溶加材の選択 7 溶接プロセス
溶加材は、母材のグレード、必要な溶接特性、使用環境、溶接プロセス、および適用されるWPSに基づいて選定してください。プロセス名だけで選定してはいけません。このガイドでは、MIG溶接、FCAW溶接、SAW溶接、TIG溶接、被覆アーク溶接、プラズマアーク溶接、酸素燃料溶接における一般的な開始分類を比較し、生産前に確認すべき事項を示します。
グレード、製品形状、厚さ、状態、コーティング、熱処理などによって、使用可能な充填剤の種類は変化する可能性があります。
強度、靭性、耐腐食性、耐熱性、溶接後処理などは、馴染みのある商標名よりも重要である。
ワイヤ、ロッド、被覆電極、管状ワイヤ、ワイヤ＋フラックスシステムは、それぞれ異なるAWS規格と規制を使用します。
選定チャートは候補リストです。生産開始は、該当する規格、認定された手順、および受入基準に基づいて決定されます。
どのような溶加材を使用すべきでしょうか？
選択した溶接プロセス、シールドシステム、熱処理、および使用条件において、必要な溶接金属の化学組成と機械的特性を正確な接合部で実現できる溶加材の種類を使用し、かつ、適用される溶接手順で許可されているものを使用してください。
その答えは「軟鋼にはER70S-6を使用」や「304ステンレス鋼には308Lを使用」といったものほど便利ではないように聞こえるかもしれないが、最もコストのかかる選択ミス、つまり一般的な工場での出発点と生産準備が整ったエンジニアリング上の決定を混同することを防ぐことができる。常温の屋内環境で使用される炭素鋼製のブラケット、低温で使用される圧力境界、焼入れ焼戻しされた吊り上げ部品はすべて「鋼」のように見えるかもしれないが、溶接金属の要件は大きく異なる可能性がある。
したがって、選定の優先順位は、基材金属 → 使用要件 → 規格／設計要件 → プロセスおよび消耗品の形態 → 接合部および位置 → 認定された手順、となります。入手可能性と価格は、技術的に適した選択肢が特定された後の、最終段階で考慮されます。
溶加材開始点セレクター
実用的な候補リストと主な資格要件に関する警告を確認するには、アプリケーションについて説明してください。この出力は、溶接技術者、消耗品メーカー、または責任ある規格専門家との協議のための計画支援ツールであり、WPS（溶接手順仕様書）ではありません。
選択ゲートを定義する
必要な特性、ガス、および溶接手順仕様（WPS）に応じて、多くの低強度炭素鋼加工において、GMAWの一般的な出発点となる。
- 鋼材のグレード、厚さ、強度に関する要件を正確に確認してください。
- シールドガスと設置場所を製品分類と照らし合わせて確認してください。
- 製造パラメータおよび受入検査には、認定されたWPSを使用してください。
7つの溶接プロセスにおける溶加材の選定
同じ合金ファミリーが複数のプロセスで使用されることがありますが、その形状、分類基準、遮蔽システム、および認証条件は異なります。以下の例は、よく知られた材料の一般的な導入例であり、該当する仕様の代替品ではありません。
| プロセス | 消費形態 | 一般的な炭素鋼の出発点 | 典型的な選考基準 | 関連するAWSフィラー仕様の例 |
|---|---|---|---|---|
| GMAW / MIG | 連続的に供給される固体または金属芯電極 | ER70S-6は一般的ですが、ER70S-3やその他の分類が適切な場合もあります。 | 母材の清浄度、ガス、移送モード、強度、位置、および供給 | 炭素鋼はA5.18、低合金鋼はA5.28、ステンレス鋼はA5.9、アルミニウムはA5.10 |
| FCAW | ガスシールド型または自己シールド型管状電極 | E71T-1ファミリーはガスシールド作業でよく使用されます。自己遮蔽型の場合は異なる分類が使用されます。 | 遮蔽モード、位置、靭性、拡散性水素、衝撃要件 | A5.20炭素鋼、A5.29低合金鋼、A5.22ステンレス鋼 |
