TIG溶接の原理、装置、用途、メリット・デメリットを徹底解説

TIG溶接とは

TIGはTungsten Inert Gas Welding（タングステン不活性ガス溶接）の略で、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）とも呼ばれます。この溶接プロセスでは、溶接形成に必要な熱が、タングステン電極と工作物の間に形成される非常に強力な電気アークによって供給されます。この溶接では非消耗性電極を使用し、電極は溶融しません。この溶接タイプではフィラーメタルはほとんど不要ですが、必要な場合は溶接棒を溶接ゾーンに直接供給し、母金属と共に溶融させます。この溶接は主にアルミニウム合金の溶接に使用されます。

原理

TIG溶接はアーク溶接と同一原理で動作します。TIG溶接プロセスでは、タングステン電極と工作物の間に高強度アークが発生します。この溶接では主に工作物を正極、電極を負極に接続します。このアークが熱エネルギーを生成し、これが融合溶接によって金属板を接合するために使用されます。シールドガスも使用され、溶接面を酸化から保護します。

主要装置

電源装置

装置の第一ユニットは電源です。TIG溶接には大電流電源が必要です。ACとDCの両電源を使用します。主にDC電流はステンレス鋼、軟鋼、銅、チタン、ニッケル合金等に使用され、AC電流はアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウムに使用されます。電源装置はトランス、整流器、電子制御系で構成されます。適切なアーク発生には概ね10〜35V、5〜300Aの電流が必要です。

TIGトーチ

TIG溶接で最も重要な部品です。このトーチには3つの主要部品があります：タングステン電極、コレット、ノズル。このトーチは水冷式または空冷式です。このトーチでは、コレットでタングステン電極を保持します。これらはタングステン電極の直径に応じて様々な直径で利用可能です。ノズルからアークとシールドガスが溶接ゾーンに流れ込みます。ノズル断面は小さく、高強度アークを生成します。ノズルにはシールドガス通路があります。TIGのノズルは強力なスパークの存在により摩耗するため、定期的な交換が必要です。

シールドガス供給システム

通常アルゴンやその他の不活性ガスがシールドガスとして使用されます。シールドガスの主目的は、溶接部を酸化から保護することです。シールドガスは酸素やその他の空気が溶接ゾーンに入るのを防ぎます。不活性ガスの選択は溶接する金属に依存します。溶接ゾーンへのシールドガス流量を調整するシステムがあります。

フィラーメタル

薄板溶接ではフィラーメタルを使用しないことが大半です。しかし厚肉溶接ではフィラーメタルを使用します。フィラーメタルはロッド形状で使用され、溶接作業者によって溶接ゾーンに手動で供給されます。

作動手順

TIG溶接の作動手順は以下の通りです：

1. 電源から低電圧・大電流供給が溶接電極またはタングステン電極に供給される。主に電極を電源の負極端子、工作物を正極端子に接続する。
2. この電流供給によりタングステン電極と工作物の間にスパークが形成される。タングステンは非消耗性電極であり、非常に強力なアークを発生させる。このアークが熱を生成し、母金属を溶融させて溶接継手を形成する。
3. アルゴン、ヘリウム等のシールドガスを圧力弁と調整弁を通じて溶接トーチに供給する。これらのガスがシールドを形成し、酸素やその他の反応性ガスを溶接ゾーンに入れない。これらのガスはプラズマも生成し、電気アークの熱容量を増大させ、溶接能力を向上させる。
4. 薄材溶接ではフィラーメタル不要だが、厚肉継手形成にはロッド形状のフィラーメタルを使用し、溶接作業者が手動で溶接ゾーンに供給する。

用途

• 主にアルミニウムとアルミニウム合金の溶接
• ステンレス鋼、炭素基合金、銅基合金、ニッケル基合金等の溶接
• 異種金属の溶接
• 航空宇宙産業で主に使用

メリットとデメリット

メリット

• TIGはシールドアーク溶接より強力な継手を提供
• 継手はより耐食性が高く、延性がある
• 幅広い継手設計が可能
• フラックス不要
• 容易に自動化可能
• この溶接は薄板に最適
• 金属飛散や溶接スパッタが表面を損傷することがほぼないため、良好な表面仕上げが得られる
• 非消耗電極により欠陥のない継手を形成可能
• 他の溶接と比較して溶接パラメータの制御性が高い
• ACとDCの両電流を電源として使用可能

デメリット

• 溶接可能な金属厚は約5mmに制限される
• 高度な技能を持つ労働者が必要
• アーク溶接と比較して初期・セットアップコストが高い
• 溶接速度が遅い

以上がTIG溶接の原理、作動、装置、用途、メリット・デメリットについての解説です。ご質問がありましたらコメントでお知らせください。この記事がお役に立てば幸いです。ぜひソーシャルネットワークで共有し、当チャンネルを購読してさらなる興味深い記事をお楽しみください。