フラックス入りワイヤ溶接： 種類、設定、修正方法
フラックス入りワイヤ溶接は、フラックスを充填したワイヤを連続的に供給することでアークを発生させ、溶着金属を溶着させる溶接方法です。セルフシールドFCAW-Sは外部ガス供給なしで溶接できますが、ガスシールドFCAW-Gはワイヤに指定されたガスが必要です。まずは使用するワイヤを特定し、次に極性、送給設定、溶接距離をワイヤのデータと接合部に合わせて設定してください。
アニストン陸軍補給廠のFCAW。写真：マーク・クレグホーン、DVIDS、パブリックドメイン。米国陸軍省（DoW）の視覚情報の掲載は、DoWによる承認を意味するものではありません。
フラックス入りワイヤは、どのように溶接部を保護するのですか？
正式名称はフラックス入りアーク溶接（FCAW）です。金属シースがフラックス成分の芯を覆っています。ワイヤと周囲の母材が溶融するにつれて、芯はアークを安定させ、溶融金属を保護し、溶接金属の化学組成を制御する役割を果たします。冷却中の溶接部の上部にはスラグが形成されます。
手持ち式溶接ガンでは、フィーダーがワイヤを供給し、溶接工が移動とガンの位置を制御します。機械化および自動化されたシステムでもFCAWを使用できます。AWSのプロセス概要では、 2つのシールド方式について説明しています。
溶接時にスラグは有用ですが、次の溶接パスの前、および目視検査の前に除去する必要があります。溶接部内部に閉じ込められたスラグは介在物であり、表面の除去可能な被覆とは異なります。
ワイヤ送給式トーチでは溶接プロセスが特定されません。ソリッドワイヤMIG/MAG溶接では外部ガスシールドを使用します。FCAWはフラックス入り電極を使用し、ガスシールド方式でも外部ガスが必要です。
FCAW-SとFCAW-G：どちらが用途に適しているか？
遮蔽経路は、現場での物流とガスの適用範囲に影響します。ただし、許容される材料の厚さ、溶接位置、最終的な接合強度については示していません。
FCAW-S
自己遮蔽型フラックス入りワイヤ溶接
このワイヤーは、別途ガスボンベを用意することなくシールドシステムに電力を供給します。そのため、ガス供給源や保護された作業エリアの確保が難しい現場での製造や修理作業に適しています。
一般的に、外部ガスシールドが風によって失われるリスクは低い。ただし、適切な気象条件、適切な溶接手順、およびヒューム対策は依然として必要である。「自己シールド型」とは、風に対する耐性が無制限であることや、湿った材料やコーティングされた材料の溶接が許可されることを意味するものではない。
FCAW-G
ガスシールドフラックス入りワイヤ溶接
フラックス入りワイヤは、指定された外部ガス（一般的にはCO₂またはアルゴン/CO₂混合ガス）を使用して動作します。これは、溶接工場において、大量の溶着や位置決め溶接によく用いられます。
ガス供給、ノズル状態、通風、抽出位置は、設置計画の一部となります。配線は、そのガスに対して必要な位置と特性を維持する必要があります。店舗の場所だけでは、ガス供給の信頼性は保証されません。
ミラー氏によるソリッドワイヤとフラックス入りワイヤの比較では、これらのトレードオフについて論じられています。まずは利用可能な作業環境を確認し、次に図面と手順に基づいて正確な電極を確認してください。
設定の前にワイヤーを選択してください
設定記録には、完全な商標名、分類、直径を記載してください。「E71T」だけでは、遮蔽性や使用性に影響を与える可能性のある情報が欠落しています。
- 材料と溶接要件を確認してください。
母材のグレード、両部材の厚さ、接合部の準備、位置、パス数、および必要な特性を確認してください。ワイヤの強度分類は、組み立てられた接合部の耐力を保証するものではありません。
- 記載されている極性を確認してください。
DCEPは電極をプラス端子に接続し、DCENはマイナス端子に接続します。消耗品シートと機器の接続図をよく読んでください。接続を変更する前に、取扱説明書の指示に従って機器を隔離してください。
- 遮蔽仕様に適合させること。
FCAW-G溶接の場合、実際のガス組成を記録してください。ソリッドワイヤで使用したガスが適切であると決めつけたり、ビードを改善するためにセルフシールドワイヤにガスボンベを追加したりしないでください。
- フィーダーとガンを電線に合わせてください。
駆動ロールの種類と溝、張力、ガイド、ライナー、コンタクトチップ、およびガン定格を確認してください。ロール圧力が過剰だと管状ワイヤが変形する可能性があります。ライナーが狭かったり、ケーブルがきつく曲がったりすると、送給が中断される可能性があります。
