溶接継手の種類：用途、技術、専門家のヒント

溶接継手は部品製造において非常に重要です。完成品の品質、強度、耐久性に影響を与える可能性があります。適切な溶接継手の選択と実装は、工業製品や商業製品の効率と信頼性に大きな影響を与えます。

このページでは、溶接ジョイントのさまざまなタイプについて、その特性や用途を含めて包括的に紹介しています。

溶接ジョイントとは何ですか?

溶接継手とは、2つの金属面を溶接によって接合したものです。同種または異種の材料、あるいは溶加材の有無を問わず、溶接継手は様々な形状にすることができます。米国溶接協会（AWS）は、溶接継手を2つのワークピースが接合される方法と定義しています。

溶接継手は、構造物の健全性と性能にとって極めて重要です。適切な荷重分散と環境条件への耐性を提供するためです。一般的な溶接継手には、以下の5つの種類があります。

• 突合せ継ぎ（エッジが同じ平面に揃っている）
• 重ね継ぎ（重ね合わせた部分）
• Tジョイント（「T」を形成する垂直部分）
• コーナージョイント（直角に接合）
• エッジジョイント（エッジを並べて配置する）

最大限の強度と耐久性を確保するには、プロジェクトの要件（耐荷重能力や材料の種類など）に応じて適切な溶接継手を選択する必要があります。

溶接継手の種類

このセクションでは、各タイプの溶接ジョイントを紹介し、その作成方法について説明します。

突合せ継ぎ

突合せ継手は、配管、建設、板金加工などでよく使用されます。突合せ継手は、溶接前に2つの部材を同一平面上に並べ、斜めに交差させることで作製されます。

突合せ継ぎ目には、角ベベルとシングルマイター溶接突合せ継ぎ目の 2 種類があります。

角ベベル突合せ継手は、薄い材料（1/8インチ未満）に適しています。端面処理がほとんど必要なく、溶接も迅速かつ安価です。ただし、溶け込みが限られているため、厚い材料には適しておらず、溶接部を損傷する可能性があります。

片面ベベル溶接継手は、片方の端がベベル状で、もう片方の端が直角状です。優れた溶け込みと強度を有し、厚板や構造用鋼に最適です。この継手は、より多くの計画、熟練度、そして充填材を必要とします。

手順とテクニック

開先処理は溶接継手の種類によって異なります。角開先継手では開先処理は不要であるため、位置合わせとルート開口部の均一性に重点を置く必要があります。適切な溶け込みを確保するため、片開先溶接では工具を用いて開先処理を行う必要があります。

さらに、組み立てと位置合わせも非常に重要です。角開先溶接では、均一な隙間と正確な位置合わせを維持する必要があります。片開先溶接の場合は、開先端を角開先と慎重に位置合わせする必要があります。

溶接手順は様々です。ルートパスは深い溶け込みと完全な融合を実現し、フィルパスは溶接強度を高めます。欠陥を回避するには、熱と速度を制御する必要があります。最後のカバーパスは、溶接部を滑らかにし、シールすることで強度を高めることができます。

コーナージョイント

コーナージョイントは、2つのワークピースを90度の角度で接合し、L字型に形成します。シンプルな設計と準備時間を最小限に抑えられるため、板金フレームや箱などによく使用されます。

コーナージョイントには、オープンジョイントとクローズジョイントの2種類があります。オープンジョイントは、端面がV字型に接合されます。薄い材料の焼けを防ぐため、より多くの充填材とより速い移動速度が必要になります。クローズジョイントは、一方の端面がもう一方の端面と面一になるため、機械的な強度が向上します。ただし、このタイプのコーナージョイントは、より複雑な操作が必要になります。

溶接技術は接合部の種類や用途によって異なり、一般的な溶接方法もいくつかあります。コーナー接合部における一般的な溶接方法は次のとおりです。

• 角開先溶接: 角形のエッジを持つワークピース用。
• エッジ溶接: 2 つのワークピースが接合するエッジに沿って適用されます。
• ベベル溝溶接: 厚い材料の場合は、より深く浸透するためにベベルエッジを使用します。
• V 溝溶接: ベベル溝に似ていますが、両端がベベルになっています。
• フレア V 溝溶接: 外側に V 字型に広がった薄い材料を接合します。
• J 溝溶接: 1 つのワークピースに J 字型の溝がある場合に使用します。
• U 溝溶接: U 字型の溝を持つ厚い材料に適しています。
• フレアベベル溝: 斜めに広がった薄い材料に適用されます。
• フィレット溶接: コーナージョイント内部の強度を高めます。

