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溶接完全ガイド:定義、種類、仕組み、用途、FAQ

溶接とは

溶接は、熱、圧力、またはその両方を使用して2つ以上の部品を融合させ、部品が冷却される際に接合部を形成する製造プロセスです。溶接は通常、金属と熱可塑性プラスチックに使用されますが、木材にも使用できます。完成した溶接継手は「ウェルドメント」と呼ばれます。

一部の材料には特定のプロセスと技術の使用が必要です。一部は「非溶接性」と見なされます。これは辞書には通常載っていない用語ですが、エンジニアリングでは有用で説明的です。

接合される部品は「ベース材料」と呼ばれます。接合部を形成するために追加される材料は「充填材」または「消耗材」と呼ばれます。これらの材料の形状から、ベースプレートやチューブ、フラックスコアワイヤー、消耗電極(アーク溶接用)などと呼ばれることがあります。

消耗材は通常、ベース材料と組成が類似するように選択され、均質な溶接を形成しますが、鋳鉄の溶接のように、組成が大きく異なり、したがって特性も異なる充填材が使用される場合もあります。これらの溶接は異質溶接と呼ばれます。

完成した溶接継手はウェルドメントと呼ばれることがあります。

溶接の定義

溶接は、2つ以上の部品が熱、圧力、またはその両方によって融合され、部品が冷却される際に接合が形成される製造プロセスです。溶接は通常、金属と熱可塑性プラスチックに使用されますが、木材にも使用できます。完成した溶接継手はウェルドメントと呼ばれることがあります。

溶接の仕組み

溶接は、別個のバインダー材料を使用せずに2つの材料を接合することで機能します。ロウ付けとはんだ付けは、より低い融点を持つバインダーを使用しますが、溶接は2つのワークピースを直接接合します。

今日行われているほとんどの溶接は、アーク溶接とトーチ溶接の2つのカテゴリーのいずれかに分類されます。

アーク溶接

アーク溶接は、電気アークを使用してワーク材料と充填材(溶接棒とも呼ばれる)を溶かして溶接継手を作ります。アーク溶接では、接地線を溶接材料または他の金属表面に取り付けます。電極リードと呼ばれる別のワイヤーを溶接される材料に配置します。このリードが材料から離れると、電気アークが発生します。これは、車のバッテリーからジャンパーケーブルを外すときに見える火花に少し似ています。アークはワークピースと継手を接合するのに役立つ充填材を溶かします。

充填材を溶接継手に供給するには、安定した手と細部への目が必要です。ロッドが溶けるにつれて、溶接工は小さく安定した前後運動で継手に充填材を継続的に供給しなければなりません。これらの動作が溶接の特徴的な外観を与えます。速すぎたり遅すぎたり、アークを材料に近づけすぎたり遠ざけすぎたりすると、不良な溶接になります。

シールドメタルアーク溶接(SMAWまたは棒溶接)、ガスメタルアーク溶接(一般にMIG溶接と呼ばれる)、ガスタングステンアーク溶接(一般にTIG溶接と呼ばれる)はすべてアーク溶接を例示しています。

これら3つの一般的な方法はそれぞれ独自の利点と欠点を提供します。例えば棒溶接は安価で習得しやすいですが、他の方法よりも遅く汎用性が低いです。対照的に、TIG溶接は習得が難しく精巧な溶接装置が必要ですが、高品質な溶接を生成し、他の方法では溶接できない材料も溶接できます。

トーチ溶接

トーチ溶接はもう1つの人気のある溶接方法です。このプロセスは通常、酸素アセチレントーチを使用して作業材料と溶接棒を溶かします。溶接工はトーチとロッドを同時に制御し、溶接を大幅に制御できます。トーチ溶接は産業的にはあまり一般的ではなくなりましたが、メンテナンスと修理作業、彫刻などで頻繁に使用されています。

