溶接欠陥：一般的な種類、原因、解決策

小さな溶接欠陥は、疲労寿命や気密性に影響を与える可能性があります。「軽微な」欠陥であっても、高額な手直しや現場での故障につながる可能性があります。生産現場では、欠陥は多くの場合、目に見える兆候として現れます。例えば、止端部の溝、ピンホール、粗いプロファイルなどです。しかし、真のリスクは目に見えない部分にあります。これには、側壁の融合不足や介在物の閉じ込め、そして完全には形成されないルートの浸透も含まれます。Yonglihao Machineryでは、共通のパターンが見られます。欠陥がランダムに発生することは稀で、そのほとんどは、ジョイントの準備、入熱、シールド、そしてフィットアップといった、制御可能な要素に起因しています。このガイドは実用的で、欠陥を迅速に特定するのに役立ちます。欠陥を最も可能性の高い根本原因に結び付けることができます。そして、適切な検査と対策を選択し、欠陥の再発を防止できます。.

溶接欠陥とは何ですか?

溶接欠陥とは、定められた限度を超える欠陥のことです。これらの限度は、特定の規格または用途に定められています。この欠陥は部品の耐用年数を低下させる可能性があります。一方、不連続性は異なります。これは「理想的な」溶接状態におけるあらゆる破損を指します。許容限度内であれば、許容される場合もあります。.

ISO 用語は次のようによく使用されます。

実際には、「欠陥」と「不連続性」のどちらを選択するかは、他の要因と結びついています。これには、合格クラス、使用条件、欠陥の位置などが含まれます。欠陥の名前だけが問題ではありません。装飾的なブラケットの表面の小さな気孔は問題ないかもしれません。しかし、大きな応力がかかった先端部付近の同じ気孔は不合格になる可能性があります。優れた品質保証は、2つの質問から始まります。まず、兆候はどこにありますか？ルート、先端部、熱影響部、それとも内部ですか？次に、部品は使用中にどのような負荷にさらされますか？静的荷重、周期的荷重、圧力、振動などが考えられます。これらが明確になれば、基準と計画を一貫して適用できます。.

溶接欠陥はなぜ起こるのでしょうか?

溶接欠陥のほとんどは、ミスマッチが原因です。このミスマッチとは、入熱、シールド、清浄度、そして接合部のフィットアップのことです。これらのうちの1つでも不安定な場合、繰り返し発生する兆候が現れます。例えば、アーク長が長いとアンダーカットやスパッタが発生しやすくなります。シールドが不十分だとポロシティが発生します。フィットアップが不十分だと、溶け込みが不完全になったり、オーバーラップが生じたりします。パス間の洗浄が不十分だと、スラグの混入として現れます。.

プロセスの根本原因は通常、次の 5 つのグループに分類されます。

• 設備と電力の安定性: 電流または電圧のドリフト、接触チップの磨耗、戻り経路の不良、またはワイヤ供給の不安定さ。.
• パラメータと熱入力: 移動速度、アーク長、ワイヤ送り、パルス設定。これらはアンダーカット、溶融不足、または溶け落ちを引き起こす可能性があります。.
• 材質と表面状態: 錆、ミルスケール、油、コーティング、水分、そして酸化層。これらが多孔性と介在物の形成を促進します。.
• ジョイント設計とフィットアップ: ルートギャップ、ベベル、ランド、および位置ずれ。クランプが不十分だと、貫通不良、ひび割れ、歪みが生じる可能性があります。.
• テクニックとアクセス: トーチ角度、スティックアウト、ウィービング、パス間クリーニング、そしてシーケンス制御。これらはマルチパス作業において重要な要素です。.

現場では、治具と嵌合を「サイレントパラメータ」として扱います。部品がうまく嵌合しない場合、オペレーターは調整を行います。角度、速度、ドエルタイムを変更します。これにより、ばらつきが増大します。電流や電圧を調整する前に、他の部品を固定してください。クランプ、ギャップ、アライメント、アクセスを確保します。そして、実際の移動速度と突き出し量を記録します。多くの場合、ここで根本原因が見つかります。.

