溶接電極の完全ガイド：種類・用途・選び方・AWS分類コードの読み方

溶接電極とは

溶接電極は溶接機に接続されるワイヤーで、電流を流してアークを発生させ、その熱で金属を溶融・融合させます。電極は被覆された金属ワイヤーで、溶接対象の金属と類似の材質で作られています。大きく分けて消耗電極と非消耗電極があります。

• 被覆アーク溶接（SMAW／スティック溶接）：消耗電極を使用。電極が溶けて溶接部の一部となる
• TIG溶接（GTAW）：非消耗電極（タングステン）を使用。電極は溶けず、アークのみを供給
• MIG溶接（GMAW）：ワイヤー電極を連続供給
• フラックスコアードアーク溶接（FCAW）：フラックス入りチューブラーワイヤーを連続供給

溶接電極の選び方：7つの重要ポイント

スティック電極には多くの種類があり、それぞれ異なる機械的特性を持ち、特定の溶接電源で動作します。選定時は以下を考慮してください：

1. 母材の特性
2. 引張強さ
3. 溶接電流
4. 母材の厚さ・形状・継手フィットアップ
5. 溶接姿勢
6. 仕様書および使用条件
7. 作業環境条件

1. 母材の特性

電極選定の第一歩は母材組成の特定です。電極組成を母材タイプに一致（または近似）させることで、強固な溶接が得られます。母材組成が不明な場合は以下で判断できます：

• 見た目：破損部品の内部が粗く粒状なら鋳鉄の可能性
• 磁性：磁石につくなら炭素鋼または合金鋼。つかないならマンガン鋼、300系オーステナイト系ステンレス、アルミ・銅・チタンなどの非鉄合金の可能性
• グラインダー火花：火花の爆ぜが大きいほど高炭素（A-36鋼など）
• タガネテスト：タガネが食い込むなら軟らかい金属（軟鋼、アルミ）、跳ね返るなら硬い金属（高炭素鋼、クロムモリブデン鋼、鋳鉄）

2. 引張強さ

溶接割れ等を防ぐため、電極の最小引張強さを母材の引張強さに合わせます。AWS分類番号の最初の2桁（4桁番号の場合）または3桁（5桁番号の場合）が引張強さを示します。例：E6011の「60」は60,000 psi（約414 MPa）の最小引張強さを意味し、同等強度の鋼に適します。

3. 溶接電流

電極によってAC専用、DC専用、両方対応があります。AWS分類の4桁目が被覆タイプと適合電流を示します。電流タイプは溶け込み形状にも影響します：

• DCEP対応（例：E6010）：深い溶け込み、タイトなアーク、錆・油・塗装・汚れを「掘り進める」能力
• DCEN対応（例：E6012）：浅い溶け込み、継手ブリッジや水平フィレット高速溶接に適する
• AC対応（例：E6013）：柔らかいアーク、中程度の溶け込み、清潔な新しい薄板に適する

4. 母材厚さ・形状・継手フィットアップ

厚板には最大延性・低水素電極（AWS末尾15, 16, 18）が適し、残留応力に対する靭性を確保できます。薄板にはソフトアークの電極（6013など）や、細径電極で浅い溶け込みを得てバーンスルーを防ぎます。フィットアップがタイトまたはベベルなしなら「掘る」アーク（E6010, E6011）、広いルートギャップなら凹面ビードでブリッジ可能な電極（E6012）を選択します。

5. 溶接姿勢

AWS分類の3桁目が適合姿勢を示します：

• 1：全姿勢（フラット、水平、垂直、オーバーヘッド）
• 2：フラットおよび水平のみ

例：E7018は全姿勢対応です。

6. 仕様書および使用条件

溶接部が遭遇する環境（高温・低温、繰り返し衝撃荷重等）を評価し、低水素・高延性電極で割れリスクを低減します。圧力容器・ボイラー等の重要用途では仕様書指定の電極を使用します。

7. 作業環境条件

ミルスケール、錆、水分、塗装、グリースは可能な限り除去し、気孔防止と溶接速度向上を図ります。清掃不可な場合はE6010やE6011のように汚染物を貫く深い溶け込みアークを持つ電極を選択します。

スティック電極のAWS分類コードの読み方

米国溶接協会（AWS）の番号体系は、電極の用途・操作方法を示します。以下は4桁目（被覆タイプと電流）の対応表です：

数字	被覆タイプ	溶接電流
0	高セルロースナトリウム	DC+
1	高セルロースカリウム	AC, DC+, DC-
2	高チタニアナトリウム	AC, DC-
3	高チタニアカリウム	AC, DC+
4	鉄粉チタニア	AC, DC+, DC-
5	低水素ナトリウム	DC+
6	低水素カリウム	AC, DC+
7	高酸化鉄カリウム粉末	AC, DC+, DC-
8	低水素カリウム鉄粉	AC, DC+, DC-

