金属板を適切なサイズに切断した後、それらを接合して所望の形状にし、要件を満たす必要があります。そのため、金属溶接は金属製品の製造において不可欠な部分です。金属溶接には様々な方法があります。では、あなたのビジネスニーズに最適な方法をご存知ですか？
この記事では、様々な金属溶接方法とその利点、用途について説明します。さらに、薄板金属を最適な結果で溶接するための重要なヒントも紹介します。
目次
金属溶接の6つの方法
次に、板金を溶接するさまざまな方法を詳しく見てみましょう。
MIG溶接
MIG溶接（メタルイナートガス溶接）は、ガスメタルアーク溶接とも呼ばれます。トーチを用いて連続したソリッドワイヤ電極を溶接プールに送り込むことで溶接を行います。溶融したワイヤが金属部品を接着します。さらに、トーチ内のガスが溶接プールを空気中の汚染物質から保護します。
MIG溶接は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼など、ほとんどの板金に高い強度と品質を提供します。そのため、自動車製造業界や住宅リフォーム業界では、この溶接方法が好まれています。高価な設備を必要としないため、経済的な方法でもあります。
TIG溶接
タングステン不活性ガス（TIG）溶接はアーク溶接の一種です。直流または交流で溶接を行う際に、非消耗性のタングステン電極を使用します。MIG溶接と同様に、大気中の汚染物質や電極および溶融池の酸化を防ぐために、アルゴンやヘリウムなどの不活性シールドガスを使用します。
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。航空宇宙産業において効果的な溶接方法です。さらに、オートバイのフレーム、ドア、フィーダーフレームの製造にも最適です。
この溶接方法は、作業者の制御性を高め、きれいで強固な溶接を実現します。ただし、この溶接方法は時間がかかり、溶接工には特別なスキルが必要です。
続きを読む： MIG溶接とTIG溶接の違い
スティック溶接
溶接棒を用いた溶接は、被覆アーク溶接とも呼ばれます。フラックスを塗布した溶接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によって、溶接金属と電極の間にアークが発生します。鉄鋼などの硬質金属の溶接に適しています。
さらに、この溶接プロセスはシールドガスを必要としません。熱が発生すると、電極のコーティングが分解され、スラグ層が形成され、溶接プールの汚染を防ぎます。さらに、コンパクトな装置のため持ち運びも容易です。そのため、この溶接プロセスは非常に便利です。この電極溶接プロセスは、建設、造船、鉄鋼業界で非常に普及しています。
プラズマアーク溶接
プラズマアーク溶接は、高温のプラズマアークを用いて金属を溶接する方法です。この溶接プロセスは、どちらもタングステン電極を使用する点でTIG溶接に似ています。ただし、プラズマアーク溶接ではアークが小さく、電極はトーチ本体に取り付けることができます。加圧されたガスが高温のプラズマを発生させ、金属を溶かして接合することで、強力な溶接部を形成します。
この溶接方法は消費電力が少なく、作業が迅速です。また、精密な溶接が可能なため、航空宇宙産業や海洋産業で広く使用されています。TIG溶接と同様に、プラズマアーク溶接では接合部を埋めるための追加材料を必要としません。さらに、プラズマアーク溶接は高品質の溶接部を生成するため、仕上げ作業がほとんど必要ありません。
電子ビーム溶接とレーザー溶接
レーザー溶接と電子ビーム溶接は、レーザーと電子ビームを用いて金属部品を加熱し、溶接する溶接方法です。他の溶接方法とは異なり、この溶接方法では高度な機械や自動ロボットが必要です。レーザービームをごく少量の材料に集中させることで、精密な溶接が可能です。そのため、小型で繊細な部品に最適な、非常に精密な溶接方法です。
