アーク溶接機 – metoree本番管理

アーク溶接機とは

アーク溶接機

アーク溶接機 (英: arc welder) とは、アーク放電を利用して、同じ金属同士をつなぎ合わせる溶接機械です。

アーク放電とは、接続していない導体間に高電流を流すことで、導電性のない空気中を電流が流れる現象を指します。電流が流れることで励起状態となり、5,000～20,000℃の高温まで達します。鉄は1,500℃程度で溶融するため、鉄同士を接合する十分な温度を作ることが可能です。

アーク溶接機にはいくつか種類がありますが、基本的に放電用電極又は溶接棒を使用して、母材を接合します。この際、不活性ガスで酸化や窒化を阻止します。

アーク溶接機は、自動車・鉄道車両・船舶・航空機・建築物・建設機械・産業機械など、あらゆる金属構造物に一般的に使われています。母材は鉄鋼が多いですが、アルミニウムやチタンなどの非鉄金属の接合にも利用可能です。

溶接は窒素や酸素が多く存在する大気中で行うため、窒化や酸化が起こると溶接不良の原因になります。この現象を避けるため、アーク溶接中は窒素や酸素を遮断する不活性ガスを使用します。不活性ガスはシールドガスと呼ばれ、アルゴンや炭酸ガスなどが使用されます。

アーク溶接機は、放電用電極の溶融の有無によって、消耗電極式アーク溶接機と非消耗電極式アーク溶接機に大きく分けられます。消耗電極式は、被覆アーク溶接やMIG・MAG溶接などが該当し、非消耗電極式には、TIG溶接やプラズマ溶接などがあります。

金属製の心線を炭酸カルシウムとセルロースを主成分とした被覆材で覆った溶接棒を使用してアーク放電を発生させる溶接方式です。電源により、交流タイプと直流タイプがあり、被覆材が熱によって分解しシールドガスが発生します。このガスが大気中の酸素や窒素から保護し、溶接不良を防止します。

MIG・MAGは、「Metal Inert Gas, Metal Active Gas」の略で、酸化や窒化を防ぐシールドガスに不活性な炭酸ガスやアルゴンガスを使用する溶接方式です。

溶接ワイヤーは自動的に供給されるため効率性に優れます。ただ、非鉄金属のアルミニウムなどの溶接は困難で、鉄の溶接以外には使用できないデメリットを持ちます。

TIGは、「Tungsten Inert Gas」の略で、放電用電極にタングステンを用いています。シールドガスには、アルゴンガスやヘリウムガスを使用します。溶接棒を別途用意する必要があります。

放電用電極にタングステンを使用し、プラズマアークを熱源にして溶接する方式です。プラズマはエネルギー密度が非常に高く、母材の変形も少ないメリットがあります。一方で、溶接機やランニングコストが高価になります。

アーク溶接機は、電極から熱電子を放出することでアーク放電を発生させます。ここで発生する熱エネルギーを利用して母材を溶融させることで接合を行います。一般的なアーク溶接機は、溶接電源に交流と直流のタイプに分類できます。

交流のアーク溶接機は、様々な種類の漏洩変圧器が用いられています。そのなかでも可動鉄心形が優れた特性をもっています。一次コイルと二次コイルを向かい合わせることで可動鉄片を動かし、漏洩に対するリアクタンスを変化させ、二次電流を調整することができるようになっています。

直流のアーク溶接機は、内部でインバータ制御が行える機構を持っています。したがって、内部構造は複雑で、価格が高く保守性が悪い短所があります。しかし、電圧の調整範囲が広く、安定した出力での溶接が可能です。

これら溶接機に、溶接トーチや溶接棒を自動供給する装置、及びシールドガスを充填・噴出する装置が付いています。

一般的に多く利用されている被覆アーク溶接機を使用する際は、以下のポイントを押さえておく必要があります。

1. 服装
溶接を行う前準備として服装の確認を行います。一般的な服装は、作業帽や頭巾・保護メガネ・腕カバー・革手袋・溶接用遮光式保護面・前掛け・足カバー・防塵マスクなどです。

2.部品の準備
溶接に使用する部品の準備を行います。溶接を行うには溶接機本体・キャブタイヤケーブル・アースクリップ・溶接棒クリップ・溶接棒ケーブル延長用ジョイント・電源用工具・溶接棒乾燥機などが必要です。

そして、電源用工具などは、溶接機本体の接続方式や接続先の電源に合わせて準備を行います。溶接機の接続に充電路での作業が含まれる場合には、労働安全衛生法にて低圧電気取扱者特別教育の受講が義務付けられています。部品の準備が終わったら、溶接に使用する工具の準備を行います。

一般的に使用される工具には、ケレンハンマーやチッピングハンマー・ワイヤーブラシ・ソリッドマーカー・溶接ゲージ・ディスクグラインダー・消火器などがあります。アーク溶接を行う際には労働安全衛生法が適用されます。作業主任者の選任や特殊健康診断・作業環境測定の実施が義務付けられるため注意が必要です。

参考文献
https://www.kousakukikai.tech/arc-welding/
https://kageyama-co.jp/
https://www.mhlw.go.jp/stf/newpage_12725.html
http://search.hitachi.co.jp/search/HYOURON.html
https://www.ushio.co.jp/jp/technology/glossary/glossary_a/arc_discharge.html
https://em.ten-navi.com/dictionary/2910/
http://www.jwes.or.jp/mt/shi_ki/wo/archives/31/
https://nichiei-kouzai.co.jp/
https://40chousennsya.com/weld53