最適な板金溶接技術の選択:専門ガイド

板金溶接は、薄い金属コンポーネントに強力で永久的な接合を作成する最も効果的な方法の 1 つです。板金は、曲げ、カール、パンチング、スタンピングなど、さまざまな方法で操作できます。ただし、メーカーによっては、シート メタルを切断したり変形したりする必要がなく、2 枚のシートを固定するだけで済む場合もあります。

板金を接合する 1 つの方法は、ネジや板金リベットなどの留め具を使用することです。板金ファスナーは手頃な価格で、強力な接続を実現し、簡単に取り外せるため、板金部品の分解やリサイクルが容易です。また、プロジェクトで単純な機械的固定が必要な場合にも、費用対効果が高くなります。

ただし、メーカーはネジやリベットよりも永続的な接合を望んでいたり、板金接合に超強力または防水性を必要としたりする場合があります。

強力で永続的で美しい接合部を得るために、メーカーは通常、何千年もの間存在してきた溶接プロセスに目を向けます。板金溶接では、熱を利用して 2 つの母材を溶かして融合させ、追加の部品を必要とせずに強力な接合を形成します。

溶接にはさまざまな種類があるため、この記事では、ステッチ溶接、スポット溶接、MIG/TIG など、板金に最適な溶接プロセスについて説明します。さまざまな材料、ゲージ、最終用途にどの溶接技術が最適であるかを検討し、迅速な意思決定に役立つ溶接タイプのチャートも提供します。

板金に溶接を使用する理由

鋼板やその他の金属の溶接は、板金製造サービスの信頼できるプロバイダーである 3ERP を含め、世界中の店舗や工場で一般的なプロセスです。

その理由の 1 つは、溶接方法が非常に多くあること、溶接に適した板金が多数あること、そして溶接が非常に多くの機械的利点をもたらすためです。たとえば、多くの溶接構造に使用されているステンレス鋼は耐食性を備えているため、屋外や要求の厳しい環境に最適です。

溶接板金が人気がある理由は次のとおりです。

• いくつかの溶接方法 :板金におけるさまざまな種類の溶接は、さまざまな用途に適しています。
• 素材の多様性 :鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなど、溶接する金属のゲージや種類は数多くあります。
• 強力で永久的なジョイント :ファスナーとは異なり、溶接では 2 つの金属コンポーネント間に強力で永久的な接合が作成されます。
• 防水性と気密性 :板金溶接により完全なシールを作成できるため、タンクや筐体に適しています。
• 美的魅力 :一部の溶接タイプでは、金属の美的魅力を維持する、きれいで美しい接合部を作成できます。
• パーツの統合 :溶接は、留め具などの別個のコンポーネントを必要とするのではなく、2 つの金属を融合するため、コストと複雑さが削減される可能性があります。

板金溶接工は、さまざまなシナリオに適した技術が異なるため、さまざまな溶接技術に熟練している必要があります。薄い板金の溶接に最適な技術もあれば、小さな部品の溶接に最適な技術もあり、溶接に使用される特定の種類の金属に特に適した技術もあります。

このセクションでは、3ERP で板金部品を接合するために使用される主要な溶接プロセスのいくつかを見ていきます。

MIG 溶接 (ガスメタルアーク溶接)

長所 :高速、手頃な価格、初心者に最適

次の用途に最適 :軟鋼、厚肉材料

金属不活性ガス (MIG) 溶接は、半自動または全自動アークを使用して溶接を行うガスメタル アーク溶接 (GMAW) のサブタイプです。 MIG は消耗電極溶接法であり、溶接ガンを通して供給される連続ワイヤが、 電気を運ぶ電極との両方として機能することを意味します。  接合部を形成するフィラーメタル。

MIG プロセス中に、ワイヤの先端と板金ワークピースの表面の間にアークが形成されます。これにより、ワイヤーと金属板の両方を溶かすのに十分な熱が発生し、冷えるにつれてそれらが融合することができます。 このプロセスは、厚い素材でも優れた速度と信頼性を実現します。