Lincoln Innershield NR-211-MPは、DC−を使用するE71T-11セルフシールドワイヤです。引用されているOutershield 71Mの技術情報では、外部ガスを使用したDC+が指定されており、100% CO₂と75%アルゴン/25% CO₂の両方の供給経路が記載されています。これらは異なる消耗品システムであり、同じスプールを使用するための互換性のある方法ではありません。
NR-211-MP規格では、ワイヤ径によって板厚が制限されています。0.045インチ以下のワイヤの場合、5/16インチ（約7.9mm）という制限は製品の制限であり、すべての溶接機でその厚さを溶接できるという規則ではありません。
CTWDと電極延長は異なる
データシートから距離をコピーする前に、始点と終点を確認してください。凹型コンタクトチップの場合、ノズルによる測定値はコンタクトチップによる測定値とは異なります。
- 接触先端から作業部位までの距離（CTWD）
- 溶接箇所における、接触チップ先端からワーク表面までの距離。
- 電極延長
- 接点先端部とワイヤーが溶け落ちる点の間にある、溶けていないワイヤー。
- 突き出し
- この単語は一貫性のない使われ方をしている。 ミラーの用語ガイド ノズルから溶融部までの突出部と電極の突出部を区別します。説明書で使用されている参照箇所を確認してください。
CTWD ≈ 電極延長部 + アーク長
この概略図は、ワイヤ／アークの方向を示しています。いずれの電極についても、目標距離は示していません。
従来の定電圧（CV）方式では、ワイヤ送給速度が電流に大きく影響します。延長部が長くなるとワイヤの抵抗発熱が増加するため、一定の送給速度でワイヤを溶融させるのに必要な電流が低下する可能性があります。電圧と送給速度は変更せずに溶接挙動が変化する場合があります。設定調整を判断する前に、距離を一定に保ってください。TWIはこのCVの関係について説明しています。
電圧とワイヤ送給速度をペアで読み取る
1つの表の行には複数の条件がまとめて格納されます。ある行の最低送り速度と別の行の最高電圧を組み合わせても、文書化された組み合わせにはなりません。
メーカーの表の読み方の例：次の 2 つの行は、Lincoln 社の NR-211-MP 速報 C3.2000.10、発行 01/18、2 ページからのものです。どちらも0.035 インチ (0.9 mm) のワイヤ、DCEN、外部ガスなし、13～16 mm CTWDに適用されます。
| 例: | ワイヤー送り速度 | 電圧 | おおよその電流 |
|---|---|---|---|
| A | 70インチ/分（1.8メートル/分） | 15〜16 V | 60 A |
| B | 150インチ/分（3.8メートル/分） | 17〜18 V | 130 A |
画面が狭い場合は、水平方向にスワイプしてください。数値および丸められたメートル単位は、発行された資料からのものであり、新しい溶接手順や、特定の接合部に対する推奨事項ではありません。
この表は、材料の厚さに関するレシピではなく、一般的な運転データを示しています。生産設定を選択するには、使用するスプールと機械、接合部の詳細、および該当する溶接手順仕様書（WPS）に関する最新の情報を使用してください。手順で要求されている場合は、移動速度、予熱温度、および層間温度を記録してください。
関節にアークを当て続ける
フラックス入りワイヤ溶接では、引きずり溶接または引っ張り溶接が一般的です。移動角度は溶接ガンを溶接継ぎ目に沿って傾け、作業角度は溶接ガンを接合面間に向けます。実際の溶接位置については、溶接ガンの取扱説明書を参照してください。ミラー社の軟鋼溶接の基礎知識では、これら2つの角度について解説しています。
アークが接合面と接する位置と、溶融池がアークに沿ってどのように流れるかを観察してください。使用可能な電流に対して速度が速すぎると、溶融が不完全になる可能性があります。速度が遅すぎたり、電流が多すぎたりすると、溶融池がアークより先に流れ出し、溶融が低下する可能性があります。「速度を落とす」だけでは診断は完了しません。この違いについては、TWIの側壁溶融に関するガイダンスで説明されています。