炭素鋼、チタン、ステンレス鋼、アルミニウムなどの高強度金属の溶接にも適しています。また、この方法は熱可塑性プラスチックにも適しています。レーザー溶接は、美観に優れた製品を生み出し、製造後の処理を最小限に抑えます。
ガス溶接
ガス溶接は、熱を利用する伝統的な溶接方法です。燃料（ガソリン）、酸素、または酸素アセチレンの燃焼によって発生する熱を利用して金属片を溶接します。これらの燃料を燃焼させることで非常に高温の炎が発生し、金属表面が溶接時に溶けます。
この技術は、産業界において最も一般的に使用されている溶接方法の一つです。鉄金属、非鉄金属を含む幅広い金属に使用できます。さらに、パイプやチューブの溶接、換気・空調システムの修理にも効果的です。
他の多くの溶接方法とは異なり、この方法は電源を必要としません。ガス溶接は持ち運び可能で費用対効果が高く、専門家の助けを必要としません。
金属溶接プロセスの選択方法
以下は、板金溶接時に遭遇する可能性のある表面の種類と、それらに対処する最善の方法です。
平らな面
平面溶接とは、平らな面上で溶接を行うことです。溶接工は溶接接合部の上部から作業を行い、重力を利用して溶融金属を移動させます。平面上で良好な溶接を行うには、溶接工は溶接ヘッドを金属に対して45度の角度で保持する必要があります。さらに、溶接工は2つの金属片が接合する部分に炎を向ける必要があります。
MIG溶接とTIG溶接は平らな表面で最も効果的に機能します。ワイヤの送りと空気の流れも平らな表面では非常に良好に機能します。
水平面
この水平配置では、板金は平らに置かれますが、通常は2つの方法で溶接されます。
- すみ肉溶接: 溶接は、平面と垂直面の頂点が接合する箇所で行われます。接合部は、互いに垂直に交わり、L字型に接合された2つの金属片のように見えます。
- ベベル溶接溶接面は垂直面にあります。溶接される2つの金属片は同一平面上にあります。
水平面の場合、TIG溶接とMIG溶接の完璧なバランスを実現することは困難です。一方、スティック溶接は水平面での作業に最適です。
垂直面
このタイプの溶接管は垂直に立っており、垂直面が溶接工に面しています。溶接中、溶融金属は通常、下方に流れ、一箇所に集まります。そのため、溶接工は金属の流れを制御する必要があります。具体的には、トーチを板材に対して45度の角度で保持し、電極を炎と溶融池の間に保つ必要があります。
スティック溶接は、垂直面の溶接に最適な方法です。溶接工は通常、作業を容易にするために、溶接角度を調整して平らまたは水平に見えるようにします。
頭上面
頭上の物体への溶接は最も難しい作業です。その名の通り、頭上の物体を溶接することを意味します。溶接しようとすると、溶けた金属が落ちてしまう傾向があります。高所での溶接を容易にするには、溶融池のサイズを小さくします。十分な量の溶加材を充填して、強固な溶接を実現するようにしてください。
この設定では、スティック溶接が最適です。また、カスタマイズされた板金工場では、オーバーヘッド溶接は一般的ではありません。
板金溶接のヒント
金属溶接を行う際は、溶接部が用途に応じて十分な強度を確保することが目標です。以下に、金属溶接を行う際に覚えておくべき簡単なヒントをいくつかご紹介します。
フィラーメタルの選択
プロジェクトの強度と特性に適したフィラーメタルを選択することが重要です。フィラーは板金よりも薄くする必要があるためです。1mm厚の薄い金属を溶接する場合は、0.6mmのフィラーが最適です。
ワイヤーが細いほど、溶融に必要な熱量が少なくなります。つまり、過熱のリスクが低くなり、溶接結果が向上します。さらに、適切な溶接金属を選択することで、錆やひび割れなどの問題の発生リスクを軽減できます。
スキップ溶接技術の使用
スキップ溶接技術は、薄い金属板を重要な箇所に複数の継ぎ目または短い溶接部で固定する技術です。数分間冷却した後、溶接工は以前に溶接できなかった箇所の溶接を開始できます。
