板金溶接：技術、メリット、エキスパートのヒント

金属ピースを望むサイズに切断した後、望む形状と仕様に合わせるためにそれらを接合する必要があります。したがって、板金溶接は金属加工の重要な側面です。

板金溶接には様々な技術がありますが、あなたの産業用途に最適なのはどれかご存知ですか？

この記事では、薄板金属の溶接に使用される様々な方法を、メリットと用途を含めて詳細に説明します。また、薄い金属シートを溶接して最良の結果を得る際に注意すべき重要なヒントも提供します。

板金溶接の6つの方法

それでは、金属シートの溶接方法を包括的に見ていきましょう。

1. MIG溶接

金属不活性ガス溶接（MIG）、別名ガスメタルアーク溶接。溶接ガンで連続ソリッドワイヤー電極を溶融プールに供給します。プール内の溶融ワイヤーが金属ピースの接合を引き起こします。溶接ガン内のシールドガスが溶融プールの大気汚染を防ぎます。

MIG溶接は最高品質の溶接を生み出し、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼などほとんどの板金に適しています。

この溶接方法は自動車と住宅改修業界での定番技術です。また、高度な機械を必要としないため、コスト効率の良い技術です。

TIG溶接

タングステン不活性ガス（TIG）は、直流または交流で非消耗性タングステン電極を使用して溶接を生成するアーク溶接です。MIG溶接と同様に、不活性シールドガス（アルゴンまたはヘリウム）を使用して、大気汚染物質と電極およびプールの酸化を防ぎます。

TIG溶接は、アルミニウム、チタン、銅、ニッケル、マグネシウム、クロムなどの非鉄金属の溶接に適しています。航空と宇宙産業で貴重な技術です。また、オートバイフレーム、ドア、フィーダーの製造に最適です。

この溶接方法は溶接作業者により良い制御を提供し、きれいで強力な溶接を実現します。しかし、時間がかかる場合があり、溶接作業者の専門知識が必要です。

[参考：MIG溶接とTIG溶接の選び方ガイド]

棒溶接（スティック溶接）

棒溶接はシールドメタルアーク溶接と呼ばれます。フラックスで覆われた棒を電極として使用する手動アーク溶接プロセスです。溶接電源からの電流が、金属ピースの接合部と電極の間にアークを形成します。鉄や鋼などの頑丈な金属に適しています。

このプロセスではシールドガスを使用しません。熱が発生すると、電極を覆うフラックスが分解し、溶融プールを汚染から保護するスラグを形成します。

この溶接技術はおそらく最も便利で、装置がコンパクトで携帯可能で、簡単に持ち運べます。建設、造船、鉄鋼製造業界で一般的な技術です。

プラズマアーク溶接

プラズマアーク溶接は、タングステン電極を使用する点でTIG溶接と似ています。しかし、小さなアークを使用し、電極を溶接トーチ本体に配置できます。加圧ガスが高温プラズマを形成し、金属を溶かして固体溶接を作成します。

この溶接技術は低電力で高速で動作します。さらに、精密な溶接を生成するため、航空と海洋業界で広く受け入れられています。

TIG溶接と同様に、プラズマアーク溶接は充填材を必要としません。また、仕上げの必要性が少ない高品質な溶接を生成します。

電子ビーム溶接とレーザー溶接

名前が示す通り、レーザーと電子ビーム溶接は、レーザーと電子ビームを熱源として使用して金属ピースを融合・接合します。他のほとんどの方法とは異なり、この溶接技術には高度な機械や自動化ロボットが必要です。

高精度溶接技術であり、複雑なディテールを伴う操作に適しています。レーザービームは極めて小さな物質に焦点を合わせて極限の精度溶接が可能です。

さらに、炭素鋼、チタン、ステンレス鋼、アルミニウムなどの頑丈な金属の溶接に適しています。この技術は熱可塑性プラスチックにも適しています。この方法は優れた美観の製品を生み出し、後処理の必要性を減らします。

ガス溶接

ガス溶接は、熱による溶接の伝統的な形式の一つです。燃料（ガソリン）、酸素、またはアセチレン酸素を燃焼させて発生する熱を使用して金属ピースを接合します。これらの燃料の燃焼により、接合時に金属表面を溶かす非常に高温の炎が生成されます。

この技術は業界で最も使用されている溶接方法の一つです。鉄金属と非鉄金属の両方に適した広範な適用範囲を持ちます。また、パイプとチューブの溶接、換気と空調システムの修理などに効果的かつ効率的です。

