溶接は、製造、建設、自動車、航空宇宙産業など、多くの分野で重要なプロセスです。製品の耐久性、信頼性、有効性はすべて、溶接の基準によって左右されます。業界と顧客の両方の要求に応じて、信頼性が高く長持ちする溶接を実現するには、溶接品質の向上が不可欠です。
このブログでは、溶接スキルを向上させ、最高品質の溶接を実現するための役立つヒントと戦略を紹介します。
溶接とは何ですか?
溶接とは、2 つの金属片をそれぞれの融点まで加熱して融合させることで接合する手順です。加熱プロセス中に注入される追加の金属であるフィラー金属は、2 つの部品の接合を助けます。
同じまたは異なる 2 つの金属片を溶融温度まで加熱し、充填材や圧力を使用せずに接合する方法です。
一般的な溶接プロセスの種類
MIG溶接
MIG 溶接は、金属不活性ガス溶接とも呼ばれ、一般的な技術です。ガス金属アーク溶接 (GMAW) は、MIG 溶接とも呼ばれ、この技術の別名です。
このタイプの溶接では、細いワイヤが電極として使用されます。ワイヤは、ノズルからのフレキシブルチューブを介してスプールからガンに供給されます。溶接ガンのトリガーを引くと、ワイヤが連続的に供給されます。
シールドメタルアーク溶接（SMAW）
手作業で行う場合は、フラックスシールドアーク溶接、スティック溶接、または金属アーク溶接とも呼ばれます。金属棒または電極 (フラックスコーティング) とワークピースの間にアークが発生すると、棒とワークピースの両方の表面金属が溶けて、溶接プールが形成されます。
溶接棒のフラックスコーティングが同時に溶けてガスとスラグが生成され、溶接接合部を外界から保護します。あらゆる厚さの鉄または非鉄材料を接合する必要がある場合は、シールドメタルアーク溶接が最適です。
プラズマアーク溶接（PAW）
プラズマアーク溶接 (PAW) では、非消耗タングステン電極が直接または移行プロセス (非移行アークプロセス) を介して、ノズルとワークピースの間に高温アークを生成します。
プラズマでは、電子、陽イオン、中性ガス分子がすべて気体状態で混ざり合っています。高エネルギー密度のプラズマジェットを生成する転移アークプロセスにより、セラミック、銅合金、アルミニウム、鋼、ニッケル合金、チタン合金の高速溶接と切断が可能になります。
レーザービーム溶接（LBW）
レーザービーム溶接 (LBW) は、高エネルギーのレーザービームをワークピースに集中させて熱を発生させる溶接方法です。ワークピースの端はレーザービームによって加熱され、溶解され、接合部が形成されます。
レーザー溶接 (LBM とも呼ばれる) は、連続溶接または互いに重なり合って接合部を形成する一連のスポット溶接のいずれかを生成できます。小型部品の医療機器や科学機器は、通信、エレクトロニクス、航空宇宙産業で一般的に使用されているレーザー溶接を使用して製造されます。
エレクトロスラグ溶接
この高度な溶接技術を使用すると、2 つの金属片の鋭い先端を垂直に接合できます。溶接は、接合部の外側ではなく、2 つの部品の端の間の接合部内で行われます。
フィラー金属である銅は電極ワイヤを通して導かれます。電力が供給されるとアークが発生し、溶接はシームの下で開始され、徐々に上方に移動してシームを置き換えます。
フラックス入りアーク溶接（FCAW）
この溶接方法は、MIG 溶接技術と非常に似ています。ほとんどの場合、MIG 溶接機はフラックス入りアーク溶接も可能です。溶接ワイヤ内のフラックスは、このプロセス中に溶接を保護するガスシールドとして機能します。その結果、天然ガスの輸入が少なくて済みます。
FCAW は高温を伴うため、厚くて密度の高い金属の溶接に最適です。この分野では、重機の保守や修理によく使用されます。この手順では、大量のゴミは発生しません。動作に追加のガスを必要としないため、コストを節約できます。
TIG溶接
不活性ガスアーク内でタングステン電極を使用して溶接する方法は、TIG 溶接 (GTAW) と呼ばれます。このタイプの溶接は、ガス溶接とも呼ばれます。タングステンは比較的融点が高いため、TIG 溶接の電極として使用されます。TIG 溶接電極は、溶接中に熱くなっても溶けない場合は非消耗性です。溶けて溶接の一部にならない電極は「非消耗性」と呼ばれますが、永久に使用できるわけではありません。
