溶接

導入

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溶融溶接としても知られる溶接は、加熱、高温、または高圧によって金属やプラスチックなどの他の熱可塑性材料を接合する製造プロセスおよび技術です。 最新の溶接には、ガス炎、アーク、レーザー、電子ビーム、摩擦、超音波など、多くのエネルギー源があります。 工場内だけでなく、屋外、水中、宇宙など様々な環境で溶接が可能です。 どこで溶接しても作業者に危険が及ぶ可能性があるため、溶接時には適切な保護措置を講じる必要があります。 溶接により、火傷、感電、視覚障害、有毒ガスの吸入、過度の紫外線などの人体に危害を及ぼす恐れがあります。

 

 

分類

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1. アーク溶接:

• シールド金属アーク溶接 (SMAW): 一般に「スティック溶接」として知られる SMAW では、フラックスが塗布された消耗電極を使用します。 電気アークが電極とワークピースの間に発生し、両方が溶けて溶接池が形成されます。
• ガスメタルアーク溶接 (GMAW): 「MIG (メタルイナートガス) 溶接」としても知られる GMAW では、連続消耗ワイヤ電極とシールドガスを使用して溶接池を大気汚染から保護します。
• ガスタングステンアーク溶接（GTAW）：「TIG（タングステンイナートガス）溶接」とも呼ばれるGTAWでは、非消耗品のタングステン電極とシールドガスを使用して高品質で正確な溶接を行います。

2. 抵抗溶接:

• スポット溶接: この技術は、電極を使用して圧力と電流を加え、金属シートを溶かすことによって特定の点で接合します。
• シーム溶接: スポット溶接と同様に、電極が接合部に沿って回転し、連続した溶接シームを作成します。

3. ガス溶接:

• 酸素燃料ガス溶接 (OFW): これには、燃料ガス (アセチレン) と酸素を混合して炎を生成し、ワークピースの端を溶かし、ワークピースを融合させます。

4. ソリッドステート溶接:

• 摩擦圧接: 摩擦によって発生する熱を利用して、材料を溶かさずに接合します。 一般的なタイプには、摩擦撹拌接合と回転摩擦接合があります。
• 超音波溶接: 高周波振動を利用して材料間に摩擦熱を発生させ、固体状態の溶接を形成します。

5. レーザー溶接:

• 高強度のレーザービームを使用してワークピースのエッジを溶かして融合させ、正確で局所的な溶接を実現します。

6. 電子ビーム溶接 (EBW):

• 接合部に高速電子ビームを照射することで熱が発生し、材料が溶けて溶接されます。

7. プラズマアーク溶接 (PAW):

• GTAW に似ていますが、絞り付きノズルを使用してアークをより集中させ、より高い溶接速度を可能にします。

8. エレクトロガス溶接 (EGW):

• 消耗電極とシールドガスを利用して、厚い材料を垂直位置で溶接します。

 

溶接方法

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溶接技術は主に金属母材に適用され、アーク溶接、アルゴンアーク溶接、CO2シールド溶接、酸素アセチレン溶接、レーザー溶接、エレクトロスラグ圧接などが一般的に使用され、プラスチックなどの非金属材料も溶接できます。 金属の溶接方法は40種類以上あり、主に「融接」「圧接」「ロウ付け」の3つに分類されます。

溶融溶接は、溶接プロセス中にワークピース界面を加熱して溶融状態にし、圧力を加えずに溶接を完了する方法です。 融着中、熱源は溶接される 2 つのワークピース間の界面を急速に加熱して溶かし、溶融池を形成します。 溶融池は熱源とともに前進し、冷却後に連続溶接を形成し、2 つのワークピースを 1 つに接続します。

圧力溶接は、圧力条件下で固体状態の 2 つのワークピース間の原子結合を達成するプロセスであり、ソリッドステート溶接としても知られています。 一般的に使用される圧接プロセスは抵抗突合せ溶接です。 2 つのワークの接続端に電流が流れると、抵抗が大きいため温度が上昇します。 塑性状態まで加熱すると、軸方向の圧力を受けて接続され、全体が形成されます。

ロウ付けとは、ワークよりも融点の低い金属材料をロウ材として使用し、ワークとロウ材をワークの融点以上または低い温度に加熱し、液状ロウ材でワークを濡らして充填する方法です。界面ギャップを小さくし、ワークとの原子拡散を図ることで溶接を実現します。

接続された 2 つのボディを接続する溶接中に形成される接合部は、溶接シームと呼ばれます。 溶接シームの両側は溶接中に溶接熱にさらされ、その結果、微細構造と特性が変化します。 この領域は熱影響部と呼ばれます。 溶接では、ワーク材質、溶接材料、溶接電流等の違いにより、溶接シームや溶接後の熱影響部に過熱、脆化、硬化、軟化が起こり、溶接品質の低下につながる場合があります。溶接部の性能が低下し、溶接性が低下します。 そのためには溶接条件の調整が必要となります。 溶接前の溶接部界面の予熱、溶接時の絶縁、溶接後の熱処理により、溶接部の溶接品質を向上させることができます。

 

応用

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• 製造業:溶接は、製品やコンポーネントを製造するために製造部門で広く使用されています。 機械、設備、車両、消費財などの生産に使用されています。 溶接は、さまざまな機械や装置のフレーム、シャーシ、構造部品を構築する際に重要な役割を果たします。
• 建設業：建設分野では、溶接は建物、橋、インフラプロジェクトの鉄骨構造の製造に役立ちます。 構造部材、梁、柱、鉄筋の結合に使用され、建設プロジェクトの安定性と完全性を確保します。
• 自動車および航空宇宙産業:溶接は、自動車および航空宇宙分野で車体、エンジン部品、航空機構造を組み立てるために重要です。 これにより、厳しい安全性と性能基準を満たす、軽量でありながら耐久性のあるコンポーネントの製造が可能になります。
• 石油およびガス産業:溶接は、石油およびガス業界でパイプラインの建設、海洋プラットフォーム、機器の製造に広く使用されています。 石油および天然ガス資源の安全な輸送と処理を保証します。
• 造船および海事産業:溶接は造船における重要なプロセスであり、船体、甲板、隔壁、その他の海洋構造物の建設を可能にします。 船舶や船舶の全体的な強度と耐久性に貢献します。
• 発電部門:溶接技術は、火力発電所、原子力発電所、再生可能エネルギー発電所で使用されるタービン、ボイラー、熱交換器などの発電設備の製造に不可欠です。
• 鉄道産業:溶接は、線路や車両、部品の製造や修理に使用され、鉄道輸送の効率と安全を確保しています。
• エレクトロニクスおよび電気産業:エレクトロニクス産業では、はんだ付けなどの溶接技術が回路基板や電子部品の組み立てに使用されます。 電気産業では、配電システムや電気筐体の構築に溶接が使用されています。
• 医療機器製造:溶接は、手術器具、インプラント、診断機などの医療機器やデバイスの製造に使用され、医療用途における精度と信頼性を確保します。
• 消費財および家電:溶接は、家具、冷蔵庫、エアコン、台所用品などの消費財や電化製品の製造に利用されています。
• 防衛および軍事用途:溶接は軍用車両、武器、装甲、構造物を製造する防衛産業において不可欠です。
• 芸術と彫刻:溶接技術はアーティストや彫刻家によって金属芸術作品や彫刻を作成するために利用されており、創造性と職人技を誇示しています。

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