| 、SAW | 粒状フラックスとともに使用されるワイヤーまたはストリップ | EM12KまたはEL12は、互換性のある分類済みフラックスシステムとの組み合わせでのみ検討可能です。 | ワイヤフラックス分類、入熱量、靭性、回復力、塩基度、および手順 | A5.17炭素鋼、A5.23低合金鋼、A5.9ステンレス鋼電極／棒 |
| ガス溶接/ティグ溶接 | 裸の棒またはワイヤーを分離する。タングステンは消耗しない。 | ER70S-2は、おなじみのクリーン鋼材の出発点です。 | 化学、液溜まり制御、清浄度、パージ/シールド、およびオペレーターの供給技術 | A5.18、A5.28、A5.9、A5.10、A5.14、合金に応じて |
| SMAW / スティック溶接 | フラックス塗布電極 | E7018は、その適用範囲内で一般的な低水素構造の選択肢である。 | 強度、位置、電流、コーティングの種類、靭性、水分制御、水素 | A5.1 炭素鋼、A5.5 低合金鋼、A5.4 ステンレス鋼、A5.11 ニッケル |
| 足 | 別個の裸棒または連続供給ワイヤ | ER70S-2または他の互換性のあるベアフィラーを評価することができます。 | キーホールモードまたはメルトインモード、化学組成、ワイヤ送給、精度、および手順の適格性評価 | 通常、GTAW/GMAWで使用されるのと同じベアフィラーファミリー：A5.18、A5.9、A5.10、A5.14 |
| 海外出稼ぎ労働者 | ガス溶接棒（場合によってはフラックス補助型） | RG45またはRG60は、よく知られた炭素鋼棒の分類である。 | 炎の化学反応、棒の化学反応、接合部の厚さ、フラックス、酸化、および熱制御 | A5.2 炭素/低合金ガス溶接棒、A5.10 アルミニウム、合金固有の仕様 |
プロセスごとに選択ロジックがどのように変化するか
GMAW / MIG
連続ワイヤ高生産性
まず、必要な溶着特性を確認し、次に実際の表面状態に対応できるワイヤの化学組成を選択します。ER70S-6は脱酸剤を含んでいるため、一般的な炭素鋼の加工によく用いられますが、汚れた鋼、コーティングされた鋼、または識別できない鋼材には適していません。ステンレス鋼やアルミニウムを選択する場合は、単に溶着の適合性だけでなく、腐食、亀裂、および使用状況を考慮する必要があります。
選択上の落とし穴： 1本のワイヤをあらゆるシールドガスや伝送方式と組み合わせられると想定すること。ガスの種類、極性、ワイヤ径、電源方式は、適合性や性能に影響を与えます。
FCAW
管状ワイヤガスまたは自己遮蔽
まず、作業にFCAW-GまたはFCAW-Sのどちらが必要かを判断してください。これらは同じ消耗品の互換性のあるバージョンではありません。次に、溶接姿勢、衝撃温度要件、水素指定子、シールドガス、およびメーカーの分類を確認してください。E71T-1ファミリーのワイヤは、全姿勢ガスシールド炭素鋼溶接によく使用されますが、自己シールド溶接の場合は、そのモード用に設計された分類が必要です。
選択の落とし穴：短い商標名だけで購入すること。完全な接尾辞やオプションの指定子には、位置、遮蔽性、耐久性、水素含有量に関する重要な情報が含まれている場合があります。
、SAW
ワイヤ＋フラックスシステムの分類
サブマージアーク溶接では、システム全体の決定が求められます。ワイヤの化学組成、フラックスの種類、極性、アーク回数、入熱量、フラックスの再利用などによって、溶着金属の化学組成や靭性が変化する可能性があります。EM12Kのような一般的なワイヤは仕様の半分に過ぎません。ワイヤとフラックスの組み合わせ、およびその試験済み分類が、要求される溶接金属の特性に合致していなければなりません。
選択の落とし穴：両方の製品が「中立」に見えるため、フラックスを代替してしまうこと。手順書に記載されているワイヤーとフラックスの正確な商品名の組み合わせ、分類、保管および回収方法を確認してください。
ガス溶接/ティグ溶接
ベアロッドハイコントロール
TIG溶接では、熱源と溶加材の添加が分離されているため、溶接棒の直径と送り速度は接合部の充填量を制御するのに役立ちますが、それ自体で熱入力が決まるわけではありません。ER70S-2は一般的な炭素鋼溶接棒です。ER308LとER316Lは一般的なステンレス鋼の溶接棒です。4043と5356は、さまざまな理由で6xxx系アルミニウムに広く使用されています。シールドと裏面保護は、それぞれ独立した要件です。