すみ肉溶接の記号

すみ肉溶接記号は、溶接の種類、寸法、長さ、その他の関連データを示すために使用されます。エンジニアリング図面や製造図面における情報伝達を容易にします。さらに、溶接記号には文字、数字、さらにはアイコンも使用できます。以下に一般的な例を示します。

• 最初に溶接する溶接を指定するための矢印記号
• 矢印は溶接が進む方向を示します
• テールラインは溶接が始まる位置に対して垂直です
• 端線から溶接が止まる点まで伸びる引出線

端線上の記号（数字または文字）は、溶接のサイズと種類を示します。隅肉溶接の最も一般的な文字記号は、S（スポット溶接）、T（T字型溶接）、L（重ね溶接）です。また、最も一般的な数字記号は、1（隅肉溶接のサイズ）と2（突合せ溶接のサイズ）です。

厚い材料と薄い材料を溶接するためのヒント

溶接工程において、材料の厚さは完成品の品質に影響を与える可能性があります。ここでは、厚い材料と薄い材料を扱う際に役立つヒントをいくつかご紹介します。

エッジジョイント

エッジジョイントは、2枚の平行な金属板のエッジを溶接するために使用され、低応力用途で広く使用されています。例としては、板金加工、サイレンサー、金属箱などが挙げられます。表面エッジのみを溶接するため、高応力または衝撃のかかる用途には適していません。

エッジ溶接手順

強固なエッジ溶接を実現するには、まず金属表面を清掃し、エッジが平行であることを確認します。板厚や材質によっては、エッジ処理として研磨やV溝、J溝、U溝などの形状への切断が必要になる場合があります。まず、エッジを仮溶接して固定します。次に、隅肉溶接、開先溶接、フランジ溶接など、必要な接合強度に応じて溶接方法を選択します。

エッジ準備技術

• スクエアグルーブ: 薄い材料の場合は準備が最小限で、エッジはスクエアのままです。
• V 溝: 厚い材料の場合は、より深く浸透できるようにエッジを V 字型にカットします。
• J 溝: 深く強力な溶接を実現するために、エッジを J 字型にカットします。
• U 溝: U 字型のエッジにより、厚い材料に深く浸透することができます。
• ベベル溝: ベベルエッジにより、厚いワークピースの貫通性が向上します。
• エッジフランジ: ワークピースを斜めに曲げて剛性を高めます。
• コーナーフランジ: エッジフランジに似ていますが、コーナーに配置され、強度が増します。

ラップジョイント

重ね継ぎは、2つのワークピースを重ね合わせて溶接する接合方法で、厚さの異なる材料に適しています。重ね合わせにより、優れた機械的特性を持つ強固な接合部が形成されます。自動車の製造や修理などの板金加工でよく使用されます。重ね合わせの両側を溶接することで、強度が向上します。ただし、重ね継ぎは突合せ継ぎよりも目立ちます。

重ね継ぎ溶接の手順

• 準備：ワークピースを丁寧に洗浄し、適切な重ね合わせ量を決定します。これは特に厚い材料の場合に重要です。
• タック溶接: タック溶接プロセスを使用して、ワークピースの位置を合わせます。
• 溶接：材料の厚さと必要な強度に応じて、すみ肉溶接、スポット溶接、ベベル溶接、J溶接などの溶接技術があります。両面溶接は強度と剛性を高めます。

重ね溶接のヒント

• 補強：両面溶接により強度が増します。
• ラップ: 厚い素材の場合はより多くのラップが必要です。
• 隙間を防ぐ: ワークピース間に隙間がないことを確認します。
• 薄い材料の設定: 溶け落ちを防ぐには、電流を減らして溶接速度を上げます。

Tジョイント

Tジョイントとは、2つの金属片を90度の角度でT字型に接続する接合方法です。このタイプのジョイントは、機械的な強度が求められる産業でよく使用されます。例としては、構造用鋼材の製造や配管接続などが挙げられます。

Tジョイントの溶接技術

Tジョイントには様々な製造プロセスがあり、それぞれが特定の用途に適しています。ダブルベベル溶接は、溶け込みが深く強度が高いため、厚い材料に適しています。スクエアベベル溶接は、薄い材料に適しており、準備作業が少なくて済みます。

一方、シングルフレアベベルとシングルフラッシュフィレットは中厚の材料に適しています。ダブルフラッシュ開先溶接は、非常に厚い材料に適しています。さらに、フィレット溶接は、その簡便性と耐久性で広く知られているため、非常に人気があります。その他の技術としては、フランジ付きTジョイント（耐荷重性を高める）やJシーム（強度と耐久性に優れ、高負荷用途に最適）などがあります。

