十数種の溶接方法を鑑賞~~~~~~~~~~~~
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この投稿は、2018年12月23日16時36分にkareale88によって最終的に編集されました。bg7.png 17種類の溶接方法：1．手動アーク溶接 手動アーク溶接は、さまざまなアーク溶接法の中で最も早く発展したもので、現在でも最も広く用いられている溶接方法です。それは、外側に塗料が塗られた溶接棒を電極および被覆金属として用い、アークは溶接棒の先端と溶接対象物の表面との間で発生する。塗料はアーク熱の作用により、一方ではガスを発生させてアークを保護し、他方ではスラグを生成して溶融池の表面を覆うことで、溶融した金属が周囲のガスと反応するのを防ぎます。スラグのもう一つの重要な役割は、溶融した金属と物理化学反応を起こしたり、合金元素を添加したりすることで、溶接部の金属的性質を向上させることです。手動アーク溶接機は簡単で軽量、操作が柔軟です。修理や組立における短い継ぎ目の溶接に利用でき、特にアクセスしにくい部位の溶接に適しています。手動アーク溶接には適切なワイヤーを使用することで、ほとんどの工業用炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、銅、アルミニウム、ニッケルおよびその合金に適用できる。
bg7.png二、タングステン極ガス保護アーク溶接これは非溶解極ガス保護アーク溶接の一種で、タングステン極と被溶接物との間のアークを利用して金属を溶融させ、溶接部を形成するものです。溶接中、タングステン電極は溶融せず、電極としての役割のみを果たす。同時に、溶接トーチのノズルからアルゴンまたはヘリウムが供給されて保護される。必要に応じて、別途金属を追加することもできます。（国際的にはTIG溶接と呼ばれる）。タングステン極ガス保護アーク溶接は、熱入力を適切に制御できるため、薄板金属の接合や下地溶接において非常に優れた方法です。この方法はほぼすべての金属の接合に使用でき、特に難溶性酸化物を形成するアルミニウムやマグネシウム、そしてチタンやジルコニウムといった反応性の高い金属の溶接に適している。この溶接方法の溶接部の品質は高いが、他のアーク溶接と比べると溶接速度が遅い。
bg7.png三、溶融極ガス保護アーク溶接この溶接方法は、連続して供給されるワイヤーと被溶接物の間で発生するアークを熱源とし、溶接トーチのノズルから噴出されるガスによってアークを保護しながら溶接を行うものです。溶融極ガス保護アーク溶接で一般的に使用される保護ガスには、アルゴンガス、ヘリウムガス、CO2ガス、またはこれらのガスの混合気がある。アルゴンガスまたはヘリウムガスを保護ガスとして使用する場合、これを溶融極不活性ガス保護アーク溶接（国際的にはMIG溶接と略称される）と呼びます。不活性ガスと酸化性ガス（O2、CO2）の混合ガスを保護ガスとして使用する場合、またはCO2ガスやCO2＋O2の混合ガスを保護ガスとして使用する場合、これらを総称して溶融極活性ガス保護アーク溶接（国際的にはMAG溶接と略される）と呼ぶ。溶融極ガス保護アーク溶接の主な利点は、さまざまな位置で容易に溶接が行えることであり、同時に溶接速度が速く、溶着率も高いという利点もあります。溶融極活性ガス保護アーク溶接は、炭素鋼や合金鋼を含むほとんどの主要な金属に適用できる。溶融極不活性ガス保護溶接は、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ジルコニウム、およびニッケル合金に適しています。この溶接方法を用いると、アークスポット溶接も行うことができる。