MIG 溶接板金の主な利点は、低コスト、使いやすさ、および非常に速い速度です。したがって、このプロセスは、精度や美しさよりも効率を優先する板金作業に最適です。

MIG 溶接に適した板金には軟鋼、ステンレス鋼などが含まれますが、板厚が厚い方が作業が容易です。

TIG 溶接 (ガス タングステン アーク溶接)

長所 :正確できれいな溶接

次の用途に最適 :ステンレス鋼またはアルミニウム、薄い金属、目に見える継ぎ目

タングステン不活性ガス（TIG）溶接やガスタングステンアーク溶接（GTAW）でも、電気アークを使用して板金を溶かし、溶接を形成します。ただし、TIG 電極は、消耗品のフィラー材料とは別個の非消耗品のタングステン電極です。

板金を TIG 溶接する場合、TIG 溶接機は片手で溶加材料の別のロッドを溶接池に送り込み、もう一方の手で電極を方向付けます。このため、プロセスは MIG 溶接よりも難しくなりますが、優れた結果が得られる可能性があります。

板金 TIG 溶接の主な利点には、高レベルの精度と、きれいで美しい接合部が含まれます。

考えられる TIG シートメタルには、アルミニウム、チタン、特殊金属に加えて、鋼などの溶接が容易な金属が含まれます。また、TIG は、薄い金属シートの溶接や目に見える継ぎ目の溶接において MIG よりも優れています。

スポット溶接

長所 :自動化され、大規模なシート結合に効率的

次の用途に最適 :自動車パネル、量産、薄板金属

スポット溶接板金は、2 枚の板金間に非常に小さな溶接を作成するプロセスです。電気抵抗溶接の一種です。

スポット溶接プロセスでは、2 つの成形された銅合金電極が溶接電流を集中させて、1 mm 間隔で配置された最大 3 mm の厚さの 2 つの重なり合う板金の間に「スポット」を作成します。電極は同時にシートを押し付けて溶接を形成します。

スポット溶接の利点には、高速、限られたエネルギー使用、および板金ワークピースの変形が少ないことが含まれます。プロセス全体を自動化し、ロボットによって実行することもできます。ただし、溶接強度が低く、設備コストが高くなる可能性があり、このプロセスは厚い板金には適していません

板金スポット溶接の主な用途の 1 つは自動車部品の大量生産であり、多くの自動車には数千もの個別のスポット溶接が施されています。一般に、スポット溶接は、薄い金属板、特に低炭素鋼、軟鋼、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼などの材料に適しています。

ステッチ＆タック溶接

長所 :薄い金属の反りが少なく、速く、簡単

次の用途に最適 :非重要または一時的なジョイント、MIG/TIG との組み合わせ

ステッチ溶接とタック溶接は、板金の 2 つの異なる溶接プロセスですが、関連しています。スキップ溶接または断続溶接としても知られるステッチ溶接では、フィラー ロッドを使用して 2 枚の金属板の間に一定の間隔で小さな接合部を作成します。完全に溶接された継ぎ目が必要ない場合に使用されます。

仮付け溶接は、板金のもう 1 つの高速かつ効率的な溶接プロセスです。仮付け溶接は 2 つの金属片を取り付けるために適用され、かなり弱い結合を形成しますが、通常は後の段階でより強力な接続を行うことができるように、金属片の位置を揃えたままにします。これはスポット溶接に似ていますが、強力で永久的な接合を形成するわけではありません。

ステッチ溶接と仮付け溶接には、速度、低コスト、難易度の低さなどの利点があります。ただし、溶接部は強くなく、防水性もありません。

どちらのプロセスもワーク材料の点でかなり多用途であり、どちらも重要ではない接合部を高速で作成するのに適しています。仮付け溶接は、通常、MIG/TIG などのより高強度の溶接プロセスと組み合わせられ、その後の段階で実行できます。

