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アーク溶接とはどのような溶接方法？その仕組みを解説
金属をつなぎ合わせる技術の1つに溶接があります。
溶接にもいろいろな種類がありますが、最も使用されているのがアーク溶接です。
今回はアーク溶接について、その仕組みを含め、詳しく解説します。
アーク溶接とは何か
金属には溶ける温度「融点」があり、融点以上の温度の熱を与えると溶けます。
金属をつなぎ合わせるには両者に熱を加えて溶かし、溶け混ざり合った後、冷やして固めます。
これが溶接の簡単な仕組みです。
アーク溶接は融点以上の熱を接合部分に与えるときに、アークと呼ばれる放電現象を利用する溶接方法です。
アーク放電では約5,000～20,000℃の高温が得られます。
一般的な鉄の融点は約1,500～2,800℃なので、金属を溶かしつなぎ合わせるには十分です。
溶接不良を起こさないためにシールドガスを用いる
溶接の際、金属が空気に触れている状態だと、溶けた金属は酸化や窒化を起こします。
また水泡ができることもあります。
これらが引き起こされると溶接不良を起こし、溶接部分がしっかりと接合されません。
そのためアーク溶接時にはシールドガスと呼ばれるガスを使い、接合する部分を空気に触れさせないようにします。
シールドガスとして使われるのはアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスです。
価格が安い炭酸ガスが使われることもあります。
シールドガスを別途使用する場合と、溶接時にシールドガスを発生させる方法があります。
アーク溶接の種類
アーク溶接は使用する電極の違いにより「消耗電極式溶接」と「非消耗電極式溶接」の2種類に分かれます。
さらにそれぞれの中でも、使用するシールドガスや電極の素材などにより細分化されます。
消耗電極式溶接はその名前の通り電極が消耗される方法で、非消耗電極式は電極を消費しない方法となります。
接合する金属の種類や作業時間などに応じて、適した溶接方法を使用します。
消耗電極式溶接
消耗電極式溶接では、電極としてワイヤーや溶接棒を使用します。
このとき母材となる金属と同じ成分の電極を使用していきます。
被覆アーク溶接
電極となる金属の芯線に、被覆材（フラックス）をかぶせたものを使うことで、シールドガスを別途使用しないアーク溶接方法です。
フラックスが熱分解されることでシールドガスが発生するため、別途シールドガスを使用する必要がありません。
マグ溶接・ミグ溶接
溶接時にシールドガスを用いる方法です。
溶接トーチ内に溶接ワイヤーを電極材として通しますが、このワイヤーは自動的に供給されます。
このことから半自動溶接とも呼ばれます。
マグ溶接ではシールドガスとして、炭酸ガス単体や炭酸ガスとアルゴンガスを混合させたものを使用します。
このためマグ溶接は「炭酸ガス溶接」とも呼ばれます。
炭酸ガスと化学反応を起こすアルミニウムなどの非鉄金属の溶接は適しません。
ミグ溶接はシールドガスとして不活性ガスを使用しますので、ステンレスやアルミ合金の接合が可能です。
エレクトロガスアーク溶接
主に造船や建造物や架橋など大型造形物の鉄骨溶接に使われる方法です。
厚板に対して立向姿勢で効率よく溶接作業ができる方法です。
非消耗電極式溶接
非消耗電極式溶接では、電極としてタングステン電極を用いることが多くなります。
タングステン電極はアーク放電のみするため、溶加材と呼ばれる溶接棒も使用します。
薄板や複雑な形状の溶接なども可能です。
精密さが必要な溶接を施工する際には、非消耗電極式溶接が向いています。
ティグ溶接
シールドガスとして不活性ガスを使用するために「不活性ガス溶接」とも呼ばれます。
電極としてはタングステン棒を使用し、別途溶加材となる溶接棒を使用します。
ステンレスやアルミ、鉄といった多くの金属の溶接が可能です。
溶接ではスパッタと呼ばれる金属の粒子が発生しますが、ティグ溶接ではスパッタがほとんど発生しません。
これは安定したアーク放電が得られることで溶接時に火花が飛び散らないためです。
プラズマ溶接
ティグ溶接と同様タングステン棒を電極として使用しますが、熱源としてプラズマアークを使用します。
ティグ溶接よりアークが広がりにくいため、熱集中性が高くなります。
隅肉溶接や高品質な溶接が可能となります。
溶接機はティグ溶接より高くなりますが、ランニングコストはプラズマ溶接の方が安価です。
ティグ溶接同様にスパッタがほとんど発生せず火花も飛び散りません。
まとめ
金属をつなぎ合わせる溶接には種類がありますが、多くはアーク溶接でつなぎ合わされます。
溶接方法によって、同じアーク溶接でも違いがあります。
さまざまな手法をマスターすることで、作業にもバリエーションが出てきます。
ひとことでアーク溶接といっても、奥深い技能です。
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