溶接の種類

溶接には4つの主要なタイプがあります。MIG(ガスメタルアーク溶接/GMAW)、TIG(ガスタングステンアーク溶接/GTAW)、棒溶接(シールドメタルアーク溶接/SMAW)、フラックスコアード(フラックスコアードアーク溶接/FCAW)。それぞれを詳しく見ていきます。

1. MIG溶接(GMAW)

MIG溶接は初心者が学ぶ必要がある最も一般的な溶接タイプの1つです。自動車産業で車両排気の修理や住宅・建物の建設に使用されます。連続ワイヤー(電極と呼ばれる)を使用するアーク溶接の一種です。溶接ガンを通して流れるシールドガスも使用し、汚染から保護します。

MIG溶接は実際には2種類あります。1つ目はベアワイヤー、2つ目はフラックスコアを使用します。ベアワイヤーMIG溶接は薄い金属ピースの接合に使用できます。フラックスコアMIG溶接は流量計やガス供給を必要としないため屋外で使用できます。MIG溶接は通常、高価な装置にお金をかけられないDIYやアマチュア溶接工の選択肢です。

2. TIG溶接(GTAW)

MIGと同様にTIG溶接もアークを使用しますが、習得がより難しい溶接技術の1つです。TIG溶接はタングステン電極を使用します。タングステンは最も硬い金属材料の1つで、溶解したり燃焼したりしません。

TIG溶接は融解と呼ばれるプロセスで行うことができ、充填材を使用する場合としない場合があります。TIGはアルゴンやヘリウムなどの外部ガス供給も使用します。

TIG溶接には両手が必要です。片手でロッドをガイドし、もう片方でTIGトーチを保持します。このトーチは、アルミニウム、鋼、ニッケル合金、銅合金、コバルト、チタンを含む最も一般的な金属を溶接するために使用される熱とアークを生成します。

TIG溶接機は、鋼、ステンレス鋼、クロモリ、アルミニウム、ニッケル合金、マグネシウム、銅、真鍮、青銅、さらには金を溶接できます。TIGはバイクフレーム、芝刈り機、ドアハンドル、フェンダーなどに有用な溶接プロセスです。航空宇宙と自動車産業、その他の産業市場でTIG溶接が使用されています。農場のワゴンフレーム、フェンダー、その他の重要な装備を溶接する農家にとっても非常に有用です。

3. 棒溶接(SMAW)

溶接を持ち運びたい? 棒溶接の大きなメリットは携帯性です。建設、メンテナンスと修理、水中パイプライン、産業製造で使用されます。このタイプの溶接には、シールドメタルアーク溶接、いわゆる棒溶接を使用します。

棒溶接はアーク溶接としても知られ、古いやり方で行います。MIG溶接より少し習得が難しいですが、自宅で試したい場合は非常に安価で棒溶接装置を購入できます。棒溶接は棒電極溶接棒を使用します。被覆された消耗電極または棒を使用します。棒が溶けると、その保護被覆も溶け、溶接エリアを空気中の酸素や他のガスから保護します。

4. フラックスコアードアーク溶接(FCAW)

このタイプの溶接はMIG溶接と似ています。実際、MIG溶接機はしばしばFCAW溶接機としても兼用できます。MIG溶接と同様に、電極と充填材として機能するワイヤーがロッドを通過します。ここから違いが始まります。FCAWでは、ワイヤーにフラックスコアがあり、溶接周囲にガスシールドを形成します。これにより外部ガス供給の必要性がなくなります。

FCAWはより厚く重い金属に適しています。高温タイプの溶接だからです。そのため、重機の修理によく使用されます。廃棄物をあまり生成しない効率的なプロセスです。外部ガスが不要なためコスト効率も良いです。ただし、スラグが残るため、綺麗な仕上げ溶接にするには少し清掃が必要です。