bg7.png四、プラズマアーク溶接 プラズマアーク溶接も非溶融極アーク溶接の一種です。それは、電極とワークの間の圧縮アーク（フォワード転移アークと呼ばれる）を利用して溶接を行うものです。使用される電極は通常、タングステン電極です。プラズマアークを発生させるプラズマガスには、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、またはそれら2つの混合ガスが使用できる。同時にノズルを通じて不活性ガスで保護する。溶接時は、被覆金属を使用してもよく、使用しなくてもよい。プラズマアーク溶接では、アークがまっすぐでエネルギー密度が高いため、アークの貫通能力が強い。プラズマアーク溶接時に生じるポア効果により、ある一定の板厚範囲内のほとんどの金属において開先なしで突合わせ溶接が可能となり、十分な溶け込みと均一な溶接部が確保される。したがって、プラズマアーク溶接は生産性が高く、溶接部の品質も良い。しかし、プラズマアーク溶接装置（ノズルを含む）は比較的複雑であり、溶接工程のパラメータ制御に高い要求がある。タングステン極ガス保護アーク溶接で溶接できるほとんどすべての金属は、プラズマアーク溶接でも使用できる。これに対し、1mm未満の極薄金属の溶接は、プラズマアーク溶接を用いると比較的容易に行うことができる。
bg7.png五、管状ワイヤーアーク溶接 管状ワイヤーアーク溶接も、連続して供給されるワイヤーと被溶接物との間で発生するアークを熱源として利用して溶接を行うもので、溶融極ガス保護溶接の一種と見なすことができる。使用されるワイヤはチューブ状のもので、管の内部にはさまざまな成分からなる溶剤が入っている。溶接時には、主にCO2である保護ガスが供給される。溶剤は加熱によって分解または溶融し、スラグを形成して溶融池を保護したり、合金を浸透させたり、アークを安定させたりする役割を果たす。管状ワイヤーアーク溶接は、前述の溶融極ガス保護アーク溶接の利点に加え、管内の剤の作用により、冶金学的な面でもさらに優れた特徴を持っている。管状ワイヤーアーク溶接は、ほとんどの黒色金属のさまざまな継手の溶接に適用できます。管状ワイヤーアーク溶接は、一部の先進的な産業分野で広く利用されている。“「管状ワイヤー」とは、現在言われている「薬芯ワイヤー」のことです。
bg7.png六、抵抗溶接これは抵抗熱をエネルギー源とする溶接方法の一種で、スラグの抵抗熱をエネルギー源とする電渣溶接と、固体の抵抗熱をエネルギー源とする抵抗溶接が含まれる。電渣溶接はより独特な特徴を持つため、後ほど説明します。ここでは、主に固体抵抗熱をエネルギー源とする抵抗溶接の数種類について紹介します。主なものにスポット溶接、シーム溶接、プロジェクション溶接、および対向溶接などがあります。抵抗溶接とは、一般的に被溶接物を一定の電極圧力下に置き、電流が被溶接物を流れる際に生じる抵抗熱を利用して、2つの被溶接物の接触面を溶融させることで接合を実現する溶接方法です。通常、より大きな電流が使用される。接合面でアークが発生するのを防ぎ、溶接部の金属を鍛造するために、溶接中は常に圧力をかけ続けなければならない。この種の抵抗溶接を行う際、溶接対象となる部品の表面は、安定した溶接品質を得るために極めて重要である。したがって、溶接前には電極とワーク、およびワーク同士の接触面を必ず清掃しなければならない。スポット溶接、ソルダリング、およびプロジェクション溶接の違いは、溶接電流（単相）が大きく（数千から数万アンペア）、通電時間が短い（数周波から数秒）、装置が高価で複雑でありながら生産性が高いため、大量生産に適していることである。主に、厚さ3mm未満の薄板部品の溶接に使用されます。各種鋼材、アルミニウム、マグネシウムなどの非鉄金属およびその合金、ステンレス鋼などはすべて溶接可能です。
