アーク溶接101

アーク溶接とは?

アーク溶接は、電源を使用してトーチに取り付けられた電極と金属の間に電気アークを発生させることにより、部品を永久的に融合させます。このアークは、イオン化されたガス柱を介して 2 つの電極間を流れる電流であり、金属を溶かすのに十分な熱を発生させることができます。

熱は、負に帯電した陰極と正に帯電した陽極を介して生成されます。負イオンと正イオンは、プラズマ柱内で加速された速度で互いに跳ね返されます。電極は通常、電流を伝導するだけでなく、溶加材を溶かして接合部に供給する、特別に準備されたロッドまたはワイヤです。

アークは、実際のワークと、ジョイントに沿って誘導される電極 (棒またはワイヤ) との間に形成されます。電極と母材を溶かすのに必要な熱を供給し、場合によっては電極の先端からワークに溶融金属を運ぶ手段も提供します。

2 つの部品間の接合部に適用されるこの強烈な熱 (先端で約 6500ºF) は、溶融し、中間の溶融溶加材と混合します。この熱は母材金属と電極の両方を溶かし、溶滴を生成します。この溶滴は分離され、電極が消耗しているときにアークカラムを通ってワークに運ばれます。

カーボン溶接または TIG 溶接では、ギャップを越えてワークに押し込まれる溶融液滴がないため、溶加材は別のロッドまたはワイヤから接合部に溶融されます。

とにかく、この溶融金属のプールは「クレーター」と呼ばれることがあります。クレーターは、ジョイントに沿って移動すると、電極の後ろで固化します (以下の「スラグ」を参照)。その結果、部品の金属と同様の強度を持つ溶接部を生成する冶金学的融着が得られます。これは、母材の機械的および物理的特性を接合部で再現できない接合の非融合プロセスとは異なります。

この金属移動は、次の 2 つの方法のいずれかで発生します。溶融金属の滴が溶融金属プールに接触し、表面張力によってそこに引き込まれる表面張力移動、または液滴が電極先端で溶融金属から放出されるスプレーアークそれを溶融プールに推進する電気ピンチ (オーバーヘッド溶接に最適)。

アーク溶接の電源:

以下は、電源を含む基本的なアーク溶接回路の図です。ギャップを横切って電気を伝導するためのイオン化された経路が必要であり、アークを開始するには何らかの点火が必要です。これは通常、放電を引き起こすのに十分な高さの初期電圧を供給するか、電極をワークに接触させ、接触領域が加熱されたときに電極を引き抜くことによって引き起こされます。

溶接時には、電極に正または負の直流 (DC) または交流 (AC) を使用できます。電流と極性の選択は、プロセス、電極の種類、アーク雰囲気、および溶接される金属によって異なります。必要な電源には、ワークケーブルでワークピースに接続された必要なコントロールが装備されています。

アークシールド

高温の金属は空気中の化学元素に対して高い反応性を示すため、アーク溶接ではアークシールドが必要なプロセスです。したがって、このプロセスには、アークと溶融プールをガスの保護シールドで覆う手段があります。汚染を防ぐために、トーチが部品を接合している間、シールドガスが使用されます。これにより、溶接の強度も確認され、パーツの溶接後のクリーンアップが最小限に抑えられます。

ロボットアーク溶接:

1980 年代以降、溶接の自動化はより堅牢で成熟したプロセスになりました。それは急速に進歩し、経済的、効率的、信頼性が高く、危険な作業から労働者をさらに保護できると同時に、退屈な生産要求を迅速に満たすのに非常に効果的になりました.

6 軸ロボットシステムは、セル内で人間の腕の動きを模倣するだけでなく、トーチを必要な場所に正確に配置して、最も効率的で再現可能な位置で作業することができます。

大小を問わず、ほぼすべての業界で、実質的にあらゆる用途の製造および修理プロセスの主要な手段として溶接が使用されています。ロボット溶接には、アーク溶接、MIG 溶接、TIG 溶接、レーザー溶接、スポット溶接などのプロセスが含まれます。

これらの利点により、溶接ロボット市場は他のどの産業用ロボットよりも速い成長率を実現しています。これは、自動溶接および付属品部門だけでも 2017 年に 19 億ドルの価値があるという見積もりから明らかです。

ロボット溶接の利点:

速度: ロボット溶接システムは、作業を迅速に行うマスターです。ロボットには必要な昼休みも必要な休暇もありません。 24 時間 365 日、中断することなく継続的に機能します。手動の溶接サイクルに比べてハンドリングが少ないため、ロボットははるかに高いレベルのアークオン時間を達成し、通常は出力を 2 倍から 4 倍に増加させます。その後、スループットと生産性が劇的に向上し、会社全体の効率が向上します。
精度: ロボットシステムには、手動溶接システムよりもエラーを少なくできるようにする規制があり、無駄な材料と時間を削減するのに役立ちます。細いロボットアームなど、届きにくい場所や狭い場所に届きやすいデザインもあります。
一貫性: 規制とその結果の精度により、非常に一貫性のある溶接物が生成されます。これにより、毎回製品の品質に対する信頼が高まります。
安全: 溶接は、フラッシュ、煙、火花、および熱を扱うため、非常に危険なアプリケーションになる可能性があります。自動化すると、ロボットがこれらの危険に耐えることができるため、労働者を保護できます。従業員が危害を加えられた場合に補償を請求することも減らすことができます。企業は、従業員が危険な労働環境の影響を受けた場合に補償を請求するリスクを軽減できます。
コスト削減: 手作業による溶接は、時間、スキル、集中力が必要なため、高額になる可能性があります。ロボット溶接は時間がかからず、直接労働のコストを削減し、エネルギーを節約し (スタートアップの数を減らす)、材料を節約することができます。保険や事故関連のコストも削減されます。ロボット溶接がもたらすコスト削減は、企業が東ヨーロッパや中国の低コスト製造国との競争力を高めるのに役立ちます。
品質: ロボットは優れたパス追従精度を備えており、非常に高い再現精度 (± 0.04 mm) で正しい溶接角度、速度、および距離で溶接ガンを提示できます。これにより、すべてのジョイントに最適な溶接条件を使用できるようになり、24 時間年中無休で一貫した高品質の出力が得られ、再加工、スクラップ、ワイヤの消費、または溶接飛散の除去にかかるコストが削減されます。
労働: 手作業による溶接は常にある程度必要となりますが、それ自体が一連の課題をもたらします。トレーニング、採用、高い離職率への対応はすべて、高コストになる可能性があります。ロボットによる自動化により、会社の溶接作業の安定性と信頼性が大幅に向上します。
柔軟性: このロボットは、MIG、TIG、SMAW、FCAW、SAW、PAW など、さまざまな製品の溶接に使用できます。これにより、企業は非常に迅速なターンアラウンドでさまざまな製品を生産することもできます。
床面積: 手動溶接ベイからの同じ出力と比較して、ロボットに必要な床面積は少なくなります。