アーク溶接
アーク溶接中において、溶融している金属と大気が接すると、大量の窒素が金属の中に溶け込む。溶融金属が凝固するときに、この窒素が一気に析出し泡となってそのまま固まってしまう。この状態をブローホールといい、この状態になると溶接部分の機械的強度が著しく低下する。水を急速に凍らせると、炭酸ガスが析出して真っ白な氷になるが、これと同じ現象である。
このような溶接欠陥を防ぐために、適切なガスを溶接中に吹き付けることで空気とアーク、あるいは空気と溶融池を遮断している。この時用いるガスはシールドガスと呼ばれ、高温下であっても化学的に活性な金属と反応しない、いわゆる不活性ガスであるヘリウムやアルゴン、あるいは、活性ではあるが様々な要求によって実用化された二酸化炭素が用いられており、時には、水素や酸素などを添加したシールドガスが使われる。 日本では二酸化炭素を使った炭酸ガスアーク溶接が主流である。
接合する母材と母材の配置のしかたには多くの種類がある。用途により使い分ける。その一部を右図に示す。
突き合わせ継ぎ手
開先継ぎ手(両開先)
重ね継ぎ手
隅肉継ぎ手
いずれの溶接も二つの材料に均等に熱を加えることが基本であり断面方向の狙い角度が要である。誤った溶接法・溶接材料を適用したり、母材に与える熱量が過大または過小であった場合、期待する強度が得られず部材が破断する。
突き合わせ継ぎ手は別名、バット溶接とかIバット(アイバット)などと言う。アーク溶接の場合、ピッタリくっついた突き合わせ継ぎ手は施工しにくい。そのため、ウラガネ(裏金または裏鉄)という薄いプレートを裏側に付け、突合せの間隔を板厚以上に取るのがふつうである。
開先継ぎ手は溶接しやすいのだが、開先を作るための加工コストが必要になる。また図のような両開先継ぎ手の場合、母材の薄い部分が溶け落ちてしまうため、ウラガネを使うのが普通である。
重ね継ぎ手、隅肉継ぎ手は中厚板の溶接で最も一般的な溶接である。図には無いが片側開先の隅肉継ぎ手も多い。
ティグ溶接、ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接では、溶接部をアルゴンやヘリウム、二酸化炭素のガスで覆い、アークの安定化と溶融金属を大気から保護していることから、ガスシールドアーク溶接と分類する場合がある。また、この目的で使用されるガスをシールドガスと呼ぶ。
ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接は消耗電極式であるので、溶接設備の性質上溶加材(溶接ワイヤ)の連続供給が可能になっており、溶接の中ではスポット溶接と並び、最も自動化が進んでいる。ガスシールドアーク溶接では進行方向にノズルを向けて、右利きなら右から左へ、左利きなら左から右へ進む方法を前進法、逆に進行方向と反対にノズルを向けて進む方法を後退法と呼び、用途や母材形状によって使い分けられている。なお、シールドガスにヘリウムやアルゴンなどの不活性ガスを用いる方式をイナートガスアーク溶接という。