溶接欠陥の主な種類

溶接割れ

溶接割れは鋭い破断です。溶接金属、熱影響部、または母材に発生することがあります。高い応力点を形成し、急速に広がる可能性があります。高温割れは、金属が拘束下でどのように凝固し、冷却するかに関係しています。低温割れは、水素、硬い微細組織、そして応力に関係することがよくあります。.

ひび割れ制御の規律を守りましょう。これは、接合部が拘束されている場合、厚い場合、または高強度の場合に必要です。また、サービスクリティカルな部品にも必要です。小さなひび割れは「小さいまま」でいることは稀です。ひび割れは健全な金属になるまで除去する必要があります。必要に応じて、予熱とパス間制御を検証する必要があります。再ひび割れを防ぐため、清潔な消耗部品を使用し、適切な冷却を実施してください。同じ箇所でひび割れが繰り返し発生する場合は、システムの問題として対処してください。これは、外観上の欠陥ではなく、接合部の拘束、水素制御、または入熱の問題を示しています。.

アンダーカット

アンダーカットとは、溶接止端部に生じる溝のことです。これにより、溶接の有効断面積が減少します。また、疲労感受性も高まります。これは、溶接速度が速い場合やアーク長が長すぎる場合によく発生します。また、トーチ角度が適切でないと、溶接端から金属が押し流されることもあります。.

アンダーカットの防止は、通常「安定性の修正」です。設計変更ではありません。アーク長を短くし、高電圧を下げてください。速度を少し落とし、トーチ角度を安定させましょう。これにより、溶接先端に十分な溶加材が行き渡ります。アンダーカットが主に片側だけに発生する場合は、アクセスと取り付けを確認してください。作業者は、クリアランスが狭い場合、溶接先端から遠ざかる傾向があります。.

重複

オーバーラップとは、溶接金属が母材の上を転がり落ちることです。止端部で適切な溶融が行われないまま転がり落ちます。これは、溶接金属の移動速度が遅い、または止端部での溶融エネルギーが低い場合によく発生します。また、溶接棒が止端部を超えて溢れ出した場合にも発生することがあります。.

フィレット溶接や位置ずれ溶接では、オーバーラップが発生しやすくなります。この部分では、溶接パドルの制御が困難です。濡れ性を向上させるには、限度内で止端部の加熱を強めます。アークはよりタイトで短く保ちます。ビードサイズはより適切に制御します。エネルギーが外側ではなく止端部に向く角度を維持します。.

気孔率

気孔とは、凝固中の溶接金属に閉じ込められたガスのことです。表面または内部に発生することがあります。点在するピンホールは、シールドの問題や通風を示唆することがよくあります。始動時と停止時に密集する気孔は、アーク安定性の問題または湿気を示唆します。「ウォームトラック」は、表面の汚染またはシールドエンベロープの崩壊を示している可能性があります。.

気孔率の制御は、まず清浄度と遮蔽の問題です。次にパラメータの問題です。まずはこれらの手順から始めましょう。必要な箇所が明るくなるまで金属を洗浄します。消耗品と接合部を乾燥した状態に保ちます。ガスの種類を確認し、ガス漏れのない流れを確保します。周囲を空気の流れから保護します。ガスカップが気泡を遮蔽するように、突き出し量を一定に保ちます。これらが安定したら、移動速度と入熱量を微調整します。これにより、金属が凝固する前にガスを逃がすことができます。.

スラグの混入

スラグ介在物は、溶接部に閉じ込められた非金属物質です。フラックスベースのプロセスや多層パスの層間によく見られます。通常の原因は、パス間の洗浄不足です。また、ビード配置不良や、スラグを浮かせきれない低熱状態も原因となることがあります。.

パス間にスラグが発生した場合は、洗浄を必須のステップとして扱います。「時間が許す限り」洗浄するのではなく、接合部へのアクセスを改善します。スラグが浮き上がるのに十分な入熱を確保します。ビードを配置する際には、スラグが溜まるポケットを作らないようにします。側壁に介在物が繰り返し発生する場合は、接合部の形状と角度を確認します。スラグは鋭角部に隠れていることが多いためです。.

不完全融合

不完全溶融とは、溶接金属が母材に溶融していないことを意味します。これは側壁やパス間で発生する可能性があり、多くの場合「見た目の良いビード」の裏に隠れています。側壁が完全に溶融していないにもかかわらず、表面が充填されている場合もあります。.