選択の落とし穴：過熱の解決策として細い溶接棒を使用したり、溶加材が低炭素だからといってパージを省略したりすること。電流、電圧、溶接距離、アーク長、ガス被覆率、継手設計は依然として溶接を左右する要素である。
SMAW / スティック溶接
被覆電極フィールド対応
E7018は、70ksi以上の最小引張強度クラス、幅広い溶接姿勢、低水素被覆システムを兼ね備えているため、広く使用されています。しかし、正確な接尾辞、衝撃指定子、湿気への曝露、電流特性、規格適合性は依然として重要です。高強度鋼や低合金鋼では、引張強度だけでなく、それ以上の要素を考慮した溶接棒が必要となる場合があります。
選定上の落とし穴：製品メーカーや関連法規に従わずに電極を「温めておく」こと。不適切な露光、再加熱、またはロットの混在は、水素制御を無効にする可能性があります。
足
精密アークロッドまたはワイヤー
プラズマアーク溶接では、GTAWと同様のベアフィラー合金ファミリーがよく使用されますが、アークが狭く、キーホールモードが発生する可能性があるため、プロセスウィンドウが変わります。溶接が自溶式かフィラーアシスト式か、ワイヤがどのように溶融池に入るか、そしてフィラーとプロセス変数が要求される溶け込み深さと冶金特性に適しているかを確認してください。
選択の落とし穴： PAWワイヤの供給、希釈、キーホールの安定性を確認せずにGTAW溶接棒の推奨事項をそのままコピーすること。
OFW / オキシフューエル
ガス溶接棒の手動加熱制御
酸素燃料溶接棒は、化学組成、強度、炎下での流動性といった適合性を考慮して選定されます。RG45とRG60は炭素鋼溶接棒の代表的な種類ですが、アルミニウム合金や銅合金にはそれぞれ専用の溶加材とフラックスが必要です。ろう付け用溶加材は別の種類であり、溶融溶接棒と混同しないように注意が必要です。
選択の落とし穴：見た目がきれいなロッドなら何でも良いと決めつけること。無印のロッドはトレーサビリティを損ない、化学物質、煙、または強度に関するリスクをもたらす可能性がある。
AWSの一般的な溶加材分類を解読する方法
分類コードは有用な情報を圧縮して表示しますが、その正確な意味はAWSの仕様と版によって異なります。記憶だけで解読するのではなく、必ず製品データシートと該当する規格を参照してください。
ベースメタルからフィラーへの出発マトリックス
このマトリックスを使用して、溶加材供給業者と溶接技術者への質問事項を明確にしてください。これは一般的な種類を強調したものであり、すべての組み合わせを網羅したものではありません。
| 母材／接合部 | 評価対象となる一般的な充填剤の種類 | なぜそれらが考慮されるのか | 答えが変わる可能性のある条件 |
|---|---|---|---|
| 低強度炭素鋼 | ER70S-3/6、ER70S-2、E7018、E71Tシリーズ、認定SAWシステム | 一般的な構造物および加工作業に用いられる、おなじみの70ksiクラスの消耗品 | 実際の降伏強度/引張強度要件、靭性、拘束力、水素、PWHT、耐候性、および規格 |
| 低合金鋼／高強度鋼 | 適切な合金と強度を備えたA5.28、A5.29、A5.5またはA5.23の分類 | 通常の炭素鋼フィラーでは対応できない強度、焼入れ性、クリープ、靭性などの要件を満たすことができます。 | 母材の状態、炭素当量、予熱/層間加熱、PWHT、熱入力、およびメーカーの制限 |
| 304 / 304Lステンレス鋼 | 308Lファミリー、308LSiは、適切なGMAW用途において濡れ性を向上させる可能性があります。 | 多くの304系接合部で共通して使用される化学組成 | 腐食性媒体、希釈、フェライトターゲット、熱処理、温度、プロセスガス、およびコード |