電子ビーム溶接（EBW）
電子ビーム溶接では、高エネルギー電子ビームを使用して溶接プロセス用の熱を生成します。電子がワークピースに当たると、その運動エネルギーによって金属が加熱され、ワークピースのエッジが接合されて溶接部が固定されます。
LSW と同様に、EBM では液体を使用します。金属の接合は、両方が溶融したときに行われます。電子の動きを利用して金属片を融合するため、溶接とも呼ばれます。
ガス溶接
ガス炎で溶接する場合、接合する表面を溶かし、その間に溶融金属を流すことで溶接部が形成されます。
溶接に関しては、酸素アセチレン混合ガスが他のものよりはるかに優れています。酸素水素炎の最高温度は約 1900 度ですが、酸素アセチレン炎の最高温度は約 3200 度です。
溶接品質を向上させる方法
ビードの品質は、溶接工、特に新人にとっては難しい問題です。溶接作業は、最終的に多孔質になったり、ひび割れが生じたり、その他の欠陥が数多く生じます。接合部の強度、建物の安定性、そして溶接工の仕事に対する誇りなど、すべてが損なわれます。溶接品質の低さにはいくつかの潜在的な原因がありますが、解決策も数多くあります。
適切な溶接手順の選択
あらゆるタイプの溶接技術には、利点と欠点があります。材料、接合部の種類、プロジェクトの仕様に応じて、適切な溶接方法を選択する必要があります。金属不活性ガス (MIG)、タングステン不活性ガス (TIG)、スティック、フラックス入り溶接などの溶接方法について説明し、比較します。
ガスを設定する
溶接ガスを適切なレベルに調整することは、溶接の品質をすぐに向上させる方法です。シールドガスが適切に調整されて初めて、大きな効果が得られます。
MIG 溶接機の理想的なガス流量は、フィートポンド単位で測定すると 1 時間あたり 25 ～ 30 フィートポンドです。
溶接機のフローメーター（右の写真のように見える）で必要な調整を行います。次の 3 つの操作を実行することで出力を確認できます。
- ワイヤーの速度を落とします。ガスをチェックする前に、ワイヤーの速度を落としてください。
- 溶接ガンのトリガーを引きます。トリガーを引くと、フローメーター内の小さなボールがガンから出るガスのレベルまで上がります。
- レベルを変更します。出力されるフィートポンド数がわかったら、25 フィートポンドから 30 フィートポンドまで微調整できます。
常に清潔
材料の汚染物質は、溶接の問題の主な原因です。溶接の妨げになる可能性のあるすべての汚れがこれに含まれます。ほこり、グリース、錆、塗料などの汚染物質が存在すると、溶接の品質が低下する可能性があります。
最初のステップは常に最も重要です。材料と作業スペースが清潔であることを確認してください。この重要なプロセスにより、汚染物質が溶接の品質に影響を与えなくなります。
聞く
溶接初心者は、高品質の溶接を行うために耳を使うことを考えないかもしれません。完成した製品を声に出して聞くことは、エラーをチェックし、品質を向上させるための優れた方法です。溶接中は、一定のブザー音が聞こえる必要があります。一定のシューという音が聞こえる場合は、電圧が高すぎる可能性があります。一方、大きくてしわがれた声は、電圧が低すぎることを示しています。
溶接プロセス制御
溶接品質は、溶接プロセスを制御すれば向上できます。これには、溶接機が正しくセットアップされていること、適切な電極を使用していること、溶接設定を微調整していることの確認が含まれます。
溶接速度を下げる
自分のペースを守り、溶接を急ぎすぎないことが、より良い溶接への次のステップです。そうすることで、材料の奥深くまで届く、高くて細い溶接ができます。
高品質のビードを作るには、溶接に時間をかけることが重要です。熟練した溶接工の多くは、ビードが自然に形成されるのを待ちながら、途中で誘導することで最良の結果が得られると考えています。高品質の溶接ビードは、忍耐と注意深い指示の結果です。
ただ落ち着いて、溶接工に任せてください。安定したリラックスしたペースを維持することが、良い溶接を行うために不可欠です。
