2017-10-17

2017-10-17

フレッシュマン講座

ティグ溶接編2010

 Q ティグ(TIG)溶接とはどのような溶接法ですか
 A ティグ溶接は、TungstenInertGas溶接の略で、電極にタングステンをシールドガスに不活性ガスを用いる溶接法でアーク溶接の一種です。
 一般的にアルゴン(Ar)ガスが多く用いられることからアルゴン溶接とも呼ばれます。工業的に使用されている殆どの金属や合金が接合できるという大きな特徴があります。中でも、精密な溶接、特に非鉄金属の溶接に適しています。電極とは別に溶加棒を必要とする場合、溶接作業に両手を必要とすることから比較的難易度が高く、熟練が必要です。

 Q ティグ溶接の原理は
 A ティグ溶接の原理を模式的に表したものを図1に示します。図1に示すように、アルゴンやヘリウム(He)などの不活性ガスをシールドガスとして用いてノズル内に流し、その雰囲気中で融点の高い非消耗のタングステン電極と母材との間にアークを発生させ、そのアーク熱により母材と溶加棒とを溶融させて接合する方法です。
 シールドガスは他の元素と化学反応しない不活性ガスを使用するため、タングステン電極と溶融した金属の酸化や窒化、気孔欠陥の元となる大気中の窒素、酸素等の混入を防ぐ役割があります。

図1 ティグ溶接の原理

 Q ティグ溶接に必要な機器の構成を教えてください
 A ティグ溶接には図2に示すように、溶接電源 SECOND STAGE ヴェルファイア 20系 サイドステップマット ベージュチェック、溶接トーチ、ガス調整器のほか、母材ケーブル、シールドガスが必要です。また、必要に応じて手元での条件調整のためのリモコンや水冷トーチのための冷却水タンク ヴォクシー/H19.7~H22.4/ZRR7#系/福祉車両/トヨタ/クラッツィオ SW シートカバー/アイボリー,タンベージュ,ライトグレー,ブラック/clazzio クラッチオ/ET-1566、溶加棒が必要です。


図2 機器の構成

 Q ティグ溶接の電極にはタングステンが用いられるのは
 A ティグ溶接に用いられる電極の役割は、アークを安定に維持し、アーク熱を溶接部に供給することです。
 タングステンは クラッツィオ・エアー シートカバーキャロル マツダ HB36S/HB25S メッシュ生地仕様 CLAZZIO Air キャロルシートカバー 車シートカバー 軽自動車、融点が約3400度と非常に高い金属であり、充分に加熱されると電子を放出し易い性質を持つ材質(熱陰極)でもあり、これを陰極として用いた場合に電極が消耗しにくい性質があることから、アークを安定に維持する性能に優れた材料といえます。このため、ティグ溶接用の電極として広く用いられています。

 Q タングステン電極にはどのような種類がありますか
 A ティグ溶接用のタングステン電極には、純タングステン電極(純タン)、酸化トリウム(トリアThO2)を数パーセント含ませたトリア入りタングステン電極(トリタン)や酸化ランタン(La2O3)を数パーセント含ませたランタナ入りタングステン電極(ランタン)、酸化セリウム(セリアCeO2)を数パーセント含ませたセリア入りタングステン電極(セリタン)などがあります。これらのタングステン電極は識別するため電極の片側が色分けされています。

 Q タングステン電極の種類と使い分けは
 A 直流ティグ溶接では、トリア入りタングステン電極が広く用いられています。トリア入りタングステン電極は、アークの点弧が容易であること Clazzio/クラッツィオ CLAZZIO Giacca(ジャッカ) ランクルプラド/TRJ150 H21/9~ 5人乗 カラーライトグレー【14ETB0138L】、小電流でのアークの安定性が良いこと、許容電流が大きくとれることなどの点で純タングステンよりも優れた特性を持っているため、直流正極性の溶接では少し高価であっても広く使用されています。
 交流ティグ溶接では、純タングステン電極もしくはセリア入りタングステン電極の使用が推奨されています。これは BRIDE ブリッド シートレール MOタイプ R084MO 助手席側、トリア入りタングステン電極を小電流で使用すると、局部的な溶融突起物が形成されてアークの偏りを起こすこと、大電流で溶接した場合では電極先端部が広く溶融して消耗が多いことから、安価な純タングステンが推奨されています。また クラッツィオ ネオ シートカバー NV100 クリッパー(DR17V) ES-6035 / Clazzio NEO、トリウムは放射性物質で法的規制を受けるため クラッツィオ ネオ シートカバー アルト(HA25S) ES-6021 / Clazzio NEO、トリア入りタングステン電極の生産は次第に積極性を失いつつあります。

 Q タングステン電極の電極径はどのように選べばよいですか
 A 太径の電極で小電流の溶接を行うとアークスタートが悪くなります。また、アークの発生場所が定まらず、溶接の狙いを定めにくいという問題があります。逆に細径の電極で大電流の溶接を行うと消耗が多くなります。良好なアークスタート性能を確保しながら電極の消耗を少なくするためには、溶接電流に応じた電極径を使う必要があり、数種類の電極径が用意されています。