Tジョイントの設計上の考慮事項

T字継手を作る際は、材料の厚さを考慮してください。厚い材料の場合は、最適な溶け込みを得るために事前に溝を加工する必要がある場合があります。薄い材料の場合は、追加の加工なしで溶接できます。

荷重要件と応力分布を評価し、溶接が荷重側で確実に行われるようにしてください。Tジョイントは、高衝撃荷重や動的荷重の影響を受けやすい場所には設置しないでください。さらに、適切な溶け込みと強固な接合を確保するために、適切な溶接技術を使用する必要があります。

特殊溶接継手の種類

すみ肉溶接

隅肉溶接は一般的な シートm金属溶接プロセス2つの金属片を直角に接合し、三角形の断面を形成するために使用されます。すみ肉溶接は、施工が簡単で準備作業も少ないため、T字継手、重ね継手、コーナー継手によく使用されます。

隅肉溶接は汎用性が高く、強固で耐久性のある接合が求められる構造用鋼材、自動車フレーム、造船などの用途に最適です。作業が簡単で加工が速いため、大量生産に適しています。隅肉溶接には、凹面溶接、凸面溶接、平らな溶接の3種類があり、それぞれ強度と外観が異なります。

しかし、すみ肉溶接は高荷重を受けると応力集中や割れが発生しやすくなります。そのため、高品質な溶接を実現するためには、専門の溶接工を使用することが不可欠です。これにより、正確な溶け込みが確保され、スラグの混入や気孔などの欠陥が最小限に抑えられます。

スクエアバットジョイント

角突合せ接合は、2つの材料の端面を、面取りや溝を施さずに端から端まで接合します。そのため、深い溶け込みを必要としない薄板材料に適しています。この接合は板金加工で広く利用されており、自動車産業や航空宇宙産業における軽量部品の組み立てに最適です。

主な利点は、シンプルで準備が容易、そして経済的であることです。最小限のエッジ処理で済むため、溶接工程がより迅速、経済的、そして容易になります。これは経験の浅い溶接工にとって非常に有益です。しかし、厚い材料には適しておらず、高応力下では割れが発生しやすいという欠点があります。そのため、要求の厳しい構造用途では使用が制限されます。

さまざまな溶接継手の用途

溶接継手の種類は、部品の用途やその他の基準によって異なります。以下は、最も一般的な産業用途です。

溶接結果を改善するためのヒント

高品質な溶接結果を得るには、溶接継手について十分に理解する必要があります。さらに、以下のヒントにご留意ください。これらは、様々な用途において溶接結果を向上させるのに役立ちます。

準備が鍵

準備は良好な溶接の基礎です。適切な準備は、よりきれいで強固な溶接部を実現し、トラブル発生の可能性を低減します。準備には、あらゆる汚染物質を除去するための徹底的な洗浄、適切な位置合わせ、そしてしっかりとした接合が含まれます。さらに、厚い材料の場合は、溝入れや面取りなどのエッジ処理を施すことができます。

適切な溶接プロセスを選択する

溶接プロセスはそれぞれ異なるため、高品質な溶接継手を得るには適切な溶接プロセスを選択することが重要です。以下は、一般的な溶接プロセスとその互換性の概要です。

適切な充填材の選択

強度と耐久性に優れた溶接を実現するために、適切なフィラー材を選択してください。理想的なフィラー材は、母材との適合性が高く、用途特有のニーズを満たすものでなければなりません。選定にあたっては、以下の点にご留意ください。

• 充填材は母材金属と相補的または適合性がある必要がある
• 引張強度、延性、耐腐食性などの適切な機械的特性を備えている必要があります。
• 電極またはワイヤの適切な直径または厚さを選択します。

溶接パラメータの最適化

高品質な溶接を実現するために、溶接パラメータを設定し最適化してください。以下のパラメータに注意してください。

• 溶接電流：材料の厚さと溶接方法に基づいて適切な電流値を決定します。電流値が高すぎると溶け落ちが発生する可能性があります。一方、電流値が低すぎると溶融が不十分になります。
• 電圧: 安定したアークと正しいビード形状を実現するために電圧を調整します。
• 移動速度：均一なビードと溶け込みを実現するために、一定の速度を維持してください。速度が速すぎると溶接品質が低下する可能性があります。速度が遅すぎると、過剰な入熱と変形が発生する可能性があります。
• シールドガス流量：適切なシールドガス流量を使用してください。これにより、溶接プールの汚染を防ぎ、きれいな溶接が得られます。