スキップ溶接は、熱の不均一による金属の曲がりやねじれを防ぎます。また、溶接中はトーチを前後に動かさないでください。トーチを前後に動かすと過度の熱が発生します。代わりに、トーチを直線状に素早く動かしてください。
スポット溶接技術の使用
スポット溶接は、過熱や溶け落ちを防ぐのに効果的な方法です。この溶接技術では、金属片が完全に溶接されるまで、小さな仮溶接で接合します。溶け落ちを防ぐには、金属片間に1mmの隙間を確保することが重要です。その後、継ぎ目が完全に覆われるまで、小さなスポット溶接を施します。
細線の使用
MIG溶接にソリッドワイヤ電極を使用する場合は、常に最も細いワイヤを選択してください。細いワイヤを使用すると、溶接時の制御性が向上します。また、溶接後の溶着量が少なくなるため、エラーの修正が容易になります。さらに、ワイヤが細いほど溶融に必要な熱量が少なくなるため、過剰な熱の問題も軽減されます。
通常、薄くて軽い板金の溶接には、0.023インチまたは0.024インチのワイヤが推奨されます。ただし、18インチ以上の厚さの金属を溶接する場合は、0.030インチのワイヤが最適な選択肢となる場合があります。
小さな電極の使用
電極棒は必ず金属よりも細いものを使用してください。また、直径1/8インチ未満の電極を使用してください。電極が小さいほど発熱量が少なく、消費電流も少なくなるため、溶損を防ぐことができます。これにより、電極を小さく研磨して集中したアークを発生させることができます。
バッキングプレートのクランプ
金属にバッキングロッドを固定することで、金属を自然に冷やすよりも早く冷却できます。バッキングロッドは金属から熱を吸収し、金属の反りや焼けを防ぐのに役立ちます。
金属棒は熱伝導性に優れているため、通常は銅またはアルミニウムで作られています。さらに、熱が適切に伝達されるように、支持棒がワークピースにしっかりと固定されていることを確認する必要があります。
高アルゴン系シールドガスの使用
溶接時には、アルゴン含有量の高い保護ガスを使用する必要があります。例えば、アルゴンと二酸化炭素の一般的な混合ガスは、75対25です。
アルゴンは発熱量が少ないため、アルゴン含有量の高いシールドガスが選択されます。また、アルミニウムのTIG溶接やMIG溶接では、保護のために純アルゴンが必要になる場合があります。
組み立てとジョイント設計
薄い板金の溶接は難しい作業です。誤差がほとんど許容されないため、しっかりとした接合が求められます。穴が熱を吸収するため、2枚の金属板の隙間は小さく、溶け落ちを防ぐ必要があります。
さらに、溶接工は二度測量し、一度切断する必要があります。場合によっては、接合部の形状を変更して、より高い熱に耐えられるようにする必要があるかもしれません。
まとめ
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よくある質問
薄い金属に最適な溶接方法はどれですか?
TIG溶接は、薄い金属部品の溶接に最適な方法です。TIG溶接は非常に精密で、溶接箇所に集中して溶接できるため、溶接部の表面は滑らかで繊細な仕上がりになります。
AC 電源または DC 電源を使用してアルミニウムを MIG 溶接できますか?
アルミニウム溶接には、交流（AC）溶接と直流（DC）溶接の両方のMIG溶接が使用できます。直流（DC）溶接はMIG溶接の一般的な種類であり、交流と直流の両方のツールを使用する必要がないため、はるかに高速です。
溶接できる最も薄い板金は何ですか?
非常に薄い金属を溶接するには、使用する熱量を慎重に制御できる熟練した作業員が必要です。適切な熱制御により、MIG溶接では0.8ミリメートルという薄さの板金を溶接できます。さらに、TIG溶接では0.6ミリメートル、あるいはそれよりも薄い板金を溶接できます。