溶接ガス：101なぜそれを使用するのかとその種類
溶接ガスとは何ですか？
溶接ガスはさまざまな方法で使用されます。これらには、空気、ほこり、その他のガスなどの不純物からアークを保護することが含まれます。アークの反対側のシームの下側で溶接部をきれいに保つ（またはパージする）。と加熱金属。ブランケットガスは、溶接プロセス後の金属を保護するためにも使用されます。
溶接および切断プロセスで使用されるガスには、次のものがあります。
- 二酸化炭素、アルゴン、ヘリウムなどのシールドガス
- アセチレン、プロパン、ブタンなどの燃料ガス
- 酸素、燃料ガスとともに使用され、一部のシールドガス混合物にも少量使用されます
従来の手棒溶接機は溶接時のガスについてほとんど知りませんでしたが、過去70〜80年にわたるMIGおよびTIG溶接機の台頭により、ほとんどのワークショップで一般的な商品として溶接ガスが必要になりました。
溶接の世界で使用されている主要なガスと混合物に飛び込むと、それらが最初に実装されてから短時間でどれだけ進歩したかを知るのは魅力的です。進歩は非常に大きく、新しいガス、またはこれらのガスを使用する新しい方法のために用意されているものはエキサイティングです。
この記事では、さまざまな種類の溶接ガスとその使用法について説明します。
溶接におけるガスの目的は何ですか？
溶接におけるガスにはさまざまな用途があります。これには、アークに不純物（ほこり、その他のガス、汚れなど）がないようにすることが含まれます。
また、アークの安定性を支援し、多くの溶接プロセスで適切な金属移動を確保するためにも使用されます。ブランケットと加熱のためにも、溶接プールが継ぎ目の下できれいに保たれていることを確認してください（これはパージとして知られています）。
溶接でガスを適切に使用しないと、溶接が弱くなったり多孔質になったり、溶接中にスパッタが多すぎることに気付く可能性があります。スパッターは溶接部を損なうことはありませんが、クリーンアップに手間がかかるため、生産性が低下します。
1。 不活性ガスと反応性ガス
溶接に適用できるガスには2つのタイプがあります：
不活性ガス。 不活性ガスは、特定の条件下で変化しないガスです。不活性ガスは、部品を劣化させる可能性のある不要な化学反応を回避するために、溶接、シーリング、またはマーキングの用途でよく使用されます。これらの望ましくない反応には、酸素と空気中の水分との反応である酸化と加水分解が含まれます。
精製窒素とアルゴンは、天然存在比が高く（空気中のN2が78％、Arが1％）、コストが比較的低いため、不活性ガスとして最も一般的に使用されています。
反応性ガス。 不活性ガスとも呼ばれ、酸化などの特定の条件下で化学反応を起こさないガスです。これらには、アルゴン、二酸化炭素、ヘリウム、および窒素が含まれます。
溶接技術におけるシールドガスの削減は、常にアルゴンまたは窒素と水素からなる混合ガスです。水素を含むアルゴンは、たとえば、ステンレス鋼のTIG溶接で使用されます。窒素と水素はバッキングガスとして使用されます。注意：水素の割合が10％を超える場合は、火災や爆発の危険があるため、水素をフレアする必要があります。
2。 シールドガス
溶接中に空気がアークに入ると、溶融金属内に気泡が形成され、弱くて非常に醜い溶接が作成されます。使用するフィラー材料がフラックス入りまたはフラックスコーティングされていない限り、シールドガスなしでMIGまたはTIG溶接することはできません。これは、シールドガスと同じ目的を果たし、不純物を排除しますが、方法が異なります。
ほとんどのシールドガスは不活性であり、溶接の極端な条件下でも安定しているため、溶接プロセスのシールドに最適です。また、使用するガスに応じて、浸透性の向上、溶融時の流動性の向上、ビードの表面の滑らかさなど、さまざまな方法で溶接部を育成します。
3。 パージガス
パージガスは、シールドガスと同じように、溶接する材料の下側を覆うために使用されますが、溶接の自然なプロセスとは別に行われます。
ジョイントの上部を溶接している間、ジョイントの下部は密閉され、ガスの流れでそれをパージします。ステンレス鋼のアイテムで頻繁に使用され、ジョイントの上部で使用されているものと同じタイプのガスでも、異なるガスでもかまいません。
4。 加熱ガス