正しいテクニックを練習する

溶接の品質は溶接工の経験によって決まります。練習を重ね、細部に注意を払うことで、スキルを向上させることができます。

• 安定した手と一定のトーチ角度を維持してください。これにより、均一な溶接と良好な溶け込みが得られます。
• 電極またはトーチの角度は、溶け込みと溶接形状に影響します。ほとんどの用途では、10～15度の角度が理想的です。
• スパッタ、多孔性、および融合不良を回避するために、適切なアーク長を維持します。
• アークの長さは電極の直径とほぼ等しくなる必要があります。
• 完全なカバーと融合を確実にするために、ジョイントと位置に適した織りパターンを使用します。

熱入力の監視と制御

熱入力を制御することで、歪み、ひび割れ、その他の欠陥を防ぐことができます。以下の点にご留意ください。

• 溶接前後の加熱により、ひび割れや歪みを軽減できます。
• 複数パス溶接を行う場合は、パス間の温度を監視・管理してください。これにより、安定した性能が確保され、過熱を防ぐことができます。
• 急激な冷却を避けるため、冷却速度を制限してください。急激な冷却は残留応力や割れにつながる可能性があります。

溶接部の検査と試験

溶接欠陥は、定期的な検査と試験によって早期に発見できます。一般的な検査および試験方法には、以下のものがあります。

• 目視検査: ひび割れ、多孔性、アンダーカットなどの表面欠陥を検査します。
• 非破壊検査 (NDT): 超音波、放射線、浸透探傷検査を使用して内部欠陥を検出し、溶接の整合性を確認します。
• 破壊試験: 引張試験または曲げ試験を使用して、溶接部の機械的特性と強度を評価します。
• 結果の記録：検査とテストの結果を詳細に文書化します。これにより、パフォーマンスの追跡と改善領域の特定が容易になります。

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結論

様々な溶接継手とその品質に影響を与える要因を理解することは、幅広い産業用途において、長寿命で信頼性の高い溶接を実現するために不可欠です。溶接工は、この記事で紹介するガイダンスと推奨事項に従うことができます。これにより、溶接スキルを向上させ、より良い溶接結果を得ることができます。

Yonglihao Machineryは、溶接継手と板金加工に関する専門的なアドバイスと経験豊富なソリューションを提供しています。プロジェクトのニーズや当社がどのようにサポートできるかについて、ぜひお気軽にお問い合わせください。

よくある質問

最も一般的な溶接接合部は何ですか?

答えは業界によって異なります。配管工事では、最も一般的な溶接継手は完全溶け込みの突合せ溶接です。隅肉溶接は構造用鋼材によく使用されます。突合せ溶接は柱や梁の接合に時々使用されます。板金業界では、隅肉溶接とエッジ溶接が最も一般的です。

適切な溶接ジョイントタイプを選択するにはどうすればよいですか?

適切な接合タイプを選択するには、様々な要因を考慮する必要があります。これには、ワークピースの材質、厚さ、必要な強度などが含まれます。また、特定の用途における規格も考慮する必要があります。例えば、動作応力、溶接エリアへのアクセス性、溶接手順などです。

フィレットジョイントの溶接の課題は何ですか?

溶接コーナーは、位置合わせやフィットアップの問題で問題が発生することがあります。特に薄い材料の場合、反りや歪みも懸念されます。コーナー部では、接合部の完全性を確保するために、入熱と溶接設定の正確な制御が求められることがよくあります。

どの溶接接合部が最も強力ですか?

一般的に、完全に溶け込んだ突合せ溶接は、適切に施工された場合、最も強度の高い接合部となります。通常、接合される母材の強度を上回ります。

溶接が最も難しい接合部は何ですか?

溶接継手の複雑さは、いくつかの要因に左右されます。多くの溶接工は、最も難しい溶接継手は頭上姿勢での突合せ継手であると考えています。この姿勢での溶接には、慎重な制御と、正しく溶接し、損傷を防ぐ能力が必要です。 溶接欠陥 ディップやアンダーカットなど。厚い材料や複雑なデザインの溶接もより困難になります。

溶接ジョイントはどのようなストレスに耐える必要がありますか?

溶接継手は、引張力、圧縮力、せん断力、曲げ力、ねじり力など、様々な応力に耐えなければなりません。具体的な応力は、用途と継手に作用する力によって異なります。例えば、鉄橋の場合、溶接トラス継手は、引張荷重、圧縮荷重、風せん断力、そして構造部材のねじれによって生じるねじり応力に耐えなければなりません。