5. プラズマアーク溶接

プラズマアーク溶接は精密技術で、金属厚が0.015インチの航空宇宙用途で一般的に使用されます。エンジンブレードやエアシールなどが例です。プラズマアーク溶接は技術的にTIG溶接と非常に似ていますが、電極が後退しており、アーク内の電離ガスが熱を生成するために使用されます。通常のガス組み合わせはプラズマガスとしてアルゴン、シールドガスとしてアルゴン+2〜5%水素です。ヘリウムをプラズマガスとして使用できますが、より高温のためノズルのアンペア数が減少します。

6. レーザービーム溶接

このタイプの溶接は金属や熱可塑性プラスチックに使用できます。名前が示す通り、レーザーを熱源として溶接を作成します。炭素鋼、ステンレス鋼、HSLA鋼、チタン、アルミニウムに使用できます。ロボティクスで容易に自動化できるため、自動車産業など製造業で広く使用されています。

7. 電子ビーム溶接

高速電子ビームが運動エネルギーを使用して熱を発生させ、2つの材料を溶接する溶接タイプです。これは機械的に実行される非常に要求の厳しい溶接形式で、主に真空中で行われます。

8. ガス溶接

ガス溶接はほとんど使用されず、TIG溶接に大きく取って代わられました。ガス溶接機には酸素とアセチレンが必要で、非常に携帯性があります。車の排気部品を溶接し直すためにまだ時々使用されます。

9. 原子水素溶接

原子水素溶接は、かつて原子アーク溶接として知られた極めて高温の溶接形式です。このタイプの溶接では、2つのタングステン電極が水素ガスでシールドされます。アセチレントーチを超える温度に達し、充填材あり・なしの両方で実行可能です。近年はMIG溶接に取って代わられた古い形式の溶接です。

10. エレクトロスラグ溶接

これは、2枚の金属プレートの薄いエッジを垂直方向に接合するために使用される高度な溶接プロセスです。継手の外側ではなく、2枚のパネルのエッジの間で溶接が行われます。銅電極ワイヤーが消耗金属ガイドチューブを通過し、充填材として機能します。電流を流すとアークが発生し、溶接が継手の底部から始まり、徐々に上に移動しながら継手ではなく溶接を形成します。これは自動化されたプロセスで機械によって行われます。

溶接の種類(継手形状別)

1. フィレット溶接

フィレット溶接は、2つの金属ピースが垂直または角度を持って接合されるプロセスを指します。これらの溶接は一般的にティー継手(互いに垂直な2つの金属ピース)またはラップ継手(重なり合ってエッジで溶接される2つの金属ピース)と呼ばれます。

溶接は三角形の形状をしており、溶接工の技術によって凹面、平面、凸面の表面を持つことがあります。ボルトが十分な強度ではなく容易に摩耗する場合、フランジをパイプに接続する時、インフラの断面を溶接する時にフィレット溶接を使用します。

フィレット溶接は2つの面を垂直に接合し、それらの間に概ね直角を形成します。この溶接スタイルは以下のサブタイプにさらに分類できます:

フィレット溶接の汎用性と低コストにより、溶接業界で最も広く使用される継手の1つとなっています。典型的な用途には:

2. グルーブ溶接

グルーブ溶接は、2つの継手部材間の開口部で、金属を収容するスペースを提供するものと定義されます。フィレット溶接に次いで最も使用される溶接です。2番目に人気のある溶接タイプはグルーブ溶接です。

グルーブ溶接は、接合される2つの部材間のグルーブに溶接ビードを堆積させることを指します。使用される溶接タイプによって、継手、ジョイント、または表面の準備方法が決まります。

グルーブ溶接は、それらの間のグルーブに溶接ビードを堆積させることで、部品を同一平面上で接合できます。基本的なグルーブ溶接タイプには:

他の溶接形式と比較して、グルーブ溶接プロセスは一般的により時間がかかり、実行が難しく、通常、接合される一方または両方の表面に特殊なベベル加工が必要です。しかし、検査しやすい高強度溶接を作成し、良好な歪み制御を提供します。グルーブ溶接の一般的な用途には:

3. 肉盛溶接(サーフェシング溶接)