ガス溶接やろう付けなどの特定の溶接では、溶接を行うために金属またはフィラーロッドを加熱するためにガスが必要です。これにより、アークの必要性がなくなります。
特定の種類の溶接では、溶接前に金属を予熱する必要があり、このガスが使用されます。ガスは単に空気または酸素と混合された燃料であり、炎で照らされて金属を温めたり溶かしたりします。
5。 ブランケットガス
ブランケットとは、タンクや限られたスペースが完成した後にガスで満たされ、空気やその他の汚染物質が完成品を損傷したり汚したりしないようにするプロセスです。
完成したプロジェクトを完全に埋めるために使用されることもあります。また、ガスが空気で満たされたタンクに追加され、他のガスや反応に対してタンクを純粋に保つための混合物が作成されます。
溶接に使用されるさまざまな種類のガス
最初の2つのシールドガス、アルゴン、およびヘリウムは不活性ですが、他の4つ（水素、酸素、二酸化炭素、および窒素）は半不活性です。
手元の溶接に適切なガスを選択するために、プロジェクトの目標を必ず評価してください。選択する際に留意すべきことは、コスト、準備に必要なもの、溶接する母材、完成した溶接特性、および溶接後のクリーンアップ中に実行する必要があることです。
MIG溶接で使用される最も一般的な4つのシールドガスは、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、および酸素です。それぞれが、特定のアプリケーションに固有の利点と欠点を提供します。
アルゴン（Ar）
アルゴンは、より狭い溶け込みを可能にします。これは、突合せ溶接およびすみ肉溶接に便利です。また、滑らかで比較的流動的なアークを誇っています。チタン、アルミニウム、マグネシウムなどの非鉄金属を溶接する場合は、純粋なアルゴンを使用する必要があります。
アルゴンは、水素、ヘリウム、または酸素と混合されることもよくあります。これは、アーク特性を強化し、金属の移動を助けるのに役立ちます。
溶接品質と美観が重要な場合は、混合ガスを使用することをお勧めします。 75〜95％のアルゴンから5〜25％のCO2までさまざまなオプションがあります。 100％CO2と比較して、アークの安定性が向上し、スパッタが減少します。
混合ガスはスプレー移送プロセスでも使用でき、これにより、より視覚的に魅力的な溶接と生産性の向上が実現します。アルゴン/CO2混合物は、低合金、一部のステンレス鋼、および炭素金属の溶接に適しています。ただし、CO2レベルが高くなると、スパッタが増加する可能性があることに注意してください。
ヘリウム（彼）
一般的に非鉄金属に使用されますが、ヘリウムはステンレス鋼にも使用できます。それはその広くて深い浸透能力のために厚い金属でうまく機能します。通常、25〜75％のヘリウムと75〜25％のアルゴンの比率で使用されます。
これらの比率を調整することにより、浸透とビードプロファイルを変更できます。ステンレス鋼に使用される場合、ヘリウムは通常、CO2およびアルゴンとの3混合ガスの組み合わせで使用されます。ヘリウムは、ステンレス鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅合金などの金属の溶接中の酸化を防ぐためにも使用されます。
ヘリウムはより高温のアークを生成します。これにより、移動速度が速くなり、生産性が向上します。そうは言っても、ヘリウムはアルゴンよりも高価であり、より高い流量を必要とします。ヘリウムの使用を検討する際には、ガスのコストと生産性の比率を比較検討することが重要です。
二酸化炭素（CO2）
CO2は、はるかに一般的であり、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを追加することなく、純粋な形で使用できる唯一のガスの1つです。このため、CO2は最も費用効果の高いオプションであり、プロジェクトのコストを優先する場合に適しています。
100％CO2としても知られる純粋なCO2は、深い溶接浸透を提供し、厚い材料を溶接する必要がある場合に便利です。とはいえ、純粋なCO2は短絡溶接プロセスのみに限定され、他のガス（「混合ガス」とも呼ばれます）と組み合わせた場合よりも安定性の低いアークとより多くのスパッタを生成します。
純粋なCO2は、溶接の美観が重要でないか、車の下側など、溶接が見えないプロジェクトに適しています。溶接後のクリーンアップももう少し複雑です。