| 316 / 316Lステンレス鋼 | 316Lファミリー | モリブデン含有堆積物は、必要に応じて孔食/隙間腐食耐性をサポートできる。 | 特定の腐食環境、希釈度、フェライト、使用温度、および設計仕様 |
| 二相ステンレス | 正確なグレードと手順に応じて指定されたデュプレックスまたは過剰合金フィラー | 溶接後に適切な強度、耐食性、および相バランスを実現するように設計されています。 | 熱入力、層間温度、シールド/パージ、窒素、フェライト測定、およびグレード固有の規則 |
| 6061アルミニウム | 4043または5356が一般的な候補です | 4043は流動性と耐亀裂性に優れていることが多く、5356は溶接後の強度と延性が高く、陽極酸化処理後の外観も異なることが多い。 | 接合部の種類、希釈率、強度、延性、色の一致性、高温暴露、および5xxx系合金との接触 |
| 5083アルミニウム | 5183、5356、または5556が評価される可能性があります | Al-Mgフィラーは、強度と5xxx系合金との適合性の高さから広く使用されている。 | 必要な強度、海水使用、長期高温、応力腐食に関する懸念、および仕様 |
| 合金625 | ERNiCrMo-3 / ENiCrMo-3ファミリー | ニッケル・クロム・モリブデンの化学組成を一致させることは、互換性のある接合部やオーバーレイにおいて一般的である。 | 希釈、鉄の混入、腐食媒体、PWHT、高温割れ、プロセス、正確なニッケル合金ペア |
| 銅ニッケル | 互換性のあるグレードとしては、ERCuNiまたはECuNiファミリーが挙げられます。 | 適切な海洋システムにおいて、銅ニッケル析出物の化学組成と腐食挙動を維持するために使用される。 | 正確なCu-Niグレード、鉄含有量、清浄度、予熱、接合拘束、および使用仕様 |
希釈溶接を選択するのであって、どちらかの母材だけを選択するのではない。
異種金属接合では、溶融した溶加材が両方の母材金属と混ざり合います。その結果生じる溶接金属の組成（ワイヤのラベルだけではなく）が、凝固挙動、フェライト、硬質相、腐食、および熱膨張の不一致を左右します。炭素鋼とステンレス鋼の接合において、308Lではなく、過剰合金の309L系溶加材が用いられることが多いのはこのためです。炭素鋼側での希釈を考慮する必要があるのです。
その他、よく用いられる出発点としては、ステンレス鋼と合金625の組み合わせの一部にはERNiCrMo-3が、炭素鋼とニッケル合金の特定の接合部にはニッケル系消耗品が挙げられます。ただし、これらは普遍的なものではありません。バター層、溶接後熱処理の順序、使用温度、ガルバニック腐食への曝露、規格の変数、接合部の拘束条件などによって手順が変わる可能性があります。
最初の部材が溶融すると、溶接部の化学組成が変化する。
添加する合金は、使用可能な希釈組成となるように選択される。
2番目のメンバーは、別の化学的および熱的反応をもたらします。
マッチング、オーバーマッチング、アンダーマッチング
「強度のある充填材の方が安全」というのは、信頼できる法則ではありません。構造や規格が求める強度、延性、破壊挙動は、設計段階で考慮する必要があります。
同等の要求強度
母材の種類に応じて、要求される溶接特性を満たすように、強度が一致する溶接材料が選定されます。正確な適合性には、引張強度、降伏強度、靭性、化学組成など、単一の数値ではなく複数の要素が関係します。
溶接強度が基本要件を上回る
設計によっては有用または必要となる場合もあるが、拘束力、残留応力、または亀裂発生に対する感受性を高める可能性がある。必ずしも優れているとは限らない。
溶接強度を意図的に下げる
設計や規格で認められている場合、延性を向上させたり、特定の高強度鋼材の用途に対応したりすることができる。ただし、これは設計に基づいたものでなければならず、場当たり的な対応ではいけない。
強度の異なる鋼材を接合する場合、一般的な工学的出発点は、強度の低い部材が使用できる強度以上の鋼材を選択しないようにすること、そして、より割れやすい部材については予熱と層間温度を適切に管理することです。母材メーカー、設計者、および関連する規格によっては、より具体的な要件が課される場合があります。