bg7.png七、電子ビーム溶接 電子ビーム溶接とは、集中した高速の電子ビームでワークの表面を照射し、そこで生じる熱エネルギーを利用して溶接する方法です。電子ビーム溶接時、電子銃によって電子ビームが生成されて加速される。一般的な電子ビーム溶接には、高真空電子ビーム溶接、低真空電子ビーム溶接、および非真空電子ビーム溶接がある。最初の2つの方法はどちらも真空室内で行われます。溶接の準備時間（主に真空引き時間）は長く、ワークのサイズは真空チャンバーの大きさに制限される。電子ビーム溶接はアーク溶接と比較して、溶接部の溶込みが深く、溶け幅が狭く、溶接金属の純度が高いというのが主な特徴である。非常に薄い材料の精密溶接にも、非常に厚い（最大300mm）部材の溶接にも使用できる。他の溶接法で溶融溶接が可能なすべての金属および合金は、電子ビーム溶接によっても溶接することができる。高品質な製品の溶接に主に使用されます。異種金属、酸化しやすい金属、および難融金属の溶接も解決できる。しかし、大量生産の製品には適していません。
bg7.png八、レーザー溶接 レーザー溶接とは、高出力のコヒーレントな単色光子ビームを集光して得られるレーザービームを熱源として用いる溶接方法です。この溶接方法には、通常、連続出力レーザー溶接とパルス出力レーザー溶接がある。レーザー溶接の利点は真空環境で行う必要がないことで、欠点は電子ビーム溶接ほどの貫通力がないことです。レーザー溶接では正確なエネルギー制御が可能であるため、高精度な微小デバイスの溶接を実現できる。多くの金属に適用でき、特に溶接が難しい金属や異種金属の溶接問題を解決することができる。
bg7.png九、はんだ付けはんだ付けのエネルギー源は、化学反応熱でもよく、間接的な熱エネルギーでもよい。これは、溶接対象の材料よりも融点が低い金属をはんだとして使用し、加熱によってはんだを溶かすことで、*毛細管作用によってはんだが接合部の接触面の隙間に入り込み、溶接対象の金属表面を濡らし、液相と固相が互いに拡散することではんだ接合部が形成される。したがって、はんだ付けは固相と液相の両方を利用する溶接方法です。はんだ付けの加熱温度は低く、母材は溶融せず、圧力を加える必要もありません。しかし、溶接前には、溶接対象の部品表面の油汚れ、ほこり、酸化膜などを除去するための一定の措置を講じなければならない。これは、ワークの濡れ性を良くし、接合部の品質を確保するための重要な要素です。はんだの液相線温度が450℃を超え、母材金属の融点より低い場合を硬質ろう付けと呼ぶ；450℃未満の場合、それをソフトはんだ付けと呼ぶ。熱源や加熱方法によって、はんだ付けは炎はんだ付け、誘導はんだ付け、炉内はんだ付け、浸漬はんだ付け、抵抗はんだ付けなどに分類される。はんだ付け時は加熱温度が比較的低いため、ワーク材の性能への影響は小さく、溶接部の応力変形も少ない。しかし、ろう付け接合部の強度は一般的に低く、耐熱性も劣る。はんだ付けは、炭素鋼、ステンレス鋼、超耐熱合金、アルミニウム、銅などの金属材料の溶接に使用できるほか、異種金属や金属と非金属の接合にも利用できます。負荷が小さいか、常温で動作する接合部の溶接に適しており、精密で微小なものや、複雑な多層のはんだ付け部品に特に適している。
bg7.png 十、電渣溶接 電渣溶接とは、スラグの抵抗熱をエネルギー源とする溶接方法です。溶接プロセスは、立て溶接の姿勢で、2つのワークの端面と両側の水冷銅スライダーによって形成される組み付け隙間内で行われる。溶接時は、電流がスラグに流れることで生じる抵抗熱を利用して、ワークの端部を溶融させる。溶接時に使用する電極の形状により、電渣溶接はワイヤ電極式電渣溶接、プレート電極式電渣溶接、ノズル電極式電渣溶接に分類される。電渣溶接の利点は、溶接可能な部品の厚さが大きい（30mmから1000mm以上）ことと、生産性が高いことです。主に断面対接継手および丁字継手の溶接に使用されます。電渣溶接は、さまざまな鋼構造物の溶接に使用できるほか、鋳造品の組立溶接にも利用できます。電渣溶接部は加熱および冷却がともに遅いため、熱影響部が広く、微細組織が粗大で靭性に欠けるため、溶接後には一般的に正常化処理を行う必要がある。