良い土地を見つける
適切な溶接アークを作るには、回路全体が必要です。回路の抵抗が少なければ、溶接機の電流はよりスムーズに流れます。ガンの発射に問題がある場合のみ、何もせずに対処してください。接地が不十分だと、機械が火花を散らしたりショックを与えたりする可能性も高くなります。よりよい溶接をしたい場合は、接地をアークに近づけ、きれいな金属であることを確認してください。
回線速度を決める
次に考慮すべき要素は、ワイヤー接続の速度です。ワイヤーを溶接機に通す速度が速すぎると、溶接音よりもポップ音が聞こえます。
ワイヤ速度の設定は一種の芸術と考えることができます。適切な溶接ワイヤ速度は、金属の厚さと溶接電流によって異なります。
まず、徐々にワイヤーの速度を落とします。ポップ音が聞こえる場合は速すぎます。聞こえるのは一定のブザー音です。
あまりゆっくり進むと、溶接機は小さな音しか出ないスプレーアークを発生させます。これは深く溶接する必要がある場合に便利ですが、ワイヤのペースにゆっくりと追いつく必要があることも意味します。
両手を使う
特に MIG 溶接の場合は、両手を使って溶接機器を操作することをお勧めします。これにより、MIG 溶接を行う人にとって、より一貫した操作とより優れた速度管理が可能になります。片方の手を首の後ろに置き、もう片方の手をトリガーに置いたままにします。手を安全に保つために、保護溶接手袋を着用してください。
すべての装備は一致している必要があります。
MIG 溶接には適切なギアを選ぶことが重要です。何度も送り速度を調整しても、望みどおりの結果が出なかったことはありませんか? ワイヤーがドライブ ローラー、ガン ケーブル ライナー、またはコンタクト チップに適切なサイズではありませんでした。ロールが小さい場合にのみ、溶接品質を保護できます。作業を始める前に、すべてが正常に機能していることを確認してください。
正しいテクニックを使いましょう。
溶接では、接合部に沿って押したり引いたりすることができます。ほとんどの人は、溶接部に向かって物体を押し込むためにフォアハンド法を使用します。この方法は溶け込みが浅いため、表面はより平らで、広く、滑らかになります。見た目が重要な接合部には、この方法が最適です。
引っ張るか、バックハンド法を使用すると、より深い溶け込みと、中央のより狭く高い溶接を実現できます。最適なアプローチを決定するのは、プロジェクトの詳細次第です。
ベッドから目を離さないでください。
溶接ビードを検査することで、溶接がどの程度うまくいったかを知ることができます。製造上の欠陥はビード自体に現れます。完成したビードをできる限り綿密に検査してください。
たとえば、バッドの形状がロープ状または凸状である場合、使用した温度が金属の厚さに対して低すぎた可能性があります。形状が凹状である場合、入力加熱の問題が発生します。
溶接条件を理解する
最後のアドバイスは、溶接環境をよく理解しておくことです。温度と湿度を正確に制御できる屋内での溶接は、通常、問題なく完了します。
しかし、天候は現場での溶接に大きな影響を及ぼします。最終的な溶接の外観と深さは、風、雨、雪、寒さなど、さまざまな環境要因の影響を受ける可能性があります。
以下に、留意すべき注意事項をいくつか示します。
- 雨 – 雨が降ったり地面に水たまりがあると、溶接には適しません。アース クランプや溶接する金属が感電の原因となることがあります。雷雨のときは絶対に溶接しないでください。重傷や死亡のリスクが高すぎるため、お勧めできません。
- 風 – 風が強すぎるとシールドガスが消散し、溶接が金属を貫通できなくなります。風を緩和する方法を見つけるか、フラックス入りワイヤを使用して状況を改善してください。
- 寒さと雪 – 最後になりましたが、雪や寒さの中で屋外で溶接することはお勧めできません。金属が冷たすぎると、溶接が母材に深く浸透しません。良好なビードを作るには、母材を屋内または室温に戻す必要があります。
避けるべきよくある間違い
溶接を行う際には、次のようなよくある間違いを避けることも重要です。最も重要な間違いをいくつか挙げます。
間違った電極サイズの使用