AWS、ASME、WPSが充填材の選択をどのように変えるか
分類は生産手順ではない
AWS A5溶加材規格では、材料とプロセスに応じて、化学組成、機械的特性、使用性、またはこれらの組み合わせに基づいて消耗品を分類します。これらの規格は、消耗品の分類の意味と試験方法を示しています。そして、その分類が使用できるかどうか、またどのように使用できるかは、建築基準またはプロジェクト仕様によって決定されます。
AWS D1.1 に基づく作業では、接合部、溶接プロセス、母材、溶加材、および変数が規格の事前認定規定の範囲内にある場合にのみ、事前認定済みの WPS が利用可能です。そうでない場合は、手順認定が必要になる場合があります。「AWS 認定」が「あらゆる構造溶接に対して事前認定済み」を意味するとは考えないでください。
ASMEセクションIXは手順と人材を認定する
ASME BPVCセクションIXでは、溶接手順書（WPS）の認定変数を、接合部、母材、溶加材、位置、予熱、溶接後熱処理（PWHT）、電気的特性、および技術など、プロセス別に整理しています。溶加材の変更は、プロセスやノッチ靭性試験の適用の有無に応じて、必須、非必須、または補足必須となる場合があります。
第IX項は、設計や最終溶接受入に関するすべての規則を規定するものではありません。建設基準、図面、およびプロジェクト仕様書には、追加の要件が定められています。分類、商標名、直径、またはシールドシステムを変更する前に、実際のWPS、関連するPQR、および最新の基準版を確認してください。
材料を特定する
仕様、等級、製品形状、厚さ、熱処理、コーティングのすべてを記録してください。
サービスを定義する
強度、靭性、耐腐食性、耐熱性、繰り返し荷重、PWHT（溶接後熱処理）、および設計寿命。
プロセスを選択する
位置、アクセス性、生産性、遮蔽性、電源、消耗品の形態。
狭分類
該当するAWS/ASME規格に加え、製造元のデータおよびコード範囲を使用してください。
資格認定と管理
WPS/PQR、試験、ロットトレーサビリティ、保管状況、作業員の資格、および受入状況を確認します。
直径、位置、シールドガス、水素の指定子
直径によって動作範囲が変わります
ワイヤまたは電極の直径は、電流範囲、供給安定性、溶着性、アクセス性、および溶融池の制御に影響を与えます。ただし、熱入力を自動的に低減するわけではありません。熱入力は、電気エネルギー、移動速度、およびプロセス効率に依存します。また、充填材の添加も接合部の充填状態と熱挙動に影響を与えます。
ポジションは分類と一致する必要があります
平面蒸着用に最適化された消耗品は、オーバーヘッド蒸着や垂直蒸着には適さない場合があります。位置／使用性に関する指定をすべて確認し、WPSが製造位置と進行方向を網羅していることを確認してください。
遮蔽はシステムの一部です
アルゴンリッチガスからCO₂に変更したり、流量を変更したり、異なるFCAWガスを使用したりすると、アーク挙動、化学組成、靭性、および分類に影響を与える可能性があります。SAWフラックスとTIG/PAWパージも同様に重要なシステム変数です。
水素指定子は制限であり、免責ではない
H4またはH8の表記は、特定の条件下で試験された拡散性水素濃度を示すものであり、水素割れを完全に排除するものではありません。母材の焼入れ性、拘束条件、温度、湿度、および取り扱いについては、依然として管理が必要です。
位置と関節が希釈に影響を与える
ルート開先、ベベル、裏当て、溶接角度、積層順序によって、溶融池に流入する母材の量が変わります。これにより、本来適合するはずの溶加材でも、意図した溶着層が形成されるかどうかが変わってきます。
熱処理によって対象が変わる可能性がある
溶接直後の特性は、溶接後熱処理後の性能を予測するものではありません。プロジェクトの要件に応じて、複数の溶接後熱処理サイクルを含む実際の熱サイクルに適した溶加材を選定し、その性能を検証してください。
選択した充填剤を適切な状態に保ってください
