アーク放電を利用したアーク溶接は温度が5,000～20,000℃にまで達するため、さまざまな金属の溶接が可能です。
また、アーク溶接にはいくつかの種類があり、それぞれ特徴があります。
今回は、アーク溶接の種類や基本的なアーク溶接の作業の流れ、溶接をきれいに仕上げるためのポイントについて解説します。
アーク溶接の種類
消耗電極式アーク溶接
消耗電極式は電極自体が溶けて部材を溶かし合わせる方式です。
被覆アーク溶接
溶接棒にフラックス（被覆材）を塗布したものを電極としてアーク溶接をする方法です。
被覆材が溶けるときにガスやスラグが母材の溶接箇所を覆うことで風の影響を受けにくいというメリットがあります。
炭酸ガスアーク溶接
炭酸ガスを使用するシールドアーク溶接です。
炭酸ガスがアークと化学反応を起こしてアークを細くし、熱が溶接箇所に集中して作業効率をアップさせます。
炭酸ガスはコストを抑えて入手できる一方でスパッタが多く、仕上がりが悪くなることがあります。
マグ溶接
シールドガスに不活性ガスと活性ガスの炭酸ガスを混合して使用するガスシールドアーク溶接です。
アークを細くし、溶け込みを深くして強度を上げられます。
ミグ溶接
シールドガスにアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを用いるガスシールドアーク溶接です。
アルミやステンレスなどの非金属を溶接できる点が大きな特徴です。
また、溶接速度が速く、仕上がりがきれいな点がメリットです。
一方で、鉄の溶接には向いていません。
サブマージアーク溶接
母材の上に散布した粒状の被覆材の中に電極ワイヤを入れ、そのワイヤと母材の間にアークを発生させて溶接します。
アークの光が見えないため、遮光の必要がありません。
非消耗電極式アーク溶接
非消耗電極式は電極自体が溶け出すことはなく、専用の溶加材を溶かして溶接します。
・ティグ溶接
ティグ溶接は熱に強いタングステンを電極として使用します。
融点の高いタングステンは電極に使用しても消耗がほぼ無く溶接が可能です。
溶接部のシールドガスにはアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを使用します。
非消耗電極式溶接のため、電極とは別に溶加材が必要です。
スパッタがあまり発生しないため、仕上がりがきれいで薄板の溶接に向いています。
・プラズマ溶接
電極にタングステンを使用する点はティグ溶接と同様です。
電極のノズルに不活性ガスを流し、それをイオン化させたプラズマジェットを噴出してアーク電流の導電体とします。
プラズマジェットによりアークが絞られてエネルギー密度が高くなり、母材を貫通させるキーホール溶接ができます。
アーク溶接で用意するもの
アーク溶接に必要な道具や材料は以下の通りです。
アーク溶接機
アーク溶接機は、アーク放電を熱源として溶接を行うアーク溶接用の機械です。
溶接中に達する温度は5,000～20,000℃にもなります。
アーク溶接の種類によってミグ溶接、マグ溶接など、専用の溶接機があります。
溶接棒
溶接棒は電極として使用され、プラスの強い電圧が流れます。
母材にマイナスの電流を流すと高温となる電流が発生します。
遮光マスク
アークは強い光を発するため、目を守るために遮光マスクを使用します。
革手袋
溶接は高温になるため、革手袋は必須となります。
防護服
溶接時の作業服は、耐熱で燃え広がらない素材の防護服の着用が必要です。
ハンマー
溶接時にはスラグと呼ばれる金属片のカスが付着するため、これをハンマーで除去します。
アーク溶接の手順
安全に高品質なアーク溶接を行うためには、正しい手順で作業を行うことが大切です。
アーク溶接の基本的な手順は次のようになります。
1.安全確認
作業前に周囲に燃えやすい物や火気厳禁の物がないかチェックします。
また、作業場所周辺に人がいないか確認します。
2.準備
アーク溶接機にケーブルを接続し、溶接棒を用意して電源をオンにし、電流を発生させます。
3.アークスタート
溶接棒を母材に当て、数回叩くとボーっという音と共にアークが発生します。
4.溶接
溶接している部位が均一に熱で溶けているか確認しながら溶接を行います。
高い品質の溶接を行うには、できるだけ体を固定し、安定した姿勢を保つことがポイントです。
5.溶接後の処理
溶接後はスラグを除去したり、表面を磨いたり、表面に錆び止めや塗料を塗装することもあります。
これらの作業が終わったら溶接完了です。
アーク溶接のコツ
アーク溶接の流れが把握できたところで、溶接をきれいに行う3つのコツをご紹介します。
電流を調節する
アーク溶接を綺麗に仕上げるためには、適切な電流で溶接を行う必要があります。
電流が小さすぎると金属がしっかりと溶けない可能性があり、反対に電流が大きいと金属が溶けすぎて穴が開いてしまう恐れがあります。
状態をよく確認しながら電流を調節することが大切です。
溶接棒と母材の距離を一定に保つ
溶接棒の太さはさまざまです。
太さによっては電流が不安定になり、金属が十分に溶け込まない可能性があります。
また、接合面と溶接棒がくっついてしまい、うまく作業ができない場合もあります。
このようなことを防ぐために、溶接棒と母材は一定の距離を保つのがコツです。
姿勢などを工夫して溶接棒と母材を一定の距離に固定できる体勢で作業を行います。
溶接痕をチェックする
接合面に貝殻が並んだような模様が出来ていればうまく溶接できている証拠です。
溶接作業が完了したら、接合面の溶接痕の形状を確認するようにしましょう。
アーク溶接の注意点
アーク溶接では人体に及ぼすさまざまな危険因子が発生します。
作業時には防止対策をしっかりと行い、危険因子から作業員や周囲の人を守る必要があります。
ヒューム
ヒュームは溶接の熱によって発生した金属蒸気が空気で冷却して細かい粒子となったものです。
ヒュームを吸い込み続けると肺に溜まり、「じん肺」を引き起こして肺の機能を低下させます。
溶接作業中は防塵マスクを必ず着用し、屋内の場合は換気を徹底します。
また、事業者は作業者に対し、定期的に健康診断を受診させる義務があります。
アーク光
アーク溶接では強烈なアーク光が発生します。
アーク光は強い紫外線と赤外線が含まれ、皮膚や目に当たると急性電気性眼炎や白内障といった障害を引き起こすおそれがあります。
作業中は保護面を着用する必要があります。
電撃
アーク溶接では人が導電部に触れると感電事故を起こす可能性があるため、感電対策は必須となります。
作業前には溶接機のスイッチの位置を確認しておき、作業を中断するときは電源を切ります。
また、絶縁性の安全靴や保護手袋、作業着の着用も必要です。
火災・爆発
アーク溶接のスパッタは5～10mもの広範囲に散ります。
可燃物が周囲にあると火災や爆発のリスクがあります。
作業前には周囲を確認し、可燃物は撤去することが大切です。
アーク溶接にはさまざまな種類がある
アーク溶接には多くの種類があり、母材の種類や形状、用途に合わせて適した方法で溶接を行います。
どのような溶接法が適しているかは溶接の専門業者に判断してもらうと安心です。