GMAW溶接プロセスとGTAW溶接プロセスの違い

溶接は、熱、圧力、およびフィラー材料の適用の有無にかかわらず、2つ以上の材料を恒久的に結合できる一般的な接合技術の1つです。融接は、親コンポーネントの接合面が合体を形成するために加熱によって融接される溶接プロセスのグループです。アーク溶接は、十分な電位差の存在下で2つの電極間に構成された電気アークによって熱が加えられる最も一般的な融接プロセスです。さまざまな材料をさまざまな方法で接合するためのさまざまなアーク溶接プロセスが存在します。ガスメタルアーク溶接（GMAW）とガスタングステンアーク溶接（GTAW）は、特定の独自の利点を提供する2つのそのようなアーク溶接プロセスです。

ガスメタルアーク溶接（GMAW） は、消耗電極と導電性親金属の間に構成された電気アークによって接合面と溶加材を溶融することによって合体が形成される経済的な接合プロセスの1つです。電極は消耗品であるため、機械式ワイヤーフィーダーにより一定速度で連続的に供給されます。したがって、消耗電極はプロセスの不可欠な部分の1つであるため、自己モードで実行することはできません。溶接床を汚染から保護するために、適切なシールドガス（不活性または活性）を使用できます。ただし、溶加材はより速い速度で溶接ビードに堆積できるため、このプロセスは生産的かつ経済的です。最適なパラメータセットを使用して適切に実行すると、健全で信頼性の高いジョイントを生成できます。

ガスタングステンアーク溶接（GTAW） 、一般にタングステン不活性ガス（TIG）溶接として知られている、は、接合が接合面の融合による合体形成によって実現される1つの洗練された融接プロセスです。ここで、電気アークは、導電性ベース材料と非消耗性タングステン電極の間に構成されています。電極は消耗品ではありませんので、ルートギャップが十分にある場合は、別途フィラー材を塗布する必要があります。また、フィラーが塗布されていない自生溶接モードにも適しています。溶接中の溶銑プールを大気中の酸素から保護するために、シールドガス、好ましくはアルゴンなどの不活性ガスも適用されます。プロセスは比較的遅いですが、多様な金属を接合し、強力で信頼性の高い接合を生成する能力により、多くのアプリケーションで1つの好ましいプロセスになります。見事な溶接ビードの外観と欠陥のない接合も2つの重要な利点です。 GMAWは多くの点でGTAWとは異なり、その違いを以下に表形式で示します。

表：GMAW溶接プロセスとGTAW溶接プロセスの違い

消耗電極と非消耗電極： アーク溶接では、電極と導電性被削材の間に電気アークが発生します。このアークの高い熱密度は、親コンポーネントの接合面と、適用された場合は溶加材を溶かします。電極が溶着し、その結果、溶接中に溶接ビードに付着する場合、それは消耗電極と呼ばれます。言い換えれば、電極がフィラーを提供するために消費されるとき、それは消耗電極と呼ばれます。ガスメタルアーク溶接（GMAW）では、電極はアーク加熱によって溶けて溶接ビードに付着するため、消耗品タイプです。これとは対照的に、ガスタングステンアーク溶接プロセス（GTAW）プロセスでは、電極は激しいアーク加熱下で無傷のままです。溶けて必要な溶加材が付着しないため、非消耗タイプです。その結果、GTAW電極の寿命はGMAW電極の寿命よりも長くなります。

電極材料の構成： GMAWでは、電極（またはフィラー）の冶金学的組成は、接合される親コンポーネントの組成とほぼ同じです。 GTAWは、母材の組成に関係なく、常に尖ったタングステン電極を使用します。ただし、電子放射率、電極侵食などのさまざまな溶接特性を改善するために、いくつかの合金元素（たとえば、トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、ジルコニアなど）にもタングステンが追加されています。

自生モードで実行する可能性： 自生溶接モードは、溶加材を適用せずに実行されます。ここでは、ルートギャップは最小に維持され、通常はゼロになります。溶接中は、電気アークによる加熱によって接合面のみが溶着し、冷却されます。 2つの表面の溶融材料が混合され、冷却すると溶接ビードが作成されます。 GMAWプロセスは、消耗電極を利用するため、本質的に溶接ビードに溶加材を堆積させます。したがって、自生モードでは実行できません。 TIG溶接は非消耗電極を使用するため、自生モードで有利に実行できます。実際、これは自生モードで接合するための1つの好ましい溶接プロセスです。

