溶接のルート面とは開先部の長さのことを言います。
開先部にはさまざまな種類があり、開先の角度も材料や板厚、溶接方法によって変える必要があります。

このページではルート面、ルート間隔とはどんなものか、開先の種類や角度について解説します。

 

融接の種類

溶接には大きく分けて「融接」「圧接」「ろう接」の3つに分類されていますが、このうち、融接とは2つの金属の接合部分を溶かすか、外部から溶けた金属を加えた後に溶けた金属部分が冷却され凝固することによって接合する方法です。

融接に分類されている溶接方法の中でよく行われているのが「アーク溶接」「ガス溶接」「レーザー溶接」です。

 

アーク溶接

強い光と熱を発するアーク放電を利用した溶接方法です。
アーク放電で発生する熱は中心部で16,000度にも達し、融点が高い金属も溶かすことができます。
アーク溶接では電極を接合部分に擦りつけることでアーク放電を発生させ、金属を溶かします。

アーク溶接にはアークを発生させる電極や使用するガス、溶加材の違いによりさらに種類が分けられ、MAG溶接、炭酸ガス溶接、MIG溶接、TIG溶接等があります。

 

ガス溶接

ガス溶接は可燃性ガスと酸素が結びついて燃焼する際に発生する熱を利用して金属を接合します。

アーク溶接のように一瞬で高い熱は発生しないため、作業時間が長くなるというデメリットはあるものの、温度調節がしやすいため、金属が溶けすぎるのを防ぐことができます。

 

レーザー溶接

レーザー溶接はレーザー光を照射することで金属を溶融させ、接合します。
微小なレーザー光を照射できるため、精密機器等の溶接にも用いられています。

アーク溶接やガス溶接と比べて熱量が少なく、変形や歪みを軽減できるというメリットもあります。

 

ルート面とは

「ルート面」とは、開先部の斜面を除いた垂直面またはその長さのことを指します。

「ルート（root）」とは「根」が元の意味で「付け根」のことを指し、母材のルートと溶接金属のルートがあります。

開先加工で斜めの面を取る場合、残った垂直な面とその長さをルート面と呼びます。
ルート面どうしの間隔を「ルート間隔」と呼びます。

開先加工でルート面を残さずに全て斜面にしてしまうと、加工時にバリが出やすくなってしまう、溶接金属が溶け落ちやすい、ルート間隔を一定に管理しにくくなってしまう、等の弊害が起こります。

また、ルート間隔を取らないと、溶接金属が下まで完全に溶け込みにくく、部分溶け込み溶接になってしまう可能性があります。

 

ルート間隔とは

「ルート間隔」はルート面同士の間隔のことを言います。
溶接金属と母材を一体化しやすくする為に、母材同士に間隔をつくります。

突合せ溶接を行う場合、片面は裏当て金をあて、片面から溶接を行います。
その場合、表面の溶接性は良いですが、裏面の溶接性が落ちます。

ルート間隔がなければ裏側を完全に溶け込ませて溶接金属と母材同士を一体化させることが難しくなります。
こういった現象を防ぐ為にルート間隔を設けて溶接を行います。

ルート間隔は突合せ溶接の継手の種類、溶接の種類、板厚、開先形状等により異なります。
また、開先角度を45度にするか35度にするかによっても異なります。

 

開先の種類

より高い強度の実現の為に開先にはいくつかの形状があります。
基本的な開先形状はJIS等で定められており、突合せ面の形状によりアルファベットやカタカナ文字等に例えて表現されるのが一般的です。

開先には以下のような種類があります。
I形、V形、レ形、J形、U形、X形、K形、両面J形

形状は母材の厚み、材質、溶接箇所等によって使い分けられています。
また、開先加工が容易なものと難易度が高いものがあり、Rが付いている開先は一般的に開先加工の難易度が高くなります。

 

開先角度の決め方

開先角度を決めるときには溶接施工性、溶接欠陥、溶着量にポイントを置いて決めます。

 

溶接施工性

溶接施工性とは
・作業効率
・溶接しやすさ
・加工の容易さ
のことを指します。

開先角度が急角度になればその分作業効率が落ちる傾向があり、I形開先になると開先角度が0度となるので溶接部材が厚くなるとその分作業効率が落ちます。

これは溶接のしやすさにも通じ、開先角度が急になればその分溶接難易度も上がります。
開先角度が急だと溶接中にスラグを巻き込んだり、母材が見えにくく、溶け込みを確認しにくい為です。

加工しやすい開先角度は35度、45度です。
特に現場で開先加工機を使用して開先取りを行う場合はなるべく簡易的な開先角度と形状が望ましいです。

 

溶接欠陥

開先角度によって溶接欠陥が起こりやすい角度があり、開先角度が急角度すぎても広角度すぎても欠陥が起こりやすくなります。

開先角度が急角度で狭いと溶接しにくい、溶け込みが見えにくい、溶接スピードが速い等の理由から溶接欠陥が起こりやすくなります。

逆に開先角度が広すぎる場合溶接量が増えて欠陥の確率が増えたり、時間がかかる為、施工中の集中力の問題で溶接欠陥が起こりやすくなります。

溶接欠陥を防ぐ為にも適切な溶接角度にする必要があります。

 

溶着量

溶着量は少ないほど良いとされています。
理由には溶着量が少なければ、溶接棒またはガスが少量で済む、歪みが少なくなる、作業効率が良い点が挙げられます。

しかし、溶着量を少なくするということは開先角度を急にすることになりますので溶接欠陥と溶接施工性のバランスを見て開先角度を決める必要があります。

開先角度は小さければ作業スピード、歪みの量、溶接欠陥発生率が変わってきます。
しかし、薄い材料の場合、開先角度が狭いと積層が難しくなることもあります。

したがって、開先角度は母材の種類、板厚、溶接方法、溶接姿勢によって変える必要があります。

 

溶接の内容によって開先を柔軟に変える

溶接は金属を接合するための代表的な加工方法ですが、種類は60種類以上にも及び、非常に奥が深い技術であり、間違った加工方法を選択すると溶接不良になってしまいます。

開先1つを取ってもさまざまな種類があり、開先の形状は板厚や母材、溶接方法等により適切な方法が異なり、角度も異なります。
施工の内容により適切な開先と角度を選択肢、正確な開先加工が必要とされています。