溶接割れ等の溶接欠陥の種類と原因・対策・補修方法・検査方法を解説

溶接作業では経験者であっても割れ等の欠陥が出ることがあります。
溶接欠陥には様々な要因があり、それによって欠陥の種類もさまざまですが、具体的にはどのようなものがあるのでしょうか?

そこで、溶接欠陥の種類、原因、防止対策、補修方法や欠陥の検査手法について解説します。

 

溶接欠陥の種類

 

表面欠陥

目視や観察器具で外側から確認できる傷等の欠陥を「表面欠陥」と呼びます。
表面欠陥には割れ、ピット、アンダーカット、変形、ひずみ、寸法、形状不良が存在します。

 

内部欠陥

溶接部の中に存在する欠陥を「内部欠陥」といいます。
内部欠陥には割れ、ブローホール(気泡)、スラグ巻き込み、溶け込み不足、融合不良、柱状組織、硬化、軟化等があります。

 

品質の欠陥

品質の欠陥は不適切な溶接により溶接部に金属組織的な劣化が起こり、耐食性等の金属本来の性質を損なってしまうおそれがあります。
品質欠陥にはぜい性と熱影響部の劣化等の機械的性質、耐食性不良といった科学的性質、金属組織的変質等があります。

 

溶接欠陥が起こる原因と防止方法

溶接欠陥にはいくつかの種類がありますが、それぞれ原因が異なります。

 

表面の割れ

表面に発生する割れは高温割れといい、溶接直後に発生します。
溶接時に溶けた金属が凝固する際に収縮ひずみに耐えきれずに割れが発生してしまいます。

割れの原因は溶接時の拘束が大きい、継手形状が不適正、母材の炭素当量が高すぎることなどです。

したがって、過度な拘束を避ける事、継手形状を変更すること、炭素当量の低い素材を選定することで割れを防止します。

 

アンダーカット

アンダーカットは溶接母材の表面よりも溶接ビード側面が掘られてしまった状態です。

電流値が過大、溶接速度が速すぎる、溶接棒の狙った位置がずれていることなどが原因です。

適切な電流値、溶接速度で作業すること、溶接棒を保持する角度に偏りが無いようにすることで防ぐことが可能です。

 

ピット

ピットは開口欠陥とも呼び、溶接金属内に発生したガスがビード表面に出てきたときに穴となって固まってしまった状態です。

開先内に錆びや湿気、油脂等の汚れが付着していたり、溶接棒が湿度により吸湿している場合に起こる可能性があります。
防止策としてはガス加熱等によって開先内の湿気や油分を取り除くこと、溶接棒を十分に乾燥させること、低水素系溶接棒を使用することがあります。

 

内部の割れ

内部に起こる割れは低温割れと呼び、溶接後約2日~約3日の低温状態で発生します。
旧熱、急冷により形成された硬化組織に水素が徐々に集積し、局部的に延性が低下します。
そして熱収縮による引っ張り残留応力が作用し水素脆化を起こし割れを発生させます。

直後熱により、拡散性水素をしっかりと放出することが大切です。

 

ブローホール(気泡)

ガスを溶解した溶接金属は、温度の低下と共に少しずつガスが放出され、凝固時に急激に大量のガスが凝固界面に放出されます。
ほとんどは大気中に逃げますが、逃げ遅れて凝固し、金属内に気孔ができた状態をブローホールと言います。

ブローホールの主な要因は降雨、強風等でガスシールドが不十分であること、溶接部が十分に乾燥していないこと、開先内に錆びや湿気、油脂等の汚れが付着していること等です。

ブローホールを防ぐには防風対策を行う、溶接棒を適正温度、適正時間で乾燥させること、開先内の湿気や油分をあらかじめ取り除いておくこと等の対策方法があります。

 

スラグ巻き込み

スラグとは溶接作業中に金属から分離したゴミのことを言いますが、そのゴミが吐き出されずに溶接部に巻き込まれることをスラグ巻き込みといいます。

スラグ巻き込みはスラグ除去が十分でなかった、ルート間隔が狭すぎたことが要因となって起こります。
したがって、スラグをしっかりと除去すること、適正なルート間隔で施工することが防止対策となります。

 

溶接欠陥の補修方法

 

表面欠陥の補修方法

表面欠陥の一般的な補修方法はまず、本溶接と同種の溶接棒で肉盛りし、その後グラインダで完成させます。
このとき、母材に傷をつけないように注意する必要があります。
また、品質に影響を及ぼすおそれがある場合は接合部を除去して補修します。

 

内部欠陥の補修方法

内部溶接ではガウジングで溶接部をしっかりと取り除いたあと、本溶接と同様に再溶接を行います。

 

溶接欠陥の検査方法

溶接後は、溶接部外観検査基準に従い、溶接欠陥に該当しないか検査を行います。

検査で溶接欠陥と判断されると、製品としての価値がないということになってしまいます。
とはいえ、溶接された製品は無欠陥という欠陥が全くない状態というものはありません。

したがって、検査では定められた品質をクリアしているかどうかが検査の基準となります。

溶接欠陥の検査方法には外観検査と内観検査があります。
また、人の目による目視検査のほか、機器を使った検査も存在します。

 

外観検査

外観検査は溶接部の表面を検査するものです。
キズや寸法、異物、変形、汚れ等を確認します。

「目視検査」
検査員が自分の目で製品1つ1つを目視で検査する、最も一般的な検査方法です。
必要に応じて検査治具等を使って規定通りの寸法で溶接されているか、変形していないかなどを確認します。

目視では発見しにくい小さな傷は磁粉探傷検査や浸透探傷検査で見つけやすくします。

「磁粉探傷検査(MT)」
強い磁性を持った材料の溶接部表面にある浅い傷には漏洩磁束が発生しているため、磁粉を振りかけると磁束に付着します。
こうすることで目視で傷を発見しやすくします。

「浸透探傷検査(PT)」
蛍光色や分かりやすい色の浸透液を検査部分に塗布します。
余分な塗料を拭き取り、現像液を塗布し、染み込んでいる浸透液を吸い出すと表面に浸透液が広がってくるため目視で傷を確認します。

目では見えにくい微細な傷を検査しやすくするための検査方法です。

 

内部検査

内部検査は放射線やエコーを使って内部に空洞などの欠陥がないか検査します。

「放射線透過検査(RT)」
レントゲン撮影で内部欠陥を調査します。
放射線源とフィルムの間に検査対象を起き、撮影を行います。

放射線を取り扱うため、十分な安全管理が必要な検査です。

「超音波探傷検査(UT)」
エコーを使った検査です。
超音波を検査対象に当てると内部に空洞がある場合は他の部分よりも早くエコーが返ってきます。
このエコーを画像化して割れ等の位置を確認します。

超音波探傷検査は特に溶接部内部の割れや溶け込み不良の検査に使われます。

溶接検査ではこれらの手法のほか、光切断法や3D溶接検査システムなど、最新技術を使った検査の自動化も進んでいます。

 

溶接欠陥の種類と原因、対策を知っておきましょう

溶接の施工にあたっては有害な欠陥が発生しないよう配慮すると同時に発生した欠陥は正しい手順によって除去、補修する必要があります。

欠陥の種類と原因を知っておき、対策をすることで欠陥を防ぐことが可能ですので、代表的な欠陥は頭にいれておくことが大切です。