって発生した熱と、溶接プールに注入されたフィラー金属によって溶接されます。溶接フィラー金属は、溶接ガンで追加できますが、手動で供給することもできます。シールドガスまたはフラックスコーティングされた電極を使用して、溶接ビードを汚染から保護することもできます。
一般的な溶接プロセス
さまざまな種類の材料を接合するために、さまざまな方法が広く使用されています。これらの方法は、さまざまな機能と特徴を備えているため、さまざまな状況や分野で使用できます。溶接工や溶接愛好家は、これらの標準手順をしっかりと理解することで大きなメリットを得ることができます。最も人気のある溶接技術のいくつかと、その特性と用途の詳細について説明します。
MIG溶接（GMAW）
ガスメタルアーク溶接 (GMAW) は MIG 溶接とも呼ばれ、溶接ガンを介してワイヤ電極が溶接プールに供給されます。ワイヤは母材と電気アークを形成し、プールに溶け込みます。シールドガスは溶接ガンを通ってワイヤ電極を囲むことで、溶接が汚染されるのを防ぎます。
MIG 溶接は習得が簡単で生産性が高く、スパッタが最小限で高品質の溶接を生成できるため、広く使用されています。MIG 溶接は、建設、産業、製造など、多くの分野で広く使用されています。
TIG溶接（GTAW）
より難しい溶接方法の 1 つであるタングステン不活性ガス (TIG) 法は、ガス タングステン アーク溶接 (GTAW) とも呼ばれ、ますます人気が高まっています。タングステン不活性ガス (TIG) 溶接では、溶接ガンで何度も再利用できるタングステン製の電極を使用します。もう 1 つは、溶接プールにフィラー ロッドを流すために使用されます。シールド ガスは、溶接ガンに送り込まれ、タングステン電極の周囲に向けられ、溶接中の損傷を防ぎます。
TIG 溶接は、非常に滑らかで高品質な溶接を実現します。自動車産業、自転車産業、美術の分野では、TIG 溶接が広く使用されています。
酸素燃料溶接（OAW）
酸素とアセチレンを混合して溶接トーチで燃焼させることで、金属を接合するために使用される高温の炎（最大華氏 6,000 度）が生成されます。この炎によって母材が溶解し、生じた亀裂にフィラー ロッドが溶け込みます。
電源を必要とするアーク溶接プロセスと比較すると、酸素溶接に必要なのはガスとトーチだけです。これはやや時代遅れの溶接方法ですが、持ち運びが容易で、薄い金属の接合に広く使用されているため、契約溶接業者の間では今でも好まれています。
スティック溶接（SMAW）
一般的な溶接方法は、シールドメタルアーク溶接、または「スティック溶接」(SMAW) です。スティック溶接では、フラックスを塗布した溶接棒を使用します。溶接棒と母材金属の間に電気アークが発生すると、溶接棒は溶融して溶接プールに入ります。このとき、燃焼するフラックスコーティングにより、異物がプールに入るのを防ぎます。
スティック溶接は、低コスト、携帯性、強力な溶接が可能、錆びた表面での使用に適している、屋外での使用に適しているなどの理由で広く使用されています。農業、修理、建築、工業の現場で幅広く使用されています。
フラックス入りアーク溶接（FCAW）
MIG 溶接と比較すると、フラックス入り溶接は非常に似ています。溶接は、溶接ガンを介して溶接プールに供給された消耗ワイヤ電極でアークを発生させることで行われます。シールドガスを使用する MIG 溶接とは異なり、フラックス入り溶接では、溶接ワイヤ内の崩壊するフラックス コアを利用して溶接を保護します。
フラックス入り溶接は MIG 溶接ガスを接続する必要がないため便利ですが、スパッタが増加するため、溶接後の清掃に時間がかかる可能性があります。
サブマージアーク溶接（SAW）
SAW 溶接またはサブマージアーク溶接を行う際、溶接接合部は粒状のフラックス ブランケットに完全に浸されます。紫外線、放射線、煙の放出が減少するため、この迅速な溶接プロセスは他の多くの溶接プロセスよりも安全です。SAW は、貫通力が高く、設置プロセスが簡単なため、広く採用されています。最も広く使用されているのは、建築業界と製造業界です。
レーザー溶接
レーザー溶接は、金属と熱可塑性プラスチックを結合するために使用される溶接の一種です。レーザーは集中した熱源を生成できるため、溶接速度を大幅に上げることができます。レーザー溶接は精度が高く、自動化しやすいため、産業界で広く使用されています。必要な機械が高価なため、製造業にのみ使用されています。