「E」はアーク溶接電極を示します。4桁番号の最初の2桁、5桁番号の最初の3桁が引張強さ（psi単位）です。例：E6010＝60,000 psi、E10018＝100,000 psi。最後から2桁目が姿勢（1＝全姿勢、2＝フラット・水平、4＝フラット・水平・垂直ダウン・オーバーヘッド）。最後の2桁が被覆タイプと電流を示します。

溶接電極被覆の役割と種類

電極被覆の機能

• アーク安定化（イオン化作用）
• 溶融金属への酸素・水素・窒素混入防止（シールドガス）
• 溶融金属上の保護スラグ形成
• フラックス作用による酸化物・不純物除去
• スパッタ低減（被覆が芯線より遅く燃えるため）
• 脱酸剤として作用
• スラグ層による冷却遅延で硬化防止
• 絶縁体として狭い溝等での使用制限あり

被覆の主な分類

セルロース系

約1/3がセルロース、2/3がその他有機材料。アーク熱で分解し水素・一酸化炭素・二酸化炭素を生成、アークを強化し深い溶け込みを実現。溶融池を不純物から守るガス層も形成。DC専用が多いが、添加剤でAC対応も可能。薄いスラグで除去容易。

ミネラル系

溶接後にスラグ層を残す。セルロース系より冷却が遅く、不純物が表面に浮上する時間を稼ぎ、溶接内部品質を向上。

混合系

セルロースとミネラルを組み合わせ、両方の利点（シールドガスとスラグ保護）を兼ね備える。成分数は数種から10種以上まで多様で、難しい母材にも対応可能。

代表的な5つの電極被覆タイプ

セルロース電極

垂直姿勢に適し、極薄で除去容易なスラグ。加熱で水素と二酸化炭素に分解し溶融池を保護。水素脆化リスクあり。純粋なセルロース被覆はDC専用だが、添加元素でAC対応も可能。ルチル電極並みの扱いやすさで、より深い溶け込みと少ないスラグトラブル。

ルチル電極

セルロースに近いが二酸化チタン含有率が高い。酸素・窒素・炭素・水素のガスシールドを形成し、低炭素鋼に適する。堆積金属にチタン残留の可能性。セルロース添加で溶融池保護を強化。スパッタ・ヒュームが少なく全姿勢対応。

酸化鉄電極

AC/DC両用。除去容易なスラグ。酸素含有量が高く堆積金属強度がやや低下する傾向。水素脆化リスクはセルロース系より低い。アーク制御性が良く、ビード配置が精密。

ベーシック（低水素）電極

別名「水素制御電極」。乾燥保管と使用前ベーキングが必須。これを怠ると被覆組成が不安定になり溶接欠陥の原因に。制御された低水素で気孔・割れリスクを最小化。適切に管理すれば鋼材溶接の優れた選択肢。

鉄粉電極

他の被覆に鉄粉を添加したバリエーション。金属粉末添加は効率と溶接品質向上に寄与し普及中。セルロース電極の鉄粉添加版はAC対応を可能にする。

溶接電極のタイプ：消耗・非消耗

消耗電極

スティック、MIG、フラックスコアード溶接で使用。フィラー材を含み溶けて溶接部となる。スティック溶接用は「スティック電極」と呼ばれ、重被覆・シールドアーク・軽被覆に大別される。

1. 軽被覆電極

薄い被覆（スプレー・ブラシ塗布）。不純物（硫黄・酸化物）低減、溶融安定化、平滑なビード形成。スラグ薄い。シールドアーク電極は被覆が厚く、鋳鉄溶接等の要求厳しい用途向け。

2. 無被覆電極

アークが不安定で制御困難。用途限定的（マンガン鋼溶接等）。

3. シールドアーク電極

3タイプの被覆：①セルロース系（保護ガス層）、②ミネラル系（スラグ生成）、③混合系。保護ガス層で高温溶融域を大気汚染から守り、強固な溶接を実現。硫黄・酸化物等不純物を低減し平滑な溶接。裸電極よりアーク安定、スパッタ低減。ミネラル被覆由来のスラグは冷却遅延により不純物を表面へ浮上させ、高品質溶接に寄与。

非消耗電極

溶けない電極。主に2種類。

1. 炭素電極

切断・溶接両用。カーボングラファイト製。銅メッキあり/なし両方あり。AWS規格なし（軍規格は存在）。

2. タングステン電極（TIG溶接用）

融点が極めて高く溶けない。純タングステン（緑印）、ジルコニウム0.3-0.5%含有（茶印）、トリウム2%含有（赤印）、トリウム1%含有（黄印）の4タイプ。

• 純タングステン：耐久性・強度不足、大電流で問題発生しやすい。軽微な溶接のみ
• ジルコニウム含有：ACで優秀。純タングステンより良いがトリウム含有には劣る
• トリウム1-2%含有：最も広く使用。長寿命、高耐久、大電流対応、アーク制御良好、アーク起動容易

平坦円筒形の場合は最大許容電流を使用しないとアーク制御・維持が困難。先端を円錐形に研磨するとアーク制御・安定性向上だが、タッチスタート方式（DC機では不可）が必要。トリウム・ジルコニウム含有電極はテーパー先端＋タッチスタートで純タングステンより耐久性向上。