11種類の溶接プロセス完全ガイド：図解付きで徹底比較

現代には多様な溶接プロセスが存在します。溶接とは、通常熱を用い、時に充填材（金属）を追加して2つの金属片を接合するプロセスで、接合部は母材より強固になり得ます。また、金属や熱可塑性樹脂を高熱で溶融接合し、冷却時に融合させる製造プロセスとも定義できます。

溶接プロセスの分類

溶接プロセスは「低温」と「高温」の金属接合技術に大別されます。低温技術にはろう付けと半田付けがあり、母材を溶融させません。高温では、母材損失分を補強するため充填材を通常添加します。充填材は母材より強度が高い場合もあります。

高温溶接では、熱と共に圧力も接合に必要です。また、充填材の酸化防止保護も必要です。

溶接は火傷、眼障害、有毒ガス吸入、感電、紫外線被曝などの危険を伴います。水中、宇宙空間、大気中での施工が可能です。さらに、多様なエネルギー源を用いた溶接プロセスが存在します。

溶接プロセスの種類

アーク溶接系

主なアーク溶接の種類：

被覆アーク溶接（シールドメタルアーク溶接／SMAW）

最も一般的で広く使用される溶接法です。工作物と被覆電極間に電弧を発生させ、発生熱で溶融金属を電極から接合面へ移行させます。直流・交流両電源で施工可能です。

ガスシールドアーク溶接

自動化が進み、高効率で多量の充填材供給が可能になったため、近年重要性が増しています。

タングステンアーク溶接（TIG溶接）

直流・交流両電源対応。タングステン電極を使用し、充填材を接合部に添加して強度を高めます。

消耗電極ガスシールドアーク溶接（MIG/MAG溶接）

二酸化炭素シールドと併用され、鋼材溶接に広く使用されます。

サブマージアーク溶接（サブマージドアーク溶接）

ガスシールドアーク溶接に類似しますが、シールドガスの代わりに粒状鉱物フラックスを使用します。電極周りにフラックスを堆積させ、アークを不可視化します。

プラズマアーク溶接

高温プラズマを熱源とします。ガスシールドタングステンアーク溶接に類似しますが、エネルギー集中度が高く、操作制御が容易、アーク安定性に優れます。

熱化学的溶接系

ガス溶接とアルミノサーミック（サーミット）溶接が該当します：

ガス溶接

アーク溶接と同等に使用されてきました。アセチレンと酸素の混合炎を熱源とし、中性・ carburizing（炭化）・酸化炎の3炎種を制御可能です。中性炎は母材酸化防止に一般的です。充填棒を冷間供給します。近年は薄板板金加工に特化して使用されますが、プロセスが低速です。

アルミノサーミック溶接（サーミット溶接）

アルミニウムと酸化鉄の混合物を着火し、約2,800℃の過熱液状金属を生成します。鉄系・非鉄系両金属に適用可能で、大型・緻密断面（矩形・円形）の接合に適しています。

抵抗溶接

シーム、スポット、プロジェクション、フラッシュ、高・低周波溶接が含まれ、超高速生産に適します。

スポット・シーム溶接では、界面電気抵抗で発熱し接合します。スポット溶接はオーバーラップ必要な薄板に適し、高電圧・大電流を電極力と共に短時間印加します。接合強度は溶接 Nugget サイズと個数で決まります。主な抵抗溶接種類：

シーム溶接

電流を接合面に流し、オーバーラップするスポット系列または連続シームを形成します。スポット溶接では強度不足な構造物、容器溶接に使用されます。

プロジェクション溶接

一方の部品に凹凸（エンボス）がある場合に適し、複数スポットを同時溶接可能です。

フラッシュ溶接

接合部品をクランプし、端面を徐々に接近・離隔させます。フラッシュ現象で接合部が加熱された後、強制圧接し保圧・冷却して接合完成させます。

高・低周波抵抗溶接

配管製造に広く使用されます。縦継ぎ接合で、金属を絞り込み成形したエッジを突き合わせます。溶接熱は通電電流とロール速度で制御されます。

冷間溶接（コールドウェルディング）

熱を用いず、接合部を単に圧接する方法です。接合面の精密な前処理と、容易な変形のため35～90%の圧力が必要です。圧力はロールスタンド、空圧工具、パンチプレスで付与します。アルミニウムでは約1,400～2,800 MPa、他金属ではより高圧力が必要です。

摩擦溶接

負荷下で被接合材を接近させ、一方を高速回転させます。界面発熱で塑性状態になったら回転停止、負荷増大で接合します。塑性変形を伴う強力な接合が得られるため、圧接の一変種とも言えます。接合部温度上昇に伴い摩擦係数が低下し、過熱防止に機能します。

レーザー溶接

レーザー光源から光エネルギーを照射し、工作物を融合接合します。微細電子回路に有用です。レーザー入手性に制限があり、一部用途で制限されます。溶接速度と溶接可能厚みは材料熱伝導率と表面金属蒸発制御で決まります。約0.5mmの極薄材にも適用可能です。

拡散接合（ディフュージョンボンディング）

高温下で一定時間圧力を印加します。仕上げ加工済み部品に5%程度の変形を与える低圧力で実施します。航空宇宙産業で形状・材料接合に広く使用されます。

電子ビーム溶接

高速高密度電子ビームを工作物に照射し、電子エネルギーを熱に変換します。真空チャンバー内で電子飛行を確保し、ビーム集光装置を備えます。接合部をほぼ貫通する激しい熱が発生します。約150 kVの高電圧で極めて狭い深い溶け込み溶接が可能です。自動横送り装置で工作物を精密位置決めします。例：13mm厚材でも溶接幅1mm。典型的溶接速度125～250 cm/分。

超音波溶接

接合部品をアンビル上でクランプし、振動プローブで接合します。振動で界面温度上昇させ溶接達成。薄線で0.08秒、1.3mm厚で1秒程度。集積回路ボンディング、トランジスタキャニング、アルミ缶胴体接合に広く使用されます。

爆発溶接

2枚板を高速度で爆発力により衝突接合します。一方を重厚鋼板上に配置、他方を5°傾けて上に爆薬シートを置きます。板ヒンジ部発熱と界面急速塑性変形で接合。金属ジェット作用で波状界面が形成されます。

鍛造溶接（フォージウェルディング）

鉄利用初期から続く伝統技法です。加熱した鉄片を圧接・打撃接合します。小片鉄を接合し大型有用部品を製造します。鍛造温度まで加熱後、ハンマー・プレスで接合。鍛冶職人が刀・鎖製造に使用してきました。

まとめ

本記事では、11種類の代表的溶接プロセスを分類・解説しました。材料・形状・生産量・品質要求・コスト・環境に応じた最適プロセス選定が、溶接品質と生産性を決定します。