抵抗溶接
抵抗溶接は電気抵抗溶接 (ERW) とも呼ばれ、小さな領域に強力な熱と圧力を加えることで金属を接合する高速溶接プロセスです。
スポット溶接の技術は、抵抗を利用して金属を接合します。スポット溶接は、2 つの小さな非消耗電極を重ね合わせた金属の上に置きます。電極が金属に力を加え、部品を一緒に押し付けます。これにより電流が発生し、接触点で金属が溶けて部品が接合されます。スポット溶接は、短時間で完了できるため、航空宇宙産業や自動車産業で広く使用されています。
さまざまな溶接ジョイントの種類
溶接業界では、材料を接合して溶接構造を強固かつ安定したものにするために、さまざまな種類のジョイントが使用されています。溶接工や加工業者は、さまざまな用途に適したジョイントを作成するために、さまざまな種類の溶接ジョイントについて十分に理解する必要があります。最も一般的な溶接ジョイントのいくつかについて、その用途と特別な考慮事項の詳細とともに説明します。
突合せ溶接
突合せ接合は、2 つの金属片を 1 つの平面で固定し、その端を溶接して接合する接合方法です。建築や配管工事では、突合せ溶接接合はほぼ普遍的に使用されています。簡単に作ることができ、希望どおりの結果を得るために好きなように変更できます。
突合せ溶接にはさまざまな種類があり、それぞれに機能があります。溝の深さ、層の数、層間のスペースの幅はすべて特徴的なものです。一般的な突合せ溶接ジョイントのいくつかを以下に示します。
- シングルユー
- ダブルU溝
- シングルJ
- ダブルJ
- 四角
- シングルベベル
- ダブルベベル
- シングルV
- ダブルV
「面取り面」という用語は、溶接中に溶ける金属表面の部分を指します。エッジ処理は、溶接の耐久性を向上させるために、溶接前に面取り面の形状を変更するプロセスです。突合せ接合部または 2 つの半分の間に非対称性がある場合があります。以下は、溶接面を準備する正当な理由の例です。
- 金属
- 強度の向上
- 規格と基準
- 滑らかな外観
- 深い溶接溶け込み
溝のサイズ、形状、角度を注文できます。正確な寸法がない場合は、コンジットを切断して適合させることができます。ただし、溝が広ければ広いほど、必要な溶接の量が多くなることに注意してください。
信頼性の高い溶接を行うには、金属の厚さが増すにつれて接合部の設計を変更する必要があります。薄い部分では、角突合せ接合で完全溶け込み溶接が可能です。プレートやパイプなどの厚い材料を扱う場合、溶接工は完全な溶け込みを確実にするために溝やその他の方法を必要とすることがよくあります。
金属の厚さが増すと、強力な溶接を実現するために接合部の設計を調整する必要があります。角突合せ接合は、断面が十分に薄い場合は完全に溶接できます。プレートやパイプなどの厚い材料を溶接する場合は、完全な溶け込みを確保するために溝やその他の方法が必要になることがよくあります。
コーナージョイント溶接
コーナー溶接は、建築における T 字溶接を思い起こさせます。金属の位置によってすべてが変わります。T ジョイントは金属が中央にありますが、コーナー ジョイントは L 字型で、交差部分が開いたり閉じたりします。これらのジョイントは、箱、フレーム、その他の金属板で作られたアイテムの製造に広く使用されています。
外側のコーナー ジョイントは、取り付け方法に応じて、V 溝または角突合せを形成できます。V 溝、J 溝、スポット、エッジ、U 溝、フィレット、コーナー フランジ、フレア V 溝、ベベル溝、および角型コンジットまたは突合せは、コーナーを作成するために使用されるジョイント タイプです。
エッジジョイント溶接
エッジ ジョイントは、金属表面を面一に保つために使用されます。プレートを 1 つまたは両方傾けることで、さまざまな形状を作成できます。溶接ジョイントはコンポーネントを結合し、それら全体に応力を分散します。
Tジョイント溶接
2 つのピースが直角 (90 度) で接合される溶接は T 字型と呼ばれます。これにより、プレートまたはパーツの正確な中心でエッジが「T」の形になります。パイプまたはチューブを平らなプレートに溶接すると、T 字接合、つまり特殊なすみ肉溶接が作成されます。溶接が完了したと見なす前に、必ず溶接が天井を完全に貫通していることを確認してください。