複数回溶接する場合は、前の溶接層を覆う前に、表面、つま先、および溶接開始部からスラグを除去してください。次の溶接層が必要な面に到達できるように、ビードの配置を計画してください。ストリンガービードまたは制御された織りが適切な場合があります。どちらを使用するかは、接合部と溶接手順仕様書（WPS）によって決まります。織り幅が広いほど必ずしも優れているわけではなく、織り目が必ずしも欠陥であるわけでもありません。
2つの速度は別々に制御してください。ワイヤ送給速度はアークへの電極供給速度、移動速度は溶接ガンが溶接線に沿って進む速度です。一方を変更しても、もう一方を制御する必要はありません。
FCAW溶接をMIG溶接やスティック溶接と比較すべきなのはどのような場合ですか？
溶接工程全体における作業内容（アクセス、遮蔽、溶着、洗浄、検査）を比較してください。溶接時の溶着速度が高いからといって、必ずしも完成品の製造サイクルが短縮されるとは限りません。
| プロセス | それを検討する理由 | まだ確認が必要なことは何か |
|---|---|---|
| FCAW-S | 外部ガス供給なしの現場ワイヤ溶接。 | 正確な電線制限、フィーダーへのアクセス、スラグ除去、および露出制御。 |
| FCAW-G | 適切なワイヤを使用した、十分な量の溶着物または位置決め加工。 | ガス供給範囲、承認された位置、清掃、および総サイクル時間。 |
| ソリッドワイヤMIG/MAG溶接（GMAW） | 薄板加工において、板金の状態管理やフラックス・スラグ層の発生回避が重要な場合。 | 遮蔽、伝送方式、接合部の融合状態、および表面状態。 |
| スティック（SMAW） | 送給装置と溶接ガンを設置するのが難しい、短距離溶接作業。 | 電極へのアクセス、電極交換、スラグ除去、および必要な特性。 |
スワイプしてすべての列を表示します。MIG/MAGはガスシールドアーク溶接（GMAW）、スティックは被覆アーク溶接（SMAW）です。これらは比較のためのものであり、強度ランキングではありません。
現場での溶接では、ガス供給の困難さから自己遮蔽溶接が有利となる場合がある。繰り返し組み立てを行う工場では、FCAW-Gとソリッドワイヤ溶接を比較検討する価値がある。比較対象となる部品について、準備、溶接、スラグ／スパッタ除去、検査に要する時間を比較する。これは比較方法であり、どちらの溶接方法が優れているかを断言するものではない。
設定を変更する前に、症状のトラブルシューティングを行ってください。
まず、ワイヤの識別情報、極性、接続方法、送給経路、ワークリターン接続をすべて記載してください。FCAW-Gの場合は、ガス回路も記載してください。現在の設定を記録し、試行ごとに既知の変数を1つずつ変更できるようにしてください。
| あなたが観察するもの | 最初に確認してください | 修正内容を確認する方法 |
|---|---|---|
| ワイヤー製の小屋または鳥の巣 | スプールの抵抗、ロールの嵌合状態と圧力、ライナーのサイズと状態、ケーブルの曲がり、先端の詰まりなどを確認してください。整備を行う前に電源を切ってください。 | 機器のマニュアルに従ってスムーズな給餌を回復させ、その後、代表的な試験を実施して確認してください。 |
| 激しい飛沫または繰り返しの逆火 | 極性、断続的な給電、チップの摩耗、電圧と給電の組み合わせ、および実際の作動距離。 | 安定した溶接動作と再現性のあるアーク挙動を確認し、洗浄後の溶接部も検査する。 |
| 毛穴またはミミズのような表面痕跡 | ワイヤの状態、水分や汚染、電圧と給電の組み合わせ、角度と距離を確認します。FCAW-Gの場合は、ガスの種類、漏れ、ノズルの詰まり、ドラフトを検査します。 | 原因を特定し、必要な基準に従って新たなサンプルを検査してください。表面の痕跡だけでは、内部の状態を完全に把握することはできません。 |
| スラグ混入の疑い | パス間の清掃、ビードの配置、および溝面へのアクセス。 | 指定された検査方法を用いて、影響を受けた溶接部を確認してください。別の溶接パスを重ねても、介在物は除去されません。 |
| 不完全な融合 | ジョイントアクセス、アークの配置、電流、および移動量を確認してください。アークの前方で過剰な移動量とプールの浸水がないかを確認してください。 | 必要な検査によって融合を実証してください。キャップが広い、または滑らかであるというだけでは、十分な証拠とはなりません。 |
| 溶接部のつま先部分のアンダーカット | 銃の角度、電圧／電流のバランス、移動量、および許容される織り目や側壁の一時停止。 | 洗浄後のプロファイルを、図面の許容限界値と比較して測定する。 |