これらは、所望の特性や寸法を得るために、連続した表面に1つ以上のストリンガーまたはウィーブビードを堆積させて構成される溶接です。

肉盛溶接は、摩耗した部品の表面やエッジに硬く耐摩耗性のある金属層を適用する溶接プロセスです。機械、工具、建設機械の寿命を保全・延長する最も経済的な方法の1つです。

肉盛溶接は1つ以上のストリンガーまたはウィーブビードで構成されます。肉盛(ハードフェイシングまたは耐摩耗フェイシングとも呼ばれる)は、摩耗したシャフト、ギア、切れ刃の肉盛りによく使用されます。

肉盛溶接の最も一般的なタイプには:

肉盛溶接は、物体に耐摩耗性金属層を追加して表面を強化したり、摩耗した領域を再構築したりするためによく使用されます。これらの場合、ベースメタルより耐摩耗性の高い金属を使用して溶接を行います。この技術は、過酷な高摩耗用途で使用される装置と工具を保護し寿命を延ばす最も費用対効果の高い方法の1つです。表面溶接はスクエアバット継手と組み合わせて使用して、最終溶接の品質を向上させることもできます。

4. プラグ溶接

プラグ溶接(ロゼット溶接とも呼ばれる)は、小さな円形の穴に溶接を堆積させて2つの金属を融合させるものです。このプロセスは通常、重なり合う2つの金属で行われ、上側の金属に溶接堆積用の穴があります。

プラグ溶接は、スポット溶接機のアクセスが不十分な場合に自動車メーカーが使用するスポット溶接の代替手段です。DIY車両修復では、本来スポット溶接されていたパネルフランジでスポット溶接の代わりに一般的に使用されます。適切に実行されたプラグ溶接は元のスポット溶接よりも強くなる傾向があります。ラリーカービルダーはよくこの技術を使用し、古い車の修理でスポット溶接の代替として英国MOTテストで認められています。

その他の用途には:

5. スロット溶接

スロット溶接は、材料の表面を長穴を通じて別のピースに接合します。穴は一端が開いており、溶接材料で部分的または完全に充填できます。

これは、ラップまたはティー継手の1部材の長穴に溶接を行い、その部材を穴を通して露出したもう一方の部材の表面に接合する溶接です。この穴は一端が開いており、溶接金属で部分的または完全に充填される場合があります。

スロット溶接では、1つの表面が長穴を通じて別の表面に接合されます。プラグ溶接とスロット溶接の違いは、プラグ溶接の形状が直径で特徴づけられるのに対し、スロット溶接の形状は直径と長さの両方で特徴づけられることです。部品仕様に応じて、穴の一端が開いているか、穴が部分的または完全に溶接材料で充填されます。

スロット溶接は、部品設計が2つの表面間の重なり合いを必要とする場合に有益です。スロット溶接の具体的な用途には:

6. フラッシュ溶接

フラッシュ溶接は、充填金属の必要性を排除する抵抗溶接方法です。フラッシュ溶接プロセス中、接合される2つの表面間に抵抗を生じさせるために電流を流します。2つの表面が小さな接触点で接触すると、電流が流れ材料を溶かします。溶融材料が溶融粒子の噴霧となって継手から排出され、特徴的なフラッシング作用を生み出します。酸化物やその他の汚染物質が界面から除去され、2つの表面の端部に熱軟化ゾーンが形成されます。十分な材料が溶けると、力が加えられて表面が接合されます。これにより、継手に残留溶融材料のないバット溶接の形成が促進されます。フラッシュ溶接プロセスは高速、経済的、異なる融点を持つ異種金属の融合が可能です。フラッシュ溶接はよく以下で使用されます:

7. シーム溶接

シーム溶接は、電流と圧力を使用して継手で2つの類似または異種材料を接合するプロセスです。シーム溶接は、2つの金属間に生じる接触抵抗によって可能になります。電流が金属間を通過すると、小さな隙間で熱が発生します。このプロセスは主に金属で使用され、電気を容易に伝導し、比較的高い圧力を維持できます。電極が電気の流れを維持し制御します。このタイプの溶接は2つの方法で作成できます:

シーム溶接のメリット:

8. スポット溶接

スポット溶接(抵抗スポット溶接とも呼ばれる)は抵抗溶接プロセスです。この溶接プロセスは、溶接部に電流からの圧力と熱を適用して、2枚以上の金属シートを一緒に溶接するために主に使用されます。銅合金電極をシート表面に接触させ、圧力と電流を適用し、低炭素鋼などの抵抗性材料を電流が通過することで熱を発生させます。スポット溶接は比較的簡単で安価に作成できるため、自動車、航空宇宙、建設、電子機器、金属家具製造、鉄道などいくつかの主要産業で人気の溶接選択肢となっています。

9. アップセット溶接

アップセット溶接(UW)/抵抗バット溦接は、接触している表面領域での電気抵抗から得られる熱によって、当接表面の全面で同時に、または継手に沿って進行的に凝集を生成する溶接技術です。加熱が開始される前に圧力が適用され、加熱期間中維持されます。アップセット溦接に使用される装置はフラッシュ溶接に使用されるものと非常に似ています。溶接される部品が断面積で等しい場合にのみ使用できます。当接表面は適切な加熱を提供するために非常に慎重に準備する必要があります。フラッシュ溶接との違いは、部品が溶接機でクランプされ、力が加えられてそれらがしっかりと接触させられることです。高アンペア電流が継手を通過し、当接表面を加熱します。適切な鍛造温度まで加熱されたらアップセット力が適用され電流が停止します。当接表面の高温と高圧により凝集が起こります。冷却後、力が解除され溶接が完了します。アップセット溶接プロセスはいくつかの明確なメリットを提供します:

溶接のメリット

溶接のデメリット

溶接の用途

溶接は、圧力容器、橋梁、建築構造物、航空機・宇宙船、鉄道車両、造船、自動車、電気、電子、防衛産業における一般的な用途、パイプライン・鉄道敷設、原子力施設の製造に広く使用されています。

よくある質問(FAQ)

溶接とは何ですか?

溶接は熱、圧力、またはその両方によって2つ以上の部品が融合され、部品が冷却される際に接合が形成される製造プロセスです。溶接は通常、金属と熱可塑性プラスチックに使用されますが、木材にも使用できます。完成した溶接継手はウェルドメントと呼ばれることがあります。

溶接はどのように機能しますか?

溶接は、別個のバインダー材料を使用せずに2つの材料を接合することで機能します。ロウ付けとはんだ付けは、より低い融点を持つバインダーを使用しますが、溶接は2つのワークピースを直接接合します。

溶接の4つのタイプは何ですか?

溶接には4つの主要なタイプがあります。MIG(ガスメタルアーク溶接/GMAW)、TIG(ガスタングステンアーク溶接/GTAW)、棒溶接(シールドメタルアーク溶接/SMAW)、フラックスコアード(フラックスコアードアーク溶接/FCAW)。

溶接の3つのタイプは何ですか?

最も一般的な3つは、アーク、MIG(メタル・イナートガス)またはGMAW(ガス・メタルアーク溶接)、TIG(タングステン・イナートガス)溶接です。特定の仕事に最適なプロセスを知るには、それぞれについて知っておくべきことがあります。アーク溶接はこれら3つの溶接プロセスの中で最も古いものです。

溶接工の年収はどのくらいですか?

溶接工の収入は? 溶接では年間29,000ドル〜117,000ドルの範囲で、中央値は58,000ドルです。経験と教育レベルが溶接工の収入に影響します。優れたスキルと経験はより高い報酬につながります。

溶接は難しいですか?

ほとんどの人にとって、溶接を学ぶのは中程度から非常に難しいです。読むだけでなく実践的なスキルが必要だからです。さらに、ほとんどの人にとって実際に溶接を行うのは非常に難しいです。学ぶだけでなく、何年もの練習が必要だからです。

溶接は良いキャリアですか?