水分、汚染、ロットの混入、包装の破損、または正体不明といった要因によって消費物の状態が変化すると、生産段階で正しい分類が失敗する可能性がある。
被覆電極、裸線、管状線、棒状電極、およびSAWフラックスは、製造元の指示および関連法規に従って保管してください。低水素電極には、未開封時の保管、保管用オーブン、大気暴露、および再焼成に関する制限が設けられています。これらの温度および時間制限は製品および仕様によって異なり、すべてのE7018製品に共通する安全なオーブン設定はありません。
むき出しのステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム線は、清潔で乾燥した状態を保ち、相互汚染から保護してください。清潔さが特に重要な箇所では、素手で充填材の表面に触れないようにしてください。部分的な包装を作業エリアに移動した後も、ラベル、加熱番号またはロット番号、証明書は材料に付けたままにしてください。
充填剤の化学組成もヒュームのリスクに影響を与える
ヒュームの組成は、溶加材、母材、コーティング、フラックス、シールド、およびプロセスによって異なります。ステンレス鋼や高合金の溶加材では、クロムやニッケルの問題が生じる可能性があります。マンガンは多くの鋼材消耗品に含まれており、亜鉛メッキや塗装された作業では、さらに有害物質が発生する可能性があります。酸素燃料フラックスやろう付け用溶加材には、別途ラベル表示や換気に関する要件が適用される場合があります。
使用する消耗品の安全データシートを確認し、基材とコーティングを評価してください。実際のプロセスに合わせて設計された発生源捕集装置またはその他の換気装置を使用し、暴露モニタリング、呼吸保護具、または特別な管理が必要かどうかを、有能な安全専門家に判断してもらってください。目に見える煙が少ないという理由だけで充填剤を選ばないでください。
溶加材の見積依頼書に含めるべき内容
有用な見積依頼書（RFQ）があれば、サプライヤーは用途を推測することなく、適合性、入手可能性、および関連書類を確認することができます。
溶加材の選択に関するよくある質問
溶加材は、母材のグレードに合わせて選ぶだけで良いのでしょうか？
ER70S-6は軟鋼溶接において常に最適なMIG溶接ワイヤなのでしょうか？
304ステンレス鋼は必ずER308Lで溶接すべきでしょうか？
6061アルミニウムには、4043と5356のどちらを使うべきでしょうか？
より強度の高い溶加材は、弱い母材を補うことができるだろうか？
E7018のブランドを別のブランドに交換することはできますか？
低水素表示は水素分解を防ぐ効果があるのか？
SAWワイヤーとフラックスはなぜ一緒に選ばなければならないのですか？
TIG溶接における溶加棒の直径は、入熱量を制御するために使用できますか？
基材となる金属の種類が不明な場合はどうすればよいですか？
このガイドで使用した情報源
- アメリカ溶接協会：材料および溶接プロセス別の溶加材仕様.
- AWS A5委員会：現在の溶加材規格の範囲と分類の説明.
- ASME BPVC セクション IX: 溶接、ろう付けおよび融着の資格、2025 年版一覧.
- ホバート・ブラザーズ：溶接用途に適したソリッドワイヤの選び方に関するヒント.
- ホバート・ブラザーズ：異種金属の溶接.
- リンカーン・エレクトリック：アルミニウム製品および溶加材合金選定ガイド.
- ESAB：ステンレス鋼およびニッケル溶加材選定ガイド.
- 特殊金属：ニッケル合金溶接製品ハンドブック.
- OSHA技術マニュアル：溶接消耗品、SDSレビューおよび暴露評価.
編集範囲：このページは、エンジニアリングおよび調達に関するガイドです。最新のプロジェクトコード、顧客仕様、溶加材メーカーのデータ、材料証明書、および認定された溶接手順が優先されます。
実際の関節とフィラーの供給を検証する
ワイヤを用いたレーザー溶接では、適切な合金の安定した供給、適切なノズル形状、遮蔽、そして適切なプロセスウィンドウが不可欠です。代表的な試作を計画するために、材料グレード、厚さ、接合部の写真、溶加材の仕様、および必要な結果をお送りください。