bg7.png十一、高周波溶接 高周波溶接は、固体抵抗熱をエネルギー源とする。溶接時には、高周波電流によってワーク内部で発生する抵抗熱を利用して、溶接部の表面を溶融状態、またはそれに近い塑性状態まで加熱し、その後プレス力を加える（または加えない）ことで金属同士を結合させる。したがって、それは固相抵抗溶接法です。高周波溶接は、高周波電流によってワークに熱を発生させる方法によって、接触型高周波溶接と誘導型高周波溶接に分けられます。高周波溶接では、高周波電流がワークとの機械的な接触によってワーク内に伝わります。高周波溶接時、高周波電流がワークの外側にある誘導コイルの結合作用によってワーク内部に誘導電流を発生させる。高周波溶接は専門性の高い溶接方法で、製品に応じて専用の設備が必要です。生産性が高く、溶接速度は30m/minに達する。主に管の製造時に、縦縫いや螺旋縫いの溶接に使用されます。
bg7.png十二、ガス溶接 ガス溶接とは、ガスの炎を熱源とする溶接方法です。最も多く用いられているのは、アセチレンガスを燃料とする酸素－アセチレン炎です。装置はシンプルで使いやすいが、ガス溶接の加熱速度と生産性は低く、熱影響部が大きく、大きな変形を引き起こしやすい。ガス溶接は、多くの黒色金属、非鉄金属、および合金の溶接に使用できます。一般的には修理や単品の薄板溶接に適用されます。
bg7.png十三、気圧溶接 気圧溶接はガス溶接と同様に、ガス炎を熱源としています。溶接時には、接合される2つのワークの端部を一定の温度まで加熱し、その後十分な圧力をかけて強固な接合部を得る。固相溶接の一種です。気圧溶接では被覆金属を使用せず、レールの溶接や鉄筋の溶接によく用いられます。
bg7.png 十四、爆着接合 爆着接合もまた、化学反応による熱をエネルギー源とする別の固相溶接法である。しかし、それは**爆発によって生じるエネルギーを利用して金属同士を接合するものです。爆発波の作用により、2つの金属は1秒も経たないうちに加速して衝突し、金属同士が結合する。各種の溶接方法の中で、爆着溶接は溶接可能な異種金属の組み合わせの範囲が最も広い。爆着溶接を用いることで、冶金学的に相性の悪い2種類の金属を様々な遷移継手として溶接することができる。爆着溶接は、表面積がかなり大きい平板の被覆に多く用いられ、複合板を製造するための効率的な方法です。
bg7.png十五、摩擦溶接 摩擦溶接とは、機械的エネルギーをエネルギー源とする固相溶接です。それは、2つの表面間の機械的な摩擦によって生じる熱を利用して金属を接合するものです。摩擦溶接の熱は接合面に集中するため、熱影響部は狭くなります。2つの表面の間には圧力をかける必要があり、多くの場合、加熱を終了する際に圧力を高めて、高温状態の金属をプレスして接合させる。一般的に、接合面は溶融しない。摩擦溶接は生産性が高く、原理的に熱間圧延が可能なほぼすべての金属を摩擦溶接することができる。摩擦溶接は、異種金属の溶接にも使用できます。断面が円形で最大直径が100mmのワークに適用する。
bg7.png十六、超音波溶接 超音波溶接もまた、機械的エネルギーをエネルギー源とする固相溶接法の一種です。超音波溶接を行う際、溶接対象物は比較的低い静的圧力のもとで、音極から発せられる高周波振動によって接合面に強い摩擦が生じ、溶接温度まで加熱されることで結合が形成される。超音波溶接は、ほとんどの金属材料同士の溶接に使用でき、金属、異種金属、および金属と非金属の間の溶接も可能です。ワイヤー、フォイル、または2～3mm以下の薄板金属の接合部の繰り返し製造に適用可能です。
bg7.png十七、拡散溶接 拡散溶接は、一般的に間接的な熱エネルギーをエネルギー源とする固相溶接法です。通常は真空または保護雰囲気下で行われる。溶接時には、溶接される2つの部品の表面を高温かつ高い圧力のもとで接触させ、一定時間保持することで原子間距離を縮め、原子同士が互いに拡散して結合します。溶接前には、ワーク表面の酸化物などの不純物を洗浄するだけでなく、表面の粗さも一定値以下でなければ溶接品質を保証できない。拡散溶接は、溶接対象の材料の性能にほとんど悪影響を与えません。それは、多くの同種および異種金属、さらにはセラミックスなどの一部の非金属材料も溶接することができる。拡散溶接は、複雑な構造や厚さが大きく異なる部品を溶接することができます。