典型的な原因は、溶融ラインの温度が低いことです。これは、溶接速度が速すぎる、トーチ角度が適切でない、または突出し量が多すぎることが原因となることがあります。汚染やビード配置によって溶接パドルがアークより先に進んでしまうことも原因となります。界面が溶融しない限り、フィラーを追加しても溶融の問題は解決しません。エネルギーを側壁またはルートに照射してください。接合部の形状とアクセスを修正してください。接合部が重要な場合は、適切な検査で確認してください。.

不完全な浸透

不完全溶け込みは、溶接がルート部で継手を完全に貫通していない場合に発生します。これは、ルート部の形状が狭いことや位置ずれが原因であることが多いです。ルートギャップが不十分であったり、ルート部の温度が低いことも原因となることがあります。.

溶け込みが一貫して短い場合、通常は接合部の形状とトーチの位置が問題となります。「かぶり厚を増やす」だけでは不十分です。ルート開口部、ベベル、アライメントを確認してください。電極がルートに確実に向けられていることを確認してください。これにより、ルート面が溶融して接合されます。.

バーンスルー

溶け落ちとは、溶接部が母材を完全に溶かしきった際に生じる穴のことです。薄い部分や大きな隙間がある場合に発生します。入熱量が多すぎる場合、移動速度が遅い場合、または溶接のフィットが不十分な場合に最もよく発生します。.

溶け落ち制御は、まずはフィットアップと拘束から始まります。隙間を埋め、適切にクランプし、必要に応じて裏当て材を使用してください。次に、パラメータを調整します。入熱量を減らし、保持時間を短くします。一箇所の過熱を避けるため、移動速度を一定に保ちます。薄板の場合、パラメータの小さな変更よりも、一貫した隙間制御が重要になることがよくあります。.

溶接欠陥を検出するにはどうすればいいですか?

溶接欠陥は、欠陥の発生箇所に応じて検査方法を調整することで検出します。欠陥の発生箇所は、表面、表面近傍、内部など、多岐にわたります。適切な検査計画は、「どのような故障モードを防止しているのか？」という問いから始まります。漏れや圧力境界では、気孔や介在物に対する高い感度が必要です。疲労荷重を受ける接合部では、止端部の割れ、アンダーカット、融合不良の有無を確認する必要があります。厚肉の多パス溶接では、内部欠陥のチェックが必要です。まず、一般的な外観上の問題を検出するために目視検査（VT）を行います。次に、より確実なリスク評価が必要な場合は、非破壊検査（NDT）を実施します。.

VT（ビジュアルテスト）： この方法は、ひび割れ、アンダーカット、オーバーラップ、スパッタ、溶け落ちなどを検出します。必要に応じて適切な照明と拡大鏡を使用してください。検査結果を基準に照らし合わせて測定します。ひび割れの有無だけでなく、大きさと位置も重要です。.

実用的なルールは、故障率が高い場合はVTだけに頼らないことです。ジョイント形状における予想される欠陥を「確認」できる方法を使用してください。.

修理の基本：研磨、再溶接、または不合格にするタイミング

優れた欠陥修復は、閉ループです。まず、欠陥の兆候を完全に除去します。次に、管理された条件下で再溶接します。最後に、再検査を行い、許容範囲内であることを確認します。修復の失敗の多くは、2つの理由で発生します。1つは、欠陥がブレンドされただけで、完全に除去されていないことです。2つ目は、再溶接前に元の根本原因が修正されていないことです。いずれかのステップを省略すると、修復は欠陥の再発につながります。.

一般的な修復ロジック:

• 金属を音にするには取り外します: ひび割れ、スラグ、または融合不良の箇所は、研磨または削り取ってください。表面を単に滑らかに仕上げるだけではいけません。.
• 制御しながら再溶接： 安定したシールド、接合部の状態、パラメータを回復してください。計画なしに熱を積み重ねることは避けてください。.
• 再検査: VTは最低限使用してください。基準またはリスクレベルに応じて、他の非破壊検査方法を使用してください。.

部品を修理せずに不合格とすべき状況とは？ 除去によって最小厚さが満たされない場合、または重要な形状が歪む場合です。また、修理を繰り返すことで工程が不安定になる場合も不合格とします。一度の修理で問題がなければ問題ありませんが、繰り返しパッチを当てる場合は工程に問題があることを示しています。.