プラズマ アーク 溶接

長所 :高精度

次の用途に最適 :航空宇宙、エレクトロニクス、精密加工

プラズマ アーク溶接 (PAW) は、GTAW/TIG と密接に関連するアーク溶接の一種です。電気アークは、トーチ本体内に配置されたタングステン電極と板金ワークピースとの間で発生します。トーチ内に電極を配置すると、プラズマ アークがシールド ガスのエンベロープから分離されます。

板金プラズマ アーク溶接プロセス中に、さまざまなゲージに合わせて電流を調整できます。高温のプラズマが 2 枚のシートを溶かし、強力で正確な接合部を形成します。

プラズマ アーク溶接の利点には、高レベルの精度、高速、低電力需要が含まれます。完成した溶接部の美的品質も高い。ただし、これはより高価な溶接プロセスの 1 つです。

プラズマ アーク溶接は、非常に薄いシートが必要なシート メタル接合用途に最適です。歪みのリスクが低く、非常に細かい制御が可能です。熱に弱い材質の溶接にも効果を発揮します。これは、精密製造、特に航空宇宙、エレクトロニクス、ヘルスケアなどの分野、または反応性金属の溶接に使用される主要な溶接プロセスの 1 つです。

その他の溶接技術

板金用途には、さまざまな溶接プロセスを使用できます。その他の板金溶接技術には次のものがあります。

• ヒューズ溶接 :ヒューズまたは溶融溶接は 2 つのワークピースを溶かし、鋼またはステンレス鋼に水密ではあるが粗い外観の溶接を作成します。
• シーム溶接 :シーム溶接またはすみ肉溶接は、2 枚のシート間の継ぎ目に沿って長く連続した溶接を作成するアーク溶接技術です。板金の接合では、接合部は強力で防水性がありますが、ワークピースが変形する危険性があり、大幅な清掃が必要になります。
• 電子ビーム溶接 :電子ビーム溶接は、電子ビーム熱源を使用して、難しい材料であっても板金片を高精度で融合する高コストのプロセスです。
• レーザー溶接 :レーザー溶接は電子ビーム溶接と同様に機能し、同等の結果が得られます。汎用性が若干高くなりますが、浸透力は低くなります。

板金溶接の比較表

以下の表は、いくつかの主要な板金溶接プロセスを作業コスト、溶接強度、溶接速度、美的品質の観点から比較したものです。適切な溶接技術を選択する方法の詳細については、次のセクションを参照するか、3ERP の専門家に相談してください。

ミグ ティグ ヒューズ スポット タック ステッチ 縫い目 プラズマ コスト 低高低低低低中中強さ 高非常に高中高低中高高速度 高低中非常に高非常に高高高終了 中高高低低中高中

適切な溶接方法を選択する方法

適切な板金溶接方法の選択は、板金の種類、ゲージ (厚さ)、作業の規模 (つまり、溶接する必要がある部品の数)、必要な溶接の種類などの要素によって異なります。

マテリアルのタイプとゲージ

一部の板金溶接技術は、特定の金属や合金に適しています。たとえば、軟鋼はほとんどの溶接機で溶接できますが、アルミニウムのような材料は、AC 電流の使用と高レベルの精度により、TIG などのプロセスに最もよく反応します。

• 軟鋼 :ほとんどの溶接プロセス
• ステンレススチール :TIG、MIG、スポット溶接
• アルミニウム :TIG、レーザービーム溶接、電子ビーム溶接
• 銅、真鍮、青銅 :ミグ、ティグ
• チタン :TIG、スポット溶接、シーム溶接

一部の溶接プロセスは、特定の金属には使用しないでください。たとえば、アルミニウムやチタンなどの反応性の高い金属は、通常、スティック溶接や MIG 溶接にさえ適していません。また、ほとんどの溶接プロセスでは、融点が大きく異なる 2 つの別個の金属、たとえばアルミニウムと鋼を適切に溶接できません。

