カーボンアーク溶接:プロセス、機器、現代的応用
カーボンアーク溶接(CAW)とは?
カーボンアーク溶接(CAW)は、非消耗カーボン(グラファイト)電極とワークピースの間のアークで金属を加熱し、金属の融合を生み出すプロセスです。カーボンアーク溶接では、カーボン電極を用いて電極と接合対象材料の間に電気アークを発生させます。
これは最初に開発されたアーク溶接プロセスですが、現在ではツインカーボンアーク溶接やその他のバリエーションに置き換わったため、多くの用途では使用されていません。アーク溶接の目的は、別々の金属間に結合を形成することです。このアークは3,000℃を超える温度を生み出します。この温度では、別々の金属が結合し、溶接されます。
歴史的背景
カーボンアーク溶接は電気アークなしでは不可能です。1800年、ハンフリー・デービー卿が発電アークを発見しました。その後、ニコライ・ベナルドスとスタニスラフ・オルシェフスキーが1881年にCAWプロセスを発見しました。当初、この溶接プロセスは「エレクトロゲフェスト」と名付けられました。
機器
- 電極: このプロセスで使用される電極の直径は約3〜22mmです。
- 電源: CAWプロセスでは直流溶接機が電源として使用されます。これらは回転型または整流器型のいずれかです。
- 電極ホルダー: 従来の電極ホルダーがCAWで使用できるか疑問に思うかもしれませんが、答えはノーです。このプロセスでは非常に高温が関わるため、従来の電極ホルダーは使用できません。
カーボンアーク溶接の作動原理
電極と母材の間に電気アークが発生します。電気アークによる発熱で母材が溶融します。溶融金属の凝固後、指定領域に必要な溶接が形成されます。工程で使用される電極のサイズは発生電流に応じて変更可能です。
CAWのバリエーションの一つにツインカーボンアーク溶接(TCAW)があります。TCAWはCAWとはわずかに異なるプロセスです。
TCAWでは特殊タイプの電極を使用します。TCAWは一方のカーボン電極が可動で、もう一方に接触してアークを発生させるように設計されています。
ツインカーボンアーク溶接では交流が使用されます。また、TCAWでは電極が等しい速度で消耗する必要があります。
カーボンアーク溶接の利点
- 機器と溶接作業の低コスト
- 高度なオペレータースキルは不要
- プロセスの自動化が容易
- ワークピースの歪みが少ない
カーボンアーク溶接の欠点
- 溶接品質が不安定(気孔)
- 電極のカーボンが溶接材をカーバイドで汚染する
産業技術
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