多くの他の溶接技術とは異なり、電気を必要としません。また、携帯可能で高度に経済的、専門家のサービスを必要としません。

板金パーツの接合に溶接かリベットのどちらを使用すべきか迷っていませんか？その場合、溶接とリベットの選び方ガイドがあります。

板金溶接方法選択時の表面考慮

金属シートの溶接時に遭遇する可能性のある表面と、それに最適な方法を以下に示します。

平らな表面

平らな表面の溶接はフラット溶接と呼ばれます。溶接作業者は継手の上側からこの表面にアプローチし、重力が溶融流を助けます。

平らな表面で良い溶接を得るには、溶接作業者がチップ角度を金属表面に対して45度に配置し、炎を接合点に慎重に向ける必要があります。

MIGとTIG溶接方法が平らな表面に最適です。ワイヤー供給とガス流れがフラットセットアップで優れた性能を発揮します。

水平な表面

水平配置では、金属シートが溶接作業者に対して水平に見えます。しかし、2つの形態で存在します。

• フィレット溶接：垂直な表面に対して水平面の上端で溶接が行われます。接合部は、2つの金属ピースが「L」字形で互いに垂直に接する接合点に見えます。
• グルーブ溶接：溶接面が垂直平面にあります。接合される両金属ピースが同じ平面上にあります。

TIGとMIG溶接の完璧なバランスを取るのが難しい水平面では、棒溶接が最適です。

垂直な表面

溶接シャフトの垂直位置は、基本的に溶接作業者に直立した表面が向いています。溶接時に溶融金属は下向きに流れ、堆積しがちです。したがって、溶接作業者は金属の流れを制御する必要があります。これには、溶接ガンをプレートに対して45度の角度で向け、電極を炎と溶融プールの間に保持することが含まれます。

垂直面に最適な方法は棒溶接です。溶接作業者はしばしば、より便利にするために溶接軸をフラットまたは水平に見えるように調整しようとします。

天井（オーバーヘッド）表面

オーバーヘッド表面での材料溶接は最も困難です。名前が示す通り、頭の上に配置されたワークピースを溶接します。溶接を試みると溶融金属が滴り落ちます。

オーバーヘッド溶接の難易度を下げるには、溶融プールを最小限に抑えます。また、良い溶接を得るために十分な充填材を使用します。

棒溶接がこの配置に最も適した方法です。カスタム板金加工施設ではオーバーヘッド表面の溶接は比較的珍しいです。

板金溶接の8つのヒント

金属シートを溶接する際、溶接部品が用途に十分な機械的特性を維持することを目指します。溶接を実施する際に心に留めておくべきヒントを以下に示します。

1. 充填金属を選択する

製造の機械的特性に適した適切な充填金属を使用することが不可欠です。充填材は板金より薄くすべきです。例えば、1mmの薄い金属を溶接する場合、0.6mmの充填材が最適です。

ワイヤーが薄いほど、溶かすのに必要な熱が少なくなります。したがって、過度な熱蓄積のリスクが減り、溶接から最良の結果を得る可能性が高まります。

また、適切な充填金属の選択は、錆、割れ、その他の潜在的欠陥のリスクを減らします。

2. スキップ溶接技術を使用する

スキップ溶接技術は、重要なポイントで一連のステッチまたは短い溶接を使用して薄い金属シートを固定します。数分冷却させた後、溶接作業者は以前スキップした場所を溶接し続けられます。

スキップ溶接は、不均一な熱分布によって引き起こされる金属の歪みと反りを防止します。

また、溶接時に溶接トーチをウィービング（左右に振る）しないでください。これも過度な熱を引き起こす可能性があります。代わりに、トーチを直線的なパスで速く動かしてください。

3. タック溶接技術を使用する

タック溶接は、過度な熱蓄積とバーンスルー（溶け抜け）のリスクを減らすもう一つの優れた技術です。

タックは、最終溶接まで金属パーツを一緒に保持するために使用される小さな一時的な溶接です。穴を開けないように、金属ピースを1mmの隙間で密接に突き合わせます。その後、継手が完全に覆われるまで小さなタック溶接を作成します。

4. 小径ワイヤーを使用する

MIG溶接のようにソリッドワイヤー電極で溶接する場合、利用可能な最小径のワイヤーを使用してください。小さいワイヤーは溶接作業者により良い制御を与え、堆積量が少ないためミスを修正する可能性が高まります。