 Q なぜティグ溶接には直流と交流があるのですか
 A 直流ティグ溶接電源の場合、そのつなぎ方によってタングステン電極をマイナスとする場合とプラスとする場合の2通りの接続方法があります。タングステン電極をマイナスに接続すると、アークは電極直下の母材に集中し、指向性も良く、幅が狭く深い溶込みが得られます。このような特性を生かし、、ステンレスや軟鋼の溶接を行います。
 逆にタングステン電極をプラスに接続すると、アークの陰極点が母材表面を動き回るためアークの集中性が悪く、、幅が広く浅い溶込みとなります。また、熱電子と呼ばれる高温の電子がタングステン電極に向かって流れるため、タングステン電極の先端は過熱されて消耗が大きく、特殊な場合以外はあまり使用されません。ただし、タングステン電極をプラスに接続した場合は、母材表面の酸化皮膜を除去するクリーニング作用という現象が発生します。
 交流ティグ溶接電源の場合、タングステン電極の極性が周期的にマイナスとプラスになります。この場合、前述した2通りの接続方法による特徴を共に生かし、電極が消耗する問題を軽減しつつ、クリーニング作用を利用することができます。このような特性を生かし クラッツィオ ネオ シートカバー デイズ(B21W) EM-7502 / Clazzio NEO、、母材表面に堅牢な酸化皮膜を持つアルミニウムやマグネシウムなどの溶接を行います。
 表1に材質による直流ティグと交流ティグの一般的な使い分けを示します。

表1 直流と交流の使い分け

 Q ティグ溶接の高周波スタート方式、高電圧スタート方式とは何ですか
 A ティグ溶接で一般的に用いられている高周波スタート方式は、高周波放電によりタングステン電極と母材との間に火花を発生させることで絶縁破壊を起こしアークスタートを実現する方法です。電磁ノイズの発生を伴うため周辺の電子機器の誤動作を招く恐れがあり注意が必要です。
 直流高電圧スタート方式は Clazzio/クラッツィオ CLAZZIO Giacca(ジャッカ) ヴィッツ/KSP90 H17/2~H19/8 カラーライトグレー【14ETB0122L】、高電圧をタングステン電極と母材との間に印加することで絶縁破壊を起こしアークスタートを実現する方法です。高周波ノイズは小さいものの、出力系統の絶縁低下の影響を受けやすくなります。このほかにもタングステン電極を母材に接触させた状態で通電を開始し、トーチを引き上げることでアークスタートを実現するタッチスタート方式もありますが、電極消耗や母材へのタングステン電極の巻込みが懸念されます。

 Q ティグ溶接とミグ(MIG)溶接の特徴は何ですか
 A ティグ溶接では、気孔欠陥や融合不良などの溶接欠陥が発生しにくく、ミグ溶接と比較して美しいビード外観が得られ易いという特徴があります。アルミニウムの溶接で要求されるうろこ状のビード外観もミグ溶接よりも得易く、また、スパッタが殆ど発生しないことも特徴です。薄板の溶接には低電流でのアーク安定性に優れたティグ溶接が向いています。
 消耗電極である溶接ワイヤを使用したミグ溶接は Clazzio/クラッツィオ Real Leather(リアルレザー) bB S/QNC20、QNC21、QNC25 H23/11~ カラータンベージュ【21ETB0114T】、溶着効率が高いことが最大の特徴で 、ティグ溶接と比較して溶接速度を早くすることが可能で、耐ギャップ性にも優れています。厚板の溶接には少ないパス数で施工が可能であるミグ溶接が向いています。
 また、手動のティグ溶接で溶加棒を使用する場合は両手を使用するため熟練が必要ですが、ミグ溶接では自動でワイヤを送給するトーチを使用して片手で溶接が可能です。
 近年、ミグ溶接機の性能が向上し、ティグ溶接の領域であった薄板アルミ溶接を交流ミグ溶接で可能にしたYD?350AZ4といった溶接機が発売されています。極性比率を可変でき、溶込み深さの調整が可能で、低電流でのアーク安定性に優れています。

 Q 露点(温度)とは
 A 水蒸気を含む気体を冷却したとき、水蒸気の凝結(液化)が始まる温度のこと。露点温度が高いことはその気体が湿っていることを示し、逆に低いということはその気体が乾燥していることを示します。特にアルミニウムのティグ溶接では、気孔欠陥防止のためシールドガスの露点管理が重要です。

 Q なぜアルミニウムの溶接では露点管理が重要なのですか
 A アルミニウムの凝固時の水素溶解度は鉄の約40分の1であり、アルミニウム溶接において気孔欠陥の発生原因はほとんどが水分による影響です。

 Q 露点管理の方法はどのような方法がありますか
 A 金属配管の分岐部の数は必要最低限とし、樹脂ホースの長さも極力短くします。樹脂ホースの材質に天然ゴムやポリエステル、ポリ塩化ビニルなど、水分を透過し易い材質を使用することは避けなければなりません。テフロン性のホースが推奨されています。また、溶接施工前には 、十分なガスパージの実施も有効です。

 Q 初心者でも簡単に条件設定ができるティグ溶接機はありますか
 A 近年のデジタル技術の進歩により、材質や板厚、継ぎ手形状、溶接姿勢など条件を設定するだけで、自動的に最適な溶接条件を設定してくれるナビゲーション機能を有したティグ溶接機(図3)が発売されています。このような溶接機を使用することで、初心者の方でも熟練溶接工の方と同様の溶接条件を素早く設定することが可能となり、、、

、能率と共に溶接品質の向上が期待できます。

図3フルデジタル交流/直流両用ティグ溶接機 
           ◇
 <参考文献>産報出版 現代溶接技術体系(産報出版)

 パナソニック溶接システムFAテクニカルセンター/佐藤 公哉

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