板金ゲージも重要です。薄いシートの場合、TIG などの精密プロセスが最適に機能し、変形のリスクが最小限に抑えられます。ただし、MIG やステッチ溶接などの他のプロセスも使用できます。

厚いシートは、MIG 溶接やプラズマ アーク溶接などのプロセスだけでなく、フラックス コア アーク溶接やスティック溶接などの他の技術にも適しています。

生産規模

生産規模は板金溶接プロセスの選択に影響します。一部のプロセスは 1 回限りの部品や少量のバッチに最適ですが、他のプロセスは大量生産に適しています。

全体として、MIG や TIG などの手動溶接方法は小規模な作業に適しています。手動機器や手作業へのアクセスは比較的低く、少量であっても部品あたりのコストは妥当です。

連続生産または大量生産 (1,000 個以上の部品) の場合は、他のオプションを検討する必要があります。そのようなオプションの 1 つはスポット溶接です。これには多少の手作業が必要ですが、信じられないほど高速であり、大量の場合でも高いスループットが可能であるため、自動車業界で人気があります。このプロセスを自動化して速度をさらに高めることができます。

工場規模で自動化できるその他のプロセスには、ロボット MIG、レーザー溶接、電子ビーム溶接などがあります。

推奨ジョイント設計

米国溶接協会 (AWS) によって指定されているように、溶接継手の 5 つの主なタイプは、バット、ラップ、コーナー、T (ティー)、およびエッジ継手です。これらの特定の接合タイプを実現するには、さまざまな溶接プロセスが適している場合があります。

いくつかのプロセス例を以下に示しますが、熟練した溶接工であれば、ほとんどのプロセスでほとんどの接合設計を実行できます。

• 突合せジョイント :2 つの金属片が同じ平面内で端から端まで接合される場合、正確な熱制御により TIG が優れていますが、外観よりも速度が重要な場合には MIG 溶接とヒューズ溶接が適しています。
• ラップジョイント :2 枚のシートが重なる場合は、MIG やスポット溶接など、より高速で精度の低い技術を使用できます。
• コーナージョイント :2 枚のシートが角で接する場合も TIG が優れていますが、MIG などの他のプロセスも使用できます。プラズマ アーク溶接も選択肢の 1 つです。
• T ジョイント :1 つのシートが別のシートから 90 度の位置に配置されて T 字型を形成する場合、MIG とステッチ溶接の両方が実行可能なオプションです。
• エッジジョイント :シートがフランジ エッジで接合される場所は、TIG やシーム溶接などのプロセスに適しています。

板金溶接のヒントとコツ

板金の溶接方法を知るには、選択した溶接技術に関する十分な知識と、板金に関する (他のワークピースの形状と比較した) 特別な考慮事項が必要です。個々の溶接プロセスについては長い本が書ける可能性がありますが、板金溶接に関するいくつかの重要なヒントとコツを以下にリストします。

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熱をコントロール :溶接を成功させるための中心的な側面である熱制御は、さまざまな方法で実現できます。ステッチ溶接などの一部のプロセスでは、熱を放散するために素早い断続的な中断が可能です。熱制御のための他の戦略には、迅速かつ一定の移動速度を維持する、銅製ヒートシンクを使用する、下向きの角度で溶接するなどがあります。

欠陥の防止 :板金部品の溶接欠陥を最小限に抑えるには、ワークピースを徹底的に洗浄し、完全に乾燥した充填材 (理想的には低量の水素を含む) を使用し、選択した方法と材料に適合するシールド ガスを選択し、部品とその接合部を適切に設計することが役立ちます。さらに、完璧な溶接を作成するために溶接シミュレーション ソフトウェアを使用することも必要です。

反りの軽減 :溶接工は、金属シートの反りを最小限に抑えるために自由に使えるいくつかの戦略を持っています。たとえば、バックステップ溶接またはバックステッピングは、ジョイントの短いセグメントを溶接し、その後後方に移動して次のセグメントを開始し、前の溶接に重ねて結び付ける技術です。