酸素（O2）
反応性ガスである酸素は、シールドガスに添加される場合、通常1〜9％の少量で使用されます。これにより、溶接プールの流動性が向上し、ステンレス鋼、軟炭素、低合金金属のアークの安定性と浸透性が向上します。
酸化を引き起こす可能性があるため、アルミニウム、銅、マグネシウム、またはその他のエキゾチックな金属と一緒に酸素を使用することはお勧めしません。
酸素/アルゴンブレンドは、通常、ステンレス鋼と普通炭素鋼に使用されます。スパッタが制限された安定したアークを生成します。ただし、酸素レベルが高いと、水たまりの流動性が高まるため、位置ずれ溶接が困難になる可能性があります。
窒素（N）
もう1つの安価なシールドガスである窒素は、他のガスと混合すると、溶接の溶け込みとアークの安定性を高めます。これらのブレンドは、窒素を含む合金の化学的性質を高めることもできます。
窒素は、ステンレス鋼管を溶接するためのパージガスとして使用されます。アルゴンに少量添加することで、ステンレス鋼のシールドガスとしても使用できます。
水素（H）
水素をアルゴンに加えると、溶け込みが深くなり、溶接速度が速くなります。水素、アルゴン、二酸化炭素の混合物は、溶接の溶け込みを改善することができます。ただし、誤用すると水素が多孔性を引き起こす可能性があります。
水素は、ステンレス鋼などの高温用途でシールドガスとして機能します。オーステナイト系ステンレス鋼で使用するために、アルゴンと混合されることがよくあります。
溶接でシールドするための最も一般的な混合ガスは、CO2アルゴン混合物です。 95％〜80％のアルゴンと5％〜20％のCO2で実行できます。ほとんどのアプリケーションでは、これにより快適に滑らかな溶接が作成され、スパッタの量が最小限に抑えられます。
溶接しようとしている鋼が厚いほど、混合に必要な二酸化炭素が多くなり、薄いほど、必要なアルゴンが多くなります。
溶接工はこれらのガス混合物を次の場所で使用します：
- 炭素鋼へのガスメタルアーク溶接（GMAW）
- 炭素鋼のフラックス入りアーク溶接（FCAW）
- ステンレス鋼のフラックス入りアーク溶接（FCAW）
アルゴン、CO2、および酸素
溶接プールでもう少し流動性を探している場合は、おそらくアルゴン、CO2ガス、および酸素の混合物を探しています。完成した溶接に関しては、アルゴンと二酸化炭素のブレンドとかなり類似した特性が得られます。
ただし、流動性の向上に加えて、溶接プロセスの移動速度を向上させ、溶接機の生産性を大幅に向上させることができます。次のプロセスで使用します：
- 炭素鋼へのガスメタルアーク溶接（GMAW）
- 場合によってはステンレス鋼のガスメタルアーク溶接（GMAW）
アルゴン、ヘリウム、CO2
選択した溶接ガスがアルゴン、ヘリウム、二酸化炭素の混合物である場合、さまざまな混合物を利用できます。ミックスに使用されるものに応じて、ヘリウムまたはアルゴンのいずれかが支配的になります。
使用されるガスにより、この混合物は炭素鋼からステンレス鋼まであらゆるものの溶接に適しており、アルミニウム溶接ガスとしても使用できます。 （ステンレス鋼をMIGマシンで溶接するのに適した混合物）
アルゴン/ヘリウム/CO2は、次のプロセスに最適です。
- ステンレス鋼のガスメタルアーク溶接（GMAW）
- 炭素鋼のフラックス入りアーク溶接（FCAW）
- ステンレス鋼のフラックス入りアーク溶接（FCAW）
アルミニウムを溶接するためのガスを探しているなら、おそらくヘリウムとアルゴンを混ぜ合わせて行くでしょう。アルミニウムに加えて、合金の溶接にも適しています。
なんで？ミックスがより深いレベルの浸透を提供し、溶接自体に幅広い仕上げを提供するからです。
このミックスは次の場所で最も一般的に使用されます：
- アルミニウムへのガスメタルアーク溶接（GMAW）
- ステンレス鋼またはアルミニウムへのガスタングステンアーク溶接（GTAW）
アルゴンと酸素（o2）
このガスの混合物はステンレス鋼には適していないため、鋼を溶接する場合は通常、軽量鋼になります。その目的は、鋼の材料融合を助けることです。
通常、このアルゴンガス混合物にはあまり酸素が含まれていません。そうしないと、燃焼が熱くなりすぎて、アルゴンガス溶接はより細かいものやより薄い材料に適しているためです。
次の溶接プロセスと金属には、アルゴン/O2混合物を使用してください。
