こんにちは!
石川県金沢市や白山市を中心とする北陸3県で工場設備製作など鋼構造物製作、リノベーション事業、イノベーション事業を手がけている有限会社西田鉄工です。
溶接は、自動車や船舶、電子機器、建築資材などのあらゆる製品を制作するために使用されている、金属同士を接合させる代表的な加工方法です。
しかし、一口に溶接といってもその種類は多岐にわたります。
そこで今回は、「溶接加工の豆知識」と題して、代表的な溶接方法や溶接のメリットなどをご紹介したいと思います。
ぜひ最後までご覧ください。

溶接とは?


JIS規格において、溶接とは「2個以上の母材を、接合される母材間に連続性があるように、熱、圧力またはその両方によって一体にする操作」と定義されています。
金属加工では、この定義でいうところの母材が金属にあたります。
2個以上の金属を、溶かすか圧力をかけて接合することで一体にする加工方法といえるでしょう。
溶接は、融点に達することで、溶け始めるという物質の性質を利用しています。
金属の溶接では、鉄で約1530℃、銅で約1080℃といった非常に高いエネルギーを利用します。
そのため、手作業で溶接を行う職人には、長年にわたる技術と経験が求められます。
溶接は、金属加工の工程において、特に職人の技術による差が出やすい分野だといえます。

溶接の種類とは?

融接

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(溶融金属)が冷却されて凝固することによって接合する方法を融接といいます。
外部から加える溶けた金属を溶加材といいます。
融接に分類されている溶接方法に「アーク溶接」「ガス溶接」「レーザー溶接」があります。
よく行われている溶接方法ですので、それぞれの特徴をご紹介します。

・アーク溶接
アーク放電という、強い光と熱を発する放電現象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約16,000℃、外周部で約10,000℃といわれています。
そのため、融点が高い金属であっても一瞬で溶かすことができます。
溶接機とつながった溶接棒またはワイヤを、接合部分に擦りつけることでアーク放電を発生させ、金属を溶かしていきます。
アーク溶接は、アークを発生させるための電極・使用するガス・溶加材の違いによって種類が分けられます。
代表的なものに、MAG溶接・炭酸ガス(CO2)溶接・MIG溶接・TIG溶接などがあります。
アーク溶接は、適切に溶接ができれば高い強度で溶接ができます。
そのため、あらゆる金属構造物に利用されています。

・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、金属を接合する方法です。
アーク溶接のように一瞬で高い熱が発生するわけではありません。
そのため、作業時間が長くなるというデメリットがあります。
しかし、アーク溶接のような強い光が発生しないため、接合部分が見えやすく、溶接不良を起こしにくいです。
また温度調整しやすいため、金属が溶けすぎることを防げるといったメリットがあります。

・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によって金属を溶融させ、接合する方法です。
微小なレーザー光を照射するため、局部的で微細な溶接が可能です。
精密機器などの溶接によく用いられています。
アーク溶接やガス溶接に比べて、熱量が少ないため、変形や歪みを軽減できるというメリットもあります。
レーザー溶接は、レーザーを取り出す媒質により種類が分けられます。
代表的なものに、CO2レーザー・YAGレーザー・ファイバーレーザーなどがあります。

圧接

正式には「加圧溶接」といいます。
圧接は、金属の接合部を電気や摩擦によって加熱し、圧力を加えて接合する方法です。
圧接では、一般的に機械によって圧力を加えます。
そのため、数値制御ができ、作業者の熟練度に左右されず、品質を一定に保ちやすいことが特徴です。
圧接には、ガス圧接、摩擦圧接、超音波圧接などさまざまな種類がありますが、代表的なものに「抵抗溶接」があります。

・抵抗溶接
重ね合わせた母材の接合部分を電極で挟み込んで電流を流し、電気抵抗によって発生したジュール熱で溶融接合する方法を抵抗溶接といいます。
接合部分が点である「スポット溶接」が広く普及しています。
短時間で溶接できることから大量生産に向いています。
また、自動化もしやすいため、製造ライン内でよく活用されています。
母材の板厚が厚いと、溶接が不十分で強度が低くなりやすい傾向があります。
そのため、薄い板の溶接に適しているといえます。

ろう接

母材よりも低い温度で融解する溶加材で接合する方法をろう接といいます。
融接や圧接とは異なり、母材自体は溶かさずに接合するという特徴があります。
一方、母材同士が接合していないため、他の溶接方法に比べて強度的には劣る傾向にあります。
ろう接は、溶加材の融点の違いによって「ろう付け」「はんだ付け」の2種類に分かれています。

・ろう付け
ろう接は、融点が450℃以上の溶加材を利用して行われます。
ろう付けでは、硬ろうと呼ばれるアルミろう・銀ろう・銅ろうなどの溶加材が使用されます。
融点が高いため、ガスバーナーや加熱炉で溶加材を溶融して接合します。
接合強度がはんだ付けに比べて高いという特徴があります。

・はんだ付け
ろう接は、融点が450℃以下の溶加材を利用して行われます。
はんだ付けでは、軟ろうと呼ばれる亜鉛・錫・鉛などの溶加材が使用されます。
はんだは導電性が高いため、電子部品などの組み立てやプリント基板の実装方法として広く普及しています。

溶接を行うメリットとは?

・簡単に接合できる
・強度を高く接合できる
・やり方によっては、気密性や水密性を得ることができる
・製品重量が増えず、組み立ての手間が削減できる
・接合できる形状の自由度が高い

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