外部からの溶加材の塗布： 電極自体が溶加材として機能するため、GMAWプロセスで外部ソースから溶加材を塗布する必要はありません。ただし、TIG溶接では、必要に応じてフィラーを個別に適用できます。自己モード結合にはTIGが推奨されますが、同種モードまたは異種モードで実行することもできます。小径ロッドの形のフィラーは、一定の所定の速度で電気アークの下の溶接ゾーンに供給することができます。このフィラーロッドはアーク加熱により溶け落ち、必要なフィラーを堆積させます。このフィラーロッドの組成は、被削材の組成と類似していても、異なっていてもかまいません。ただし、親金属と互換性がある必要があります。互換性がないと、接合部に欠陥が生じます。

不活性でアクティブなシールドガス： シールドガスは、溶接ゾーン全体を囲む保護層を作成することにより、高温の溶接ビードを大気中の酸素から保護するために使用されます。また、直接的または間接的に、スパッタレベルの低減、アークの安定化、および溶接ビードの特性の向上に役立ちます。このシールドガスは、不活性ガスでも活性ガスでもかまいません。アクティブなシールドガスは、特定の状況でより優れた能力を発揮する可能性があります。このようなガスは、溶接ビードに化学元素を誘導して、接合部のさまざまな機械的特性を改善することもできます。 GMAWプロセスでは、両方のタイプのシールドガスを利用できます。したがって、金属不活性ガス（MIG）と金属活性ガス（MAG）の2つのグループに分類できます。 MIGは、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスのみを使用します。MAGは、通常、さまざまな比率で不活性ガスと混合される、二酸化炭素、酸素などの活性ガスを使用します。一方、GTAWまたはTIG溶接プロセスでは、不活性ガスのみ、主にアルゴンを使用します。

GMAWはTIGと比較してプロセスが高速です： GMAWプロセスでは、小径のワイヤーの形でプールに巻かれた電極は、適切な機械化された配置によって継続的に供給されます。そのため、フィラーをより速い速度で溶着することができ、その結果、この溶接プロセスはTIG溶接と比較して生産性が高くなります。

スパッタレベルと外観： スパッタは、アークの散乱によって生成され、溶接ゾーンから出てくる溶融ファイラー金属の小さな液滴です。このスパッタは、溶加材の損失を引き起こし、したがって不均一な溶加材の堆積速度を引き起こし、負の補強や寸法の不正確さを含むさまざまな溶接欠陥につながることがあります。また、外観を損ない、溶接後に除去するために研磨する必要があります。多くのアーク溶接プロセスは、GMAWを含むスパッタを生成します。最適なプロセスパラメータのセットが使用され、適切な溶接技術が採用されている場合でも、スパッタのない方法で実行することはできません。 TIG溶接では、通常、被削材の表面が汚れていない限り、スパッタは発生しません。 TIG溶接で製造された溶接ビードは滑らかで表面的に魅力的です。

溶接工の習熟度： ほとんどのモーションが自動化されているため、GMAWの実行は非常に簡単です。トーチの動きも適切な配置で自動化できます。アークの確立も簡単です。これと比較すると、TIG溶接は高度なプロセスの1つであるため、アークブローや不要なアーク終端を発生させずにスムーズに溶接を実行するには、経験豊富な溶接工が必要です。アークを確立することは、タングステン電極が作業面に付着してタングステン介在物の欠陥につながる可能性があるため、非常に重要です。

この記事では、ガスメタルアーク溶接（GMAW）とガスタングステンアーク溶接（GTAW）の科学的比較を示します。著者はまた、トピックをよりよく理解するために、以下の参考資料を読むことをお勧めします。

• TWI-Global.comによるタングステン不活性ガス（TIGまたはGTA）溶接。
• W. H. Minnickによるガスメタルアーク溶接ハンドブック（2007年、Goodheart Willcox）。
• I。H.Griffin、E。M. Roden、C。W. Briggsによる基本的なTIG＆MIG溶接（GTAW＆GMAW）（3 ^rd エディション、Delmar Cengage Learning）。