溶接製作 Manufacturers

I. 溶接の基本原理

• 溶融溶接: 母材が局所的に溶けるので、必要に応じて溶加材を使用できます。溶接シームは溶融金属の凝固によって形成されます。
• 加圧溶接: 圧力を加えてワーク表面を確実に密着させます。原子結合は塑性変形によって実現され、一部のプロセスでは補助加熱が必要になります。
• ろう付け：母材を溶かさずにろう材のみを溶かします。溶融した金属フィラーが母材の金属表面を濡らし、毛細管現象によって隙間を埋めて接続を形成します。

II.一般的な溶接法の分類と特徴

1. 融着（最も広く使用されている）

2. 圧接

• 抵抗溶接：ワークの接触面に電流を流すことで発生する抵抗熱を利用し、同時に圧力を加えて溶接します。スポット溶接、シーム溶接、突合せ溶接に分けられます。スポット溶接は自動車の車体溶接に広く使用されています。燃料タンクなどの密閉部品にはシーム溶接が適用されます。
• 摩擦圧接：ワーク間の高速摩擦により熱を発生させます。接触面が塑性状態に達したら、圧力を加えて溶着します。安定した接合品質が特徴で、軸部の突合せ溶接など異種金属の溶接に適しています。

3.ろう付け

• トーチろう付け：酸素アセチレン炎を使用して加熱するため、操作が簡単です。真空ろう付け: 酸化を避けるために真空環境で行われ、航空エンジンのブレードなどの精密で複雑な部品に適しています。
• ろう付けの利点は溶接変形が少ないことですが、欠点は一般に接合強度が母材よりも低いことです。

Ⅲ．溶接材料

1. 溶接 Electrodes: Exclusive for SMAW, consisting of a core wire (filler metal) and a coating. The coating functions to stabilize the arc, form slag, deoxidize and alloy the weld metal.
2. 溶接 Wires: Used in gas-shielded welding and submerged arc welding, divided into solid wires and flux-cored wires. Flux-cored wires have built-in protective components and offer stronger adaptability.
3. 溶接 Flux: Applied in submerged arc welding, categorized into fused flux and non-fused flux. It plays roles in protecting the weld pool, deoxidizing and improving weld formation.
4. ろう材：母材よりも融点が低い、ろう付けに特化した材です。一般的なタイプには、銅ベースおよび銀ベースのろう材が含まれます。

IV.溶接技術の重要な要素

1. 溶接 Parameters: Including welding current, voltage, welding speed, shielding gas flow rate, etc. Parameters directly affect the weld penetration, formation and quality. For example, excessive current may cause burn-through, while insufficient current leads to insufficient penetration.
2. 開先設計: 厚板を溶接する場合、溶接の完全な溶け込みを確保し、不完全溶け込み欠陥を減らすために、溝 (V 溝、X 溝など) を前処理する必要があります。
3. 予熱と後加熱: 高張力鋼や鋳鉄などの亀裂の影響を受けやすい材料の場合、溶接前に予熱すると冷却速度が低下し、低温割れを回避できます。溶接後の後加熱により残留応力が除去され、微細構造と特性が向上します。

V. 溶接品質検査

目視検査: 肉眼または拡大鏡を使用して、溶接の形成、寸法、および表面の欠陥 (気孔率、亀裂、アンダーカットなど) をチェックします。

1. 非破壊検査 (NDT): 超音波検査 (UT、内部欠陥の検出用)、放射線透過検査 (RT、内部気孔やスラグ混入の検出用)、磁粉検査 (MT、強磁性材料の表面欠陥の検出用) など、ワークピースに損傷を与えません。
2. 破壊試験: 溶接継手の機械的特性を評価するために、引張、曲げ、衝撃試験用の溶接サンプルを採取します。

VI.溶接の安全性と保護

• アーク光放射線からの保護: 溶接アーク光に含まれる紫外線と赤外線は皮膚や目を火傷する可能性があるため、溶接ヘルメットや防護服の使用が必要です。
• 有害ガス対策：溶接中はオゾン、窒素酸化物などの有害なガスが発生するため、作業環境の換気を十分に行ってください。

感電防止: 溶接装置は接地する必要があり、作業者は絶縁手袋と絶縁靴を着用する必要があります。

VII.よくある質問

Q1: 一部の金属 (アルミニウムなど) はなぜ鋼よりも溶接が難しいのですか?

• A: アルミニウムは熱伝導率が高く、酸化が早いのが特徴です。熱の放散が非常に速いため、安定した溶融池を形成することが困難です。さらに、酸化アルミニウム層($Al_2O_3$)の融点は2050°Cを超え、金属自体(660°C)よりもはるかに高い。これには通常、AC TIG 溶接または特殊なパルス MIG 溶接が必要です。

Q2: 熱影響区域 (HAZ) とは何ですか?また、それが重要である理由は何ですか?

• A: HAZ は、溶融していないが、熱によって微細構造が変化した母材の領域です。この領域は熱サイクルにより脆くなったり、強度が低下したりする可能性があります。亀裂などの構造破壊のほとんどは HAZ 内で発生します。

Q3: 溶接歪みはどのようにして発生し、どのように防ぐことができますか?

• A: 歪みは不均一な熱膨張と収縮によって発生します。予防方法には次のようなものがあります。

  • 事前設定: 溶接前に部品を反対方向に傾けます。

  • 対称溶接: 中心から外側に向かって、またはバランスのとれた順序で溶接します。

  • 入熱の削減: レーザー溶接などの高エネルギー密度プロセスを使用します。

Q4: 後加熱や「水素放出」はなぜ必要ですか?

• A: 水素原子は溶接部に遅延亀裂を引き起こす可能性があります。後加熱により、水素が金属から拡散します。これは、高張力鋼や厚い板にとって非常に重要です。

Q5: ロボット溶接は手動溶接を完全に置き換えることができますか?

• • A: ロボットは大量の標準化された生産 (自動車など) には優れていますが、現場作業、複雑な空間的接合、一回限りのカスタム作業、およびリアルタイムの感覚調整が必要な作業では、依然として人間の溶接工が代替不可能です。