TIG溶接（ガスタングステンアーク溶接）完全ガイド：原理、メリット、用途

ガスタングステンアーク溶接（TIG溶接）とは？

ガスタングステンアーク溶接（GTAW）、別名タングステンインナートガス（TIG）溶接は、非消耗タングステン電極を用いて溶接を行うアーク溶接プロセスです。溶接部と電極は、不活性シールドガス（アルゴンまたはヘリウム）によって酸化やその他の大気汚染から保護されます。

通常フィラーメタルを使用しますが、一部の溶接（自溶溶接または融解溶接）では不要です。ヘリウムを使用する場合はヘリアーク溶接と呼ばれます。定電流溶接電源が電気エネルギーを生成し、高度にイオン化したガスと金属蒸気の柱（プラズマ）を通じてアークを介して伝導されます。

GTAWは薄板ステンレス鋼やアルミニウム、マグネシウム、銅合金などの非鉄金属の溶接に最も一般的に使用されます。このプロセスは、被覆アーク溶接やガスメタルアーク溶接などの競合プロセスよりもオペレーターに溶接の制御性を高め、より強力で高品質な溶接を可能にします。

しかし、GTAWは比較的複雑で習得が難しく、さらにほとんどの他の溶接技術よりも大幅に遅いです。関連プロセスであるプラズマアーク溶接は、わずかに異なる溶接トーチを使用してより集中した溶接アークを生成するため、しばしば自動化されます。

TIG溶接の仕組み

手動ガスタングステンアーク溶接は、溶接工に要求される協調動作のため比較的難しい溶接方法です。ガス溶接と同様に、TIG溶接では通常両手を使用します。ほとんどの用途で、片手でフィラーメタルを溶接部に手動供給し、もう片手で溶接トーチを操作するためです。短いアーク長を維持しながら、電極と工作物の接触を防ぐことも重要です。

溶接アークを起弧するには、高周波発生装置（テスラコイル類似）が電気火花を生成します。この火花はシールドガスを通じた溶接電流の導電パスとなり、電極と工作物が分離した状態（通常1.5〜3mm）でアークを開始できます。

アークが起弧されると、溶接工はトーチを小さな円運動で動かして溶融池を形成します。その大きさは電極サイズと電流量に依存。

電極と工作物の一定距離を保ちながら、オペレーターはトーチをわずかに後退させ、垂直から10〜15度後傾させます。フィラーメタルは必要に応じて溶融池前端に手動供給されます。

溶接工はしばしば、トーチを前進させて溶融池を進める動作とフィラーメタル供給を高速で交互に行う技術を開発します。フィラーロッドは電極が前進するたびに溶融池から引き抜かれますが、常にガスシールド内に保持して表面酸化と溶接汚染を防止します。

融点の低い金属（アルミニウム等）のフィラーロッドは、ガスシールド内に留めながらアークから一定距離を保つ必要があります。アークに近すぎると、溶融池に到達する前にフィラーロッドが溶けてしまいます。

溶接完了近くでは、アーク電流を徐々に減らして溶融クレーターを凝固させ、溶接末端のクレータークラック発生を防止します。

TIG溶接におけるシールドガスの選定

シールドガスは溶接材料に応じて選定します。以下のガイドラインが参考になります：

アルゴン: 最も一般的なシールドガスで、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタンなど幅広い材料に使用可能。
アルゴン + 2〜5% H₂: アルゴンに水素を添加するとガスがわずかに還元性になり、表面酸化のないクリーンな溶接ビードが得られます。アークが高温・収束するため高速溶接が可能。欠点は炭素鋼での水素脆性リスクとアルミニウム合金での溶接金属気孔。
ヘリウムとヘリウム/アルゴン混合ガス: アルゴンにヘリウムを添加するとアーク温度が上昇。高速溶接と深い溶け込みを促進。欠点はガスコスト高と起弧困難。

1. 電源装置:

TIG溶接では定電流電源が必要です。電流変動があると溶接工が継手を適切に溶接することが困難になります。

電源は2種類：

DC電源（直流）
AC電源（交流）

DC電源では鋼、ニッケル、チタン等を溶接可能。AC電源ではマグネシウム、アルミニウム等を溶接可能。

2. 不活性ガス供給装置:

TIG溶接では大気ガス（酸素、窒素、水素など）から溶接部を保護するため不活性ガス供給が必要。

一般的にアルゴンを不活性ガスとして使用。詳細はシールドガスの項で説明。

3. 溶接トーチ:

TIG溶接トーチは自動・手動両操作に対応設計。構造的には同一だが、手動トーチにはハンドル、自動トーチは自動機搭載用に設計されています。

トーチには水冷または空冷システムが装備。電流が200A未満では一般的に空冷、200A超では水冷でトーチ温度を低下。トーチ内部は一般的に銅製で熱伝導性を向上。タングステン電極を確実に保持するポート（ホルダー）を装備。

4. タングステン電極:

TIG溶接ではタングステンまたはタングステン合金製の非消耗電極を使用。

タングステンの高温耐性（融点3,422℃）が他金属より優れているため採用されています。

電極径は一般的に0.5〜0.65mm、長さは75〜610mmの範囲で変化。

5. シールドガス:

シールドガスは溶融池を窒素、酸素など大気ガスから保護し、これらが気孔、ブローホールなどを発生させて溶接面を損傷するのを防止。

シールドガス選定は溶接タイプ、大気条件、使用金属タイプなど多くの要因に依存。一般的にTIG溶接ではアルゴンを使用。場合によりアルゴン-ヘリウム混合ガスも使用。

6. フィラーロッド:

TIG溶接では非消耗電極（タングステン）を使用するため、継手隙間を埋めるために別材料が必要な場合があります。

フィラーロッド材質は炭素鋼、アルミニウムなど何でも可能。継手タイプ、工作物材質、厚み、工作物特性により決定。

TIG溶接の用途

難溶材料、薄板、反応性材料の溶接に特化して使用。
多種多様な金属に対応可能で、航空宇宙、自動車、修理、芸術分野で部品の製造・修理に広く活用。
航空宇宙: 航空機・宇宙船の建設にTIG溶接が部分的に使用。
自動車: 安全で確実な構造が必須の自動車産業で、車両の耐久性確保に貢献。
修理: 子供のおもちゃ（ワゴン、ペダルカー）修理からアルミ工具修理まで、多くの修理用途で活用。

TIG溶接の利点

タングステンインナートガス溶接の利点：

重要継手や、小さな・極めて精密な溶接が要求される状況に対応可能。
幅広い金属に適用可能。
正しく実施すれば、他の接合プロセスと比較して高品質・高純度溶接を実現。多くの用途で極めて重要。
自動・手動両方可能。
全体として、2金属を接合する最も効率的な方法の一つ。
スラグが発生しない。
あらゆる姿勢で溶接可能。

TIG溶接の欠点

TIG溶接の欠点：

厚板金属には使用不可。
複雑で高度な熟練工・専門家が必要。
安全面：溶接工は高強度光に曝露され、眼損傷リスクあり。
TIG溶接サービス費用は高い。ただし材料とプロジェクト範囲により変動。
溶接速度が遅い。

よくある質問（FAQ）

ガスタングステンアーク溶接とは？

GTAWとは？

ガスタングステンアーク溶接（GTAW）は、単一タングステン（非消耗）電極と工作物の間のアークで加熱して生成される溶接。シールドは不活性ガス混合物で得られる。溶接スパッタやスラグは発生しない。タングステンインナートガス（TIG）溶接とも呼ばれる。

GTAWとTIG溶接は同じ？

タングステンインナートガス（TIG）溶接、別名ガスタングステンアーク溶接（GTAW）は、非消耗タングステン電極で溶接を生成するアーク溶接プロセスです。

ガスタングステンアーク溶接の用途は？

ガスタングステンアーク溶接はステンレス鋼と非鉄材料（アルミニウム、マグネシウムなど）の溶接に最も一般的に使用されますが、亜鉛とその合金を除き、ほぼすべての金属に適用可能です。