- ステンレス鋼のガスメタルアーク溶接（GMAW）
- 炭素鋼へのガスメタルアーク溶接（GMAW）
ガスを使用したTIG溶接の場合、きれいな溶接が必要な場合は、水素とアルゴンの混合物が理想的です。水素は、空気中の酸素が溶接部に入り、酸化を引き起こすのを防ぎます。
この反応の廃棄物は水であり、溶接熱の下で急速に蒸発します。熱伝達を高めながら、狭く正確なアークを維持するのに役立ちます。
- オーステナイト鋼へのガスタングステンアーク溶接（GTAW）
この混合物はかなり専門的な用途があり、オーステナイト系（クロムとニッケルが多く、炭素が少ない）ステンレス鋼を製造するためのシールドガスです。
これにより、溶接プロセスを高速化しながら、より高いレベルの溶け込みが可能になります。また、ステンレス鋼の最終製品の機械的特性を改善するのにも役立ちます。
アセチレン、プロパン、プロピレンの下の3つのガスは、酸素燃料溶接で使用され、非常に可燃性です。
1。アセチレン
アセチレンは非常に可燃性であり、空気中で非常に可燃性があります。作成は非常に簡単で、かなり安価に使用できます。
酸素と組み合わされ、特定の種類の溶接の燃料源として使用されます。それは、金属の大部分を切断または溶接することができる非常に熱い炎を生成します。
2。プロパン
プロパンも非常に可燃性であり、空気中で非常に可燃性があります。 LPG（液化石油ガス）としてよく知られており、多くの状況で燃料源として使用されています。
皮膚に触れると火傷します。ただし、驚くべきことに、アセチレンを酸素中で燃焼させる場合とは異なり、還元ゾーンが作成されないため、ガス溶接には使用できません（溶接時に鋼の表面がきれいになります）。
主に溶接終了後のろう付けに使用されます。
3。プロピレン
プロピレンは実際には純粋なガスではなく、酸素とのブレンドです。プロパンや酸素よりもはるかに高い熱で燃焼し、非構造融接、ろう付け、加熱などに完全に適しています。
ただし、通常は、大きなアイテムの溶接中に加熱できるほど大きくない、小型の使い捨てキャニスターで提供されます。
4。圧縮空気
ご想像のとおり、圧縮空気は空気であるため、溶接に使用されるガスの中で最も安価です。 （それはしばしば少し浄化されますが）。圧縮空気を別の燃料と混合すると、酸素燃料の炎よりも低い温度で強い炎が発生する可能性があります。溶接工にとって、これは、溶接に適用するカーボンコーティングの厚さをより細かく制御できることを意味します。
ガス溶接の安全性
ストレージと処理
- シリンダーを物理的な損傷、熱、改ざんから遠ざけてください。
- 落下を防ぐために機器をしっかりとチェーンします。
- 可燃性および可燃性の物質から離して保管してください。
- 追加のガスボンベと酸素ボンベは別々に保管してください。
- 直立した状態で保管してください。
- 移動する前にシリンダーバルブを閉じます。
- 保護キャップまたはレギュレーターは所定の位置に保持する必要があります。
- 移動するために下端のシリンダーを回転させます—ドラッグしないでください。
- 輸送中はほとんど動かないでください。
一般的なガス溶接の安全上のヒント
- 承認されたリークテストソリューションを使用して、すべての接続で機器のリークを検査します。
- ホースに漏れや摩耗した場所がないか調べます。
- 不良ホースを交換します。
- ホースとシリンダーを火花、炎、溶銑から保護します。
- フリントライターを使用して炎を点火します。
- シリンダーバルブを開くときは、（レギュレーターから離れた）横に立ってください。
- シリンダーバルブを非常にゆっくりと開いて、突然の高圧がレギュレーターを爆発させないようにします。
- アセチレンシリンダーバルブを1/4〜3/4回転だけ開きます。緊急時にシリンダーをすばやく閉じることができるように、レンチはそのままにしておきます。
- 最初にアセチレンを開いて軽くし、次に酸素を開いて中性の炎に調整します。
- 懐中電灯を止めるためのメーカーの推奨事項に従ってください。ガイドラインがすぐに利用できない場合、一般的に受け入れられている方法は、最初に酸素バルブを閉じることです。
- 終了したら、シリンダーバルブを閉じ、ラインをブリードしてレギュレーターから圧力を取り除き、ホースをきちんとコイル状にし、機器を交換します。
- 溶接現場で消火器に簡単にアクセスできるようにします。
産業技術