溶接は優れたキャリアで、溶接工は一般的に自分の職業を称賛し、キャリアとしての溶接から得られる多くのメリットを語ります。全体的に、極端な条件、長時間労働、煙と火を定期的に扱えるなら、溶接のキャリアはやりがいがあります。

溶接は簡単な仕事ですか?

入りやすいです。溶接工になるには正式な教育は不要で、時には経験さえ不要です。知識が多いほど良いですが、ワークショップで底辺から始めて現場で全てを学べる素晴らしい職業です。

最も強力な溶接はどれですか?

TIG溶接はMIG溶接や他のアーク溶接方法よりも綺麗で精密な溶接を生成するため、最も強力です。ただし、異なる溶接作業には異なる方法が必要な場合があり、TIGが一般的により強力で高品質ですが、仕事が要求する場合はMIGや他の方法を使用すべきです。

最初にどの溶接を学ぶべきですか?

MIG溶接:MIG溶接機は、予め選択された速度で溶接ガンを通じて供給されるスプール上のワイヤー溶接電極で設計されているため、初心者に最適なタイプの1つです。半自動または自動プロセスとして、ガスメタルアーク溶接(GMAWまたはMIG)が最も習得しやすいです。

溶接工は10万ドル稼げますか?

これらのタイプの仕事は専門スキルを必要とし、潜在的にリスクがあるため、契約溶接工は年間10万ドル以上を稼ぐことができます。

独学で溶接を学べますか?

ほとんどの人は、信頼できる情報源からのコンテンツを研究し、たくさん練習することで、基本的な製作と一般的な修理作業を行うための溶接の基礎を独学で学べます。しかし、プロの意図がある場合、専門家の指導なしでは十分なスキルレベルに十分早く到達できません。

最も習得が難しい溶接は何ですか?

TIG溶接はさまざまな理由で最も習得が難しい溶接形式です。TIG溶接プロセスは遅く、初心者が慣れるまで時間がかかります。TIG溶接機にはフットペダルが必要で、溶接トーチで安定した手を維持しながら電極を供給し可変アンペア数を制御します。

溶接の5つのタイプは何ですか?

さまざまな溶接タイプとその用途:

溶接の7つの基本タイプは何ですか?

溶接の基本タイプ:

どのタイプの溶接が最適ですか?

シールドメタルアーク溶接(棒)が最も人気のある溶接プロセスです。最も汎用性が高く、最もシンプルな装置を使用します。小型軽量の電極とホルダーは、非常に狭い場所や溶接電源から数百フィート離れた場所で使用できます。

溶接の基本は何ですか?

溶接は本質的に、熱と充填材を使用して2つの物体を接合することです。充填材を溶点まで加熱し、2つの物体の間にプールできるようにします。これにより強力な接合(溶接としても知られる)が生成されます。

TIGとMIG、どちらの溶接が優れていますか?

TIG溶接は薄い金属と小さなプロジェクトに適しています。精密で綺麗な溶接を生成するからです。MIG溶接は厚い金属で長い連続走行が必要な大規模プロジェクトに適しています。MIGは通常制御しやすく初心者向けです。コスト:TIGはMIG溶接より高価な方法です。

溶接前に必要な4つのものは何ですか?

溶接を始める前から常に適切な安全装備を持っているべきです。最も重要なものには、安全メガネ、溶接手袋、自動遮光ヘルメット(フラッシュから目を保護)、耐火ジャケットが含まれます。

溶接におけるGとは何ですか?

Fはフィレット溶接を表し、Gはグルーブ溶接を表します。フィレット溶接は垂直または角度を持つ2つの金属ピースを接合します。グルーブ溶接はワークピース間またはワークピースエッジ間のグルーブで作られます。このシステムを使用すると、2G溶接は水平位置でのグルーブ溶接です。

溶接タイプをどう選びますか?

手元の仕事に最も適した溶接プロセスを評価するには、通常以下の要因が考慮されます:

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