スワイプしてチェック項目と検証項目をご覧ください。これらは初期チェック項目であり、外観のみに基づく診断ではありません。参考資料：ホバート社のセルフシールドFCAWのトラブルシューティングおよびワイヤ送給検査に関するガイダンス。
送給中断とワークリターン回路の詳細については、MIG溶接におけるスパッタリングとスパッタリングに関するガイドを参照してください。ガイドに記載されている機器チェック項目を、FCAWワイヤ固有の設定およびシールド手順と併せて使用してください。
ケーブルが損傷している場合、接続部が過熱している場合、または保護装置が繰り返し作動する場合は、作業を中止して機器の点検を受けてください。溶接部に異常が疑われる場合は、その箇所を再度溶接する前に、点検および修理計画に従ってください。
ガスボンベがないからといって、ガスの危険性がないとは限らない。
FCAW溶接では溶接ヒュームが発生します。ワイヤ、母材、被覆材、作業姿勢、換気状況によってヒュームへの曝露は異なります。屋外での作業は、溶接作業者の呼吸域が十分に保護されていることを意味するものではありません。
- 加熱する対象を特定する。 溶接前に、電線の安全データシート（SDS）、母材、および塗料、メッキ、油、残留物などを確認してください。有害なコーティングの除去と管理方法について計画を立ててください。
- 立ち昇る煙を捉える。 発生源付近には適切な局所排気装置を設置し、溶接作業者や周囲の人からヒュームを遠ざけてください。排気装置は遮蔽システムと連携するように配置してください。
- 露出制御を確認してください。 換気と作業手順が適切かどうかを評価してください。必要に応じて、該当するプログラムを通じて呼吸用保護具を選択してください。密閉空間では、特別な安全作業手順が必要です。
OSHA （米国労働安全衛生局）の溶接ヒュームに関するファクトシートには、これらの対策について説明されています。職場に適用される要件に従ってください。
溶接作業中は、適切な保護メガネ、顔面保護具、皮膚保護具、聴覚保護具を使用してください。可燃物や高温金属を適切に管理し、リード線を点検し、ガスボンベを使用する場合はしっかりと固定してください。アークが停止した後でも、スラグ除去作業中に粒子が飛散することがあります。
完成した溶接部がその用途に合致しているか確認してください。
目視検査および寸法検査を行う前に、スラグを除去してください。溶接部の位置、サイズ、形状、および目視可能な不連続部を確認してください。これらの検査では、すべての埋没界面が溶融していること、または内部介在物が存在しないことを立証することはできません。
切断・加工された断面は、サンプル位置における溶接形状を示すことができる。図面または関連法規の要件によっては、非破壊検査または機械的試験が必要となる場合がある。実施前に、方法、被覆範囲、および合否判定基準について合意しておく必要がある。練習用の溶接ビードだけでは、生産手順の妥当性は認められない。
試験時には、関連する消耗品、ガス、極性、電圧、送り速度、距離、移動量、温度の記録を保管してください。目的は、必要な接合部に関する文書化された結果と、それを再現できるプロセスを確立することです。
フラックス入りワイヤ溶接機でアルミニウムを溶接できますか？
ここで説明するFCAWプロセスと軟鋼フラックス入りワイヤは、アルミニウムの溶接には一般的ではありません。アルミニウムは通常、適切なMIG/GMAWまたはTIG/GTAWシステムとアルミニウム溶加材を使用して溶接されます。マルチプロセス溶接機は、適切な装置を使用すればアルミニウム溶接に対応できますが、「フラックス入り」という表示だけではその能力を保証するものではありません。AWSのアルミニウムに関する議論を参照してください。
湿ったフラックス入り電線はオーブンで乾燥させることができますか？
該当製品の保管および再調整に関する指示に従ってください。一般的な棒状電極のベーキングスケジュールをスプールに適用しないでください。ホバート社のワイヤ送給に関するガイダンスでは、多くのワイヤをベーキングまたは再調整すると、潤滑システムが損傷する可能性があると指摘しています。問題のあるワイヤは、状態が解消されるまで生産から除外してください。
材料、厚み、接合図、現在のFCAWプロセス、および必要な結果をOceanplayer Laser社と共有してください。サンプル比較によって作業全体を評価できるよう、取り付けのばらつきや洗浄時間も記載してください。