3ERP によるエキスパート溶接サービス

溶接は習得が難しいスキルであり、熟練した溶接工が低品質の板金部品と高品質の板金部品の違いを生みます。そのため、多くのエンジニアや製品設計者は、板金製造やその他の種類の少量生産の専門家である 3ERP が提供する専門的な溶接サービスを利用しています。

長年にわたって蓄積された板金製造の経験により、当社は航空宇宙から消費財に至るまで、さまざまな業界の部品を製造してきました。また、鋼鉄、アルミニウム合金、銅合金など、ほとんどの板金も扱うことができます。

板金溶接サービスに加えて、研磨、研磨ブラスト、メッキ、塗装などの金属仕上げ手順に加えて、多くの変形や切断プロセスを含む板金製造の他の側面も扱うことができます。

次の板金溶接プロジェクトについては、3ERP に見積もりをリクエストしてください。

よくある質問 (FAQ)

板金溶接とは何ですか?

溶接は、熱と溶加材を使用して 2 つの金属をしっかりと固定し、それらを 1 つの構造に融合する強力な板金接合の一種です。

薄い金属にはどのタイプの溶接が一般的に使用されますか?

TIG は高レベルの精度により、非常に薄いゲージのシートメタルを融着するのに最適です。プラズマ アーク溶接は、薄い金属のもう 1 つのオプションです。

5 種類の溶接とは何ですか?

米国溶接協会 (AWS) によると、溶接継手の主なタイプは、バット、ラップ、コーナー、T (ティー)、およびエッジの 5 種類です。ジョイント タイプは、その作成に使用される溶接プロセスとは異なります。

板金溶接時の反りや歪みを防ぐにはどうすればよいですか?

板金の反りはいくつかの方法で防ぐことができます。重要な手順には、熱制御 (短い溶接やバックステップなど)、治具とクランプの使用、収縮の事前予測が含まれます。

鋼と鋼を溶接するにはどうすればよいですか?

鋼板と鋼板を溶接するには、MIG 溶接や TIG 溶接など、いくつかの溶接技術を使用できます。

フラックスコア溶接機でアルミニウムを溶接できますか?

フラックスコア溶接機でアルミニウムを溶接するのは、スパッタが大量に発生するため、非常に困難です。 MIG と TIG は、これを防ぐためにガス シールドを提供します。

最適な板金固定方法は何ですか?

それは必要なジョイントの種類によって異なります。ボルトやリベットなどの留め具はかなり安全で、取り外すことができるため、部品の修理、分解、リサイクルに役立ちます。ただし、溶接により、強力で水密な恒久的な接合を作成できるため、多くの場合好まれます。その他の技術としては、接着剤、クリンチング、ヘミングなどがありますが、これらすべてに長所と短所があります。

板金溶接作業における安全上の注意事項は何ですか?

溶接の安全予防措置には、PPE（ヘルメット、手袋、難燃性衣類）、ヒュームを制御するための適切な換気、防火手順、機器のチェック、その他の危険防止手順が含まれます。

スポット溶接とシーム溶接の違いは何ですか?

スポット溶接は、電極と圧力を使用して、重なったシート間に一連の個別の溶接ナゲットを作成するために使用されます。シーム溶接では、連続したホイール電極を接合部全体に転がして、防水性のある長く密閉された溶接を形成します。

板金を最もきれいに仕上げる溶接プロセスはどれですか?

TIG 溶接は、熟練した溶接工の手にかかれば、スパッタを最小限に抑えながら正確に制御できるため、通常、最もきれいで見た目の美しい仕上がりが得られます。ヒューズ溶接とレーザー溶接も、接合部の取り付けが完璧であれば、非常にきれいな結果を生み出すことができます。

ステンレス鋼板は歪みなく溶接できますか?

実際にはそうではありませんが、歪みは最小限に抑えることができます。ステンレス鋼は熱伝導が低いため、パルス TIG、千鳥ステッチ溶接、ヒートシンク、クランプなどの技術が膨張と収縮の制御に役立ちます。