また、ワイヤーが小さいほど溶融に必要な熱が少なくなります。したがって、過度な熱の問題が少なくなります。

一般的に、軽ゲージ板金で作業する場合、0.023または0.024インチが推奨されます。しかし、18ゲージまたはより厚い金属を溶接する場合、0.030インチワイヤーが理想的かもしれません。

5. 小径電極を使用する

金属より薄いロッドを使用してください。1/8インチ（約3.2mm）未満の電極を使用します。より小さな電極は、より低い熱と電流で優れた性能を発揮し、バーンスルーを減らし、電極を小さな領域に研いでタイトなアークを走らせることができます。

6. バッキングバーをクランプする

バッキングバーをワークメタルにクランプすると、ただ冷却を待つより速く熱を放散できます。バッキングバーは金属から熱を引き出し、反りやバーンスルーのリスクを減らします。

金属バーは通常、銅またはアルミニウム材料で、高い熱伝導性により最もよく熱を放散します。バッキングバーがワークピースにしっかりクランプされ、適切な熱伝達が行われることを確認してください。

7. 高アルゴンベースのシールドガスを使用する

溶接時、アルゴンの割合が高いシールドガスを使用してください。典型的な組み合わせは、アルゴンと二酸化炭素を75対25の比率で混合したものです。

高アルゴン含有量のシールドガスが好まれるのは、アルゴンがより少ない熱を放出するためです。TIGまたはMIG溶接でアルミニウム金属を溶接する場合、純粋なアルゴンをシールドガスとして使用する必要があるかもしれません。

8. フィットアップと継手設計

薄い板金の溶接はトリッキーです。エラーの余地がほとんどないため、タイトで確実なフィットアップが必要です。2つの接合金属間のスペースを最小限に抑え、穴が熱を吸収してバーンスルーを引き起こさないようにしてください。

経験則として、溶接作業者は「二度測って、一度切れ」とすべきです。場合によっては、より高い耐熱性を持つように継手を再設計する必要があります。

バット継手

バット継手とは、2つの金属ピースを並べて溶接するものです。

フェイシング面は溶接時に溶ける領域です。表面のエッジ準備を実施して溶接強度を高めることが重要です。溶接作業者は、強力な溶接のために一方の側を曲げて互いによくフィットするようにする必要があるかもしれません。

バット溶接は比較的準備が簡単で、他の溶接継手より応力に強く耐えます。そのため、構造製造で最も一般的な溶接継手です。しかし、他の種類の溶接継手もあります。

ラップ継手

ラップ継手はバット継手の典型的な変形です。厚みの異なる板金を溶接するための定番継手です。

ラップ継手では、2つの金属ピースがオーバーラップして接合します。一方が他方の上に配置されます。ラップ継手の主な欠点は、2つの金属の接合部が錆びやすいことです。

T継手

名前が示す通り、T継手は2つの金属ピースが垂直に交差し、「T」字形で直角を形成する場所で発生します。これらはフィレット溶接の一形態と見なされます。

この継手を使用する際、溶接ルーフへの適切な貫通を確保してください。接合点でよく経験される継手制限を減らすために、ストッパーを追加する必要があるかもしれません。T継手は配管とチューブシステムを持つ構造で一般的です。

コーナー継手

コーナー継手は、両方とも垂直角度を形成する点でT継手とやや似ています。しかし、接合金属の向きが異なります。コーナー継手では、金属がコーナーで接合し、「L」字形で単一の直角を形成します。コーナー継手は、特にフレームとボックスの部品製造で標準的です。

エッジ継手

エッジ継手では、板金を並べて同じエッジで溶接します。フランジエッジを持つワークピースで発生します。溶接作業者は、どちらかの金属ピースのエッジを適切な角度で曲げて、もう一方にうまくフィットして確実な溶接を生み出す必要があるかもしれません。

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よくある質問

薄い金属に適した溶接は？

TIG溶接が薄い金属シートの溶接に最も適しています。TIG溶接プロセスは高精度で、溶接すべき場所から逸脱しません。その結果、溶接部品に滑らかで繊細な仕上げが得られます。

アルミニウムのMIG溶接に交流か直流どちらを使えますか？

交流と直流の両方のMIG溶接がアルミニウムに適しています。しかし、MIG溶接の典型的な形態である直流溶接は、交流と直流仕様の機械を必要としないため、はるかに高速です。

溶接可能な最薄の板金厚さは？

非常に薄い金属の溶接には、金属に適用する熱を最適に制御できる専門家が必要です。優れた熱制御があれば、MIG溶接で0.8mm厚までの板金を溶接可能です。また、TIGでは0.6mm厚、あるいはそれ以下でも溶接可能です。