溶接の際、不適切な電極サイズを使用すると、溶接の品質に悪影響が出る可能性があります。溶接作業に適したサイズの電極を使用することで、溶接品質を最大限に高めることができます。
溶接面の清掃を怠る
溶接面が適切に洗浄されていれば、溶接の品質が向上します。溶接前に金属を徹底的に洗浄し、塗料、錆、その他の汚染物質を除去する必要があります。この予備工程により、頑丈で欠陥のない溶接が保証されます。
溶接機の不適切なセットアップ
溶接機が適切にセットアップされていないと、溶接の品質が損なわれる可能性があります。溶接プロジェクトは多種多様であるため、それに応じて電極、シールドガス、その他の設定を調整することが重要です。時間をかけて正しくセットアップすれば、より優れた溶接とより効率的な溶接が実現します。
結論
溶接は、製造、建築、輸送、航空宇宙など、多くの分野で不可欠な手順です。信頼性が高く長持ちする溶接を作成できるため、業界と顧客にとって重要です。溶接工には、MIG 溶接、SMAW 溶接、PAW 溶接、LBW 溶接、EBM 溶接、TIG 溶接、EBM 溶接、ガス溶接など、作業の品質を向上させるためのさまざまなオプションがあります。
2 つの金属片をそれぞれの融点まで加熱すると、融合して強力な溶接部が形成されます。金属棒または電極とワークピースの間にアークを発生させることで、SMAW はガスとスラグを生成し、溶接ジョイントを環境から遮断します。PAW は、消耗しないタングステン電極を使用してノズルとワークピースの間に高温アークを発生させるため、セラミック、銅合金、アルミニウム、鋼、ニッケル合金、チタン合金を素早く溶接または切断できます。
ワークピースの端は、接合部を作るのに十分な強度のレーザー ビームを使用して加熱され、溶解されます。このプロセスはレーザー ビーム溶接 (LBW) として知られています。電子ビーム溶解 (EBM) とガス溶接 (GW) はどちらも溶融金属を接合しますが、EBM は接合プロセスを容易にするために液体を使用するのに対し、GW は熱を生成するために高エネルギー電子ビームを使用します。
溶接品質に関しては、材料、接合タイプ、プロジェクトの要件に適した溶接プロセスを選択することから始まります。金属不活性ガス (MIG)、タングステン不活性ガス (TIG)、スティック溶接、フラックス入り溶接はすべて溶接の種類です。溶接の品質を向上させるには、溶接ガスを適切なレベルに調整する必要があります。
溶接工は、作業場にほこり、グリース、錆、塗料など、溶接の品質を損なう可能性のあるものを置かないようにしてください。溶接工は、これらの提案を活用することで、技術を磨き、より強力な溶接を行うことができます。材料と作業場を清掃し、完成した製品を大声で聞き、溶接プロセスを制御し続けることは、すべて溶接の品質を保証するのに役立ちます。位置を調整し、圧力をかけすぎないようにすることで、溶接プロセスを遅くすることができます。高品質のビードを生成するには、時間、慎重な指導、安定したゆったりとしたペースが必要です。
溶接アークは電気回路を構成するため、しっかりとした接地が必要です。溶接装置が正常に機能していること、また使用時には両手を使用していることを確認してください。
必要に応じて、ジョイントに沿って押したり引いたりして、正しく溶接します。主に美観を重視する溶接はフォアハンド テクニックを使用して溶接されることが多く、より深い溶け込みの接続はプル テクニックまたはバックハンド テクニックを使用して溶接されます。ベッドを注意深く監視することで、完成したビードに製造上の欠陥がないか確認できます。
風、雨、雪、寒さなどの天候は溶接環境に大きな影響を与える可能性があることを認識してください。雨、風、寒さの中で作業しなければならない場合、最終的な溶接の品質と深さが損なわれる可能性があります。間違った電極サイズを使用したり、溶接面を清掃しなかったり、溶接機を不適切に構成したりするといったよくある間違いをしないでください。これらのガイドラインに従うと、溶接の品質と溶接作業の生産性の両方が向上します。
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