ガスタングステンアーク溶接プロセスとは？

ガスタングステンアーク溶接、別名タングステンインナートガス（TIG）溶接は、非消耗タングステン電極を用いて溶接を生成するアーク溶接プロセスです。フィラーメタルは外部から供給、通常ベアメタルフィラーロッドとして。

ガスタングステンアーク溶接の欠点は？

GTAWの欠点：

難易度: GTAWは最も習得困難な溶接プロセスとされ、オペレーターに高度な技術を要求。
速度: GTAWは比較的低速で、堆積率が他プロセスより低い。
非自動化:
コスト:

ガスタングステンアーク溶接工の年収は？

カリフォルニア州米国でのガスタングステンアーク溶接工の平均年収は$33,163、時給$16。平均給与範囲は$31,199〜$39,001。

最も強い溶接方法は？

TIG溶接はMIG溶接や他のアーク溶接よりクリーンで精密な溶接を生成し、最も強力です。ただし、用途により異なる手法が必要な場合もあり、TIGが一般的に最も強く高品質ですが、仕事に応じてMIGや他の方法を選択すべきです。

TIG溶接はコールド溶接？

TIG溶接プロセスにはコールド溶接と呼ばれるものもあります。直流と交流を備えたTIG機器には「コールド」設定がある場合があります。TIGガンでアークを起弧するたびに「ザッピング」効果がある手動プロセスです。

TIG溶接に最適なガスは？

アルゴンはTIG溶接プロジェクトで最も一般的に使用される不活性ガス。TIG溶接で使用できるガスは限られるため、軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなど多様な金属に使える汎用性の高いアルゴンが最も人気。

TIG溶接の温度は？

TIG溶接（GTAWまたはガスタングステン）は高温（6,000°F / 約3,300℃以上）で動作するアーク溶接プロセスで、金属を溶融・加熱。ステック溶接より高価だが、よりクリーンで汎用性が高い（鋼、アルミニウム、真鍮等に対応）。

TIG溶接の利点と欠点は？

TIG溶接の利点: 精密な精度、様々な用途と姿勢、極めて複雑な金属溶接、非消耗電極。
TIG溶接の欠点: 時間がかかるプロセス、複雑な装置、安全問題、不活性ガスコスト。

溶接工は時間とともに失明する？

溶接工がアークから目を適切に保護しない場合、ウェルダーズフラッシュ（光線性角膜炎）を発症しやすく、強烈な紫外線曝露による一時的失明と激しい不快感を引き起こす。より深刻な眼損傷は永久失明につながる可能性あり。

安定したアークを得るためのタングステン電極研磨方法は？

タングステンを適切に研磨し汚染を防ぐには、タングステン研磨専用の耐タングステン硬度研削ホイールを使用するのが望ましい。電極をホイール方向に対して直角（90°）に研磨し、研磨痕が長手方向になるようにする。

GTAWとSMAWとは？

SMAW：電極フラックス被覆が溶接中に分解しシールドガス生成。別途シールドガス供給不要。
GMAW：シールドガス（不活性または活性）をガスシリンダーから供給。
GTAW：不活性シールドガスをガスシリンダーから供給。

GMAWとGTAWの違いは？

GMAWは消耗電極を使用。電極材料が溶融し溶接ビードに堆積。GTAW/TIG溶接は非消耗電極を使用し、電極材料は溶接ビードに堆積しない。

GTAWの利点と欠点は？

GTAWの利点	GTAWの欠点
クリーンで高品質な溶接	低堆積率
幅広い金属に溶接可能	高度なオペレーター技術が必要
スパッタ、スラグ、火花、煙なし	高レベルの紫外線
全姿勢溶接可能	高品質溶接には優れた目と手の協調が必要