予防チェックリスト

欠陥の原因となる入力を標準化することで、予防効果が最大限に高まります。これには、清浄度、溶接条件、パラメータ、そして溶接シーケンスが含まれます。私たちはまず、ばらつきを減らすことに重点を置いています。ばらつきは制御が困難な「ランダムな欠陥」を生み出します。2人の作業者が異なる突き出し量、移動速度、トーチ角度を使用した場合、同じ設定でも同じ溶接結果は得られません。.

溶接準備チェックリスト (高速だが影響は大きい):

• 表面： アークが作動する箇所の油、塗料、錆、酸化物を除去してください。消耗品は乾燥した状態に保ってください。.
• フィットアップ: ルートギャップ、ベベル、アライメントを確認します。クランプで動きを制御します。.
• シールド: ガスの種類、安定した流量、漏れのない接続を確認してください。隙間風から保護してください。.
• パラメータ: 電流、電圧、ワイヤ送り速度、移動速度を安定させる範囲を固定します。感覚で追うことは避けてください。.
• 技術： トーチ角度、突き出し量、アーク長を一定に保ちます。複数パス作業の場合は、パス間に清掃を行います。.
• 加熱とシーケンス: 必要に応じてパス間温度を制御します。歪みや割れを低減するシーケンスを使用します。.

気孔率など、特定の欠陥タイプが頻繁に発生する場合は、まずその主な要因を修正してください。これは清浄度やシールド効果などです。設定を調整する前に、この作業を実施してください。パラメータを変更しても、母材の汚染やシールドのリークは修正できません。.

結論

溶接欠陥を減らしたいなら、「検査を増やす」ことから始めてはいけません。一般的な製造業を扱う場合でも、 特殊な溶接サービス, まず、安定したフィットアップ、表面の清浄、そして制御された入力から始めましょう。Yonglihao Machineryでは、シンプルな手順で最速の成果が得られます。まず、接合部の準備とクランプをしっかりと行います。次に、シールドの完全性を検証します。次に、安定したパラメータウィンドウを記録します。最後に、パス間洗浄などの基本事項を強化します。最後に、VTと適切な非破壊検査を用いて、推測ではなく確認を行います。欠陥を不安定な入力のシグナルとして捉えることで、溶接品質を予測可能になります。.

よくある質問

生産工程で最も一般的な溶接欠陥は何ですか?

ひび割れ、気孔、アンダーカット、オーバーラップ、スラグの混入、融合不良は最も一般的です。これらは制御可能な入力に結びついているため、繰り返し発生します。これらの入力とは、フィットアップ、清浄度、遮蔽、入熱です。手順を変更する前に、これらの入力を安定させる必要があります。.

製造現場で「欠陥」と「不連続性」を素早く見分けるにはどうすればよいでしょうか?

受入基準がなければ決定はできません。「欠陥」とは、部品の使用限界を超える不連続性のことです。欠陥の種類とサイズを特定し、受入クラスと比較してください。場所や使用負荷によって最終的な判断が変わる可能性があります。.

ガスがオンになっている場合でも、通常、多孔性が生じる原因は何ですか?

気孔の発生は、ほとんどの場合、汚染やシールドの被覆率の低下が原因です。「ガス不足」だけが原因ではありません。油、湿気、塗料の有無を確認してください。隙間風、漏れ、突出部の不適切さも確認してください。不安定なアーク状態もシールドを乱す可能性があります。.

アンダーカットを減らす最も早い方法は何ですか?

アーク長を短くしてください。過剰な電圧を下げてください。トーチ角度を一定に保ち、先端がフィラーメタルで支えられるようにしてください。同じ位置で繰り返し発生する場合は、クリアランスや固定具を改善してください。アクセスの問題により、アンダーカットの原因となる角度が強制されることがよくあります。.

内部欠陥の場合、UT と RT のどちらを選択すればよいですか?

融合不良などの面状欠陥が疑われる場合はUTを選択してください。ポロシティやスラグなどの体積欠陥が主な懸念事項の場合はRTを選択してください。接合部の形状、アクセス、欠陥の方向も重要です。「最良」な方法とは、期待される欠陥を確実に検出できる方法です。.