母材が特に厚く、接合部の両側の溶接が負荷を支えるのに不十分な場合を除き、通常は組み立て後に T ジョイントに溝が切られます。ラメラの裂け目は、接合部の制限によって生じる一般的な T ジョイントの欠陥です。溶接工は通常、この問題を回避し、接合部の完全性を維持するためにストッパーを使用します。
重ね継ぎ溶接
重ね溶接ジョイントは、従来の突合せジョイントの進化形と考えることができます。これを作成するには、2 枚の金属シートをわずかに重ねて重ねます。さまざまな厚さの材料を結合するためによく使用されます。溶接可能なもの。重ね溶接ジョイントは通常、薄い金属シートに使用され、建設ではほとんど見られません。
材料が重なり合うと層状の裂け目や腐食のリスクが生じ、このタイプの溶接接合部では問題となる可能性があります。ただし、適切なアプローチと関連する変数の微調整により、予防は可能です。
結論
溶接は、材料を接合する上で極めて重要なプロセスであり、複雑な構造や部品の製造を可能にします。溶接では、熱、圧力、またはその両方を適用して材料を融合し、強力で永続的な結合を形成します。溶接は、ガス炎、電気アーク、レーザー、摩擦、超音波など、さまざまなエネルギー源で駆動できる工業的手順です。溶接は、熱のみまたは最初に圧力を加えることで形成され、通常は、充填材または溶融金属の汚染や酸化を防ぐためにシールドが使用されます。
溶接は、屋外、水中、屋外など、さまざまな環境で行うことができます。安全対策としては、火傷、目の損傷、感電、有毒ガスや煙の吸入、強い紫外線の照射を避けることなどが挙げられます。継ぎ目のない接合を確実にするために、通常は母材の化学組成に一致する消耗品が選択されます。
さまざまな種類の材料を接合するために、いくつかの一般的な溶接プロセスが使用されていますが、MIG 溶接が最も一般的です。TIG 溶接は、ガス タングステン アーク溶接 (GTAW) とも呼ばれ、より難しいタイプの溶接で、スパッタを最小限に抑えて高品質の溶接を実現します。酸素とアセチレンを組み合わせた酸素燃料溶接は、金属を接合するために使用される高温の炎で、母材と充填棒を溶かして亀裂を作ります。スティック溶接は、「スティック溶接」とも呼ばれ、フラックスを塗布した溶接棒を使用して強力な溶接を作成する一般的な溶接方法です。
フラックス入りアーク溶接 (FCAW) は MIG 溶接に似たプロセスですが、溶接を保護するために溶接ワイヤに崩壊するフラックス入りが必要です。これらの技術の背後にある基本原理を理解することで、さまざまな業界での溶接の汎用性と応用について理解を深めることができます。フラックス入り溶接は他の溶接方法よりも便利で安価ですが、溶接後の清掃に時間がかかる場合があります。サブマージアーク溶接 (SAW) は、建築業界や製造業界で広く使用されている、迅速で安全な溶接プロセスです。レーザー溶接は、金属と熱可塑性プラスチックを高精度かつ自動化して組み合わせる高速溶接プロセスです。
抵抗溶接は電気抵抗溶接 (ERW) とも呼ばれ、小さな領域に強力な熱と圧力を加えることで金属を接合する高速溶接プロセスです。スポット溶接は抵抗を利用して金属を接合するため、航空宇宙産業や自動車産業で広く使用されています。
溶接ジョイントには、突合せ溶接、コーナージョイント溶接、エッジジョイント溶接、T ジョイント溶接、重ね合わせ溶接、T ジョイント溶接など、さまざまな種類があります。突合せ溶接は、建築や配管工事で広く使用されていますが、機能や場所によって種類が異なります。エッジジョイントは、金属表面を面一に保ち、応力を分散させるために使用されます。T ジョイント溶接は、2 つのピースが直角に接し、プレートまたは部品の正確な中心で「T」を形成する場合に発生します。重ね合わせ溶接は、従来の突合せ溶接の進化形で、2 枚の金属シートがわずかに重なり合って積み重ねられます。薄い金属シートによく使用され、建築ではあまり見られません。
適切なアプローチと関連する変数の微調整により、ラメラの裂け目や腐食のリスクを防ぐことができます。溶接業界では、さまざまな種類の溶接ジョイントを理解することが、強固で安定した構造を作り出すために不可欠です。
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