何が フィラーメタル 溶接において？
溶加材とは、溶接時に接合部の形成を助けるために添加される金属のことです。ワイヤ、棒、または消耗電極の形で供給されます。溶加材は溶接に必要な材料を供給し、溶接部の組成を調整することができます。多くの溶接工程において不可欠ですが、すべての溶接に溶加材が必要なわけではありません。適切な溶加材の選択は、材料、接合部、工程、および使用条件によって異なります。
どのプロセスにフィラーが必要かを確認する
溶接において溶加材が使用されるのはなぜですか？
溶加材は単に「穴を埋める」以上の役割を果たします。溶接工程において、完成した接合部を制御するもう一つの手段となります。その主な役割は以下のとおりです。
- 必要な溶接量を追加してください。 準備された溝や指定されたすみ肉溶接では、溶融エッジだけでは供給できない量の金属が必要になる場合があります。
- 必要な溶接形状を実現するのに役立つ。 金属を追加することで、所定の断面形状を実現し、制御された接合部の隙間を確保できます。しかし、それによって無制限の隙間が許容されるわけではありません。
- 溶接金属の化学組成を調整する。 適切な充填材を用いることで、基材金属と混合した後、必要な強度、耐亀裂性、または耐食性を実現することができる。
2枚の板の間の溝を想像してみてください。加熱すれば溝の端は溶けますが、接合部には目的の断面形状を作るのに十分な金属が必要です。充填材はその不足分を補うためのものです。単に加熱温度を上げるだけでは、材料を追加するのとは全く異なります。
溶加材の量が多いからといって、必ずしも溶接強度が増すわけではありません。ビードが大きすぎる場合でも、溶融不足、亀裂、または気孔が閉じ込められている可能性があります。重要なのは、設計要件を満たす、適切なサイズで健全な接合部を形成することであり、目に見える溶加材の量が最大であることではありません。
溶加材、母材、溶接金属の違いは何ですか？
母材は元の加工対象物です。溶加材は添加される材料です。溶融溶接では、溶接金属とは接合部で溶融し、その後凝固した金属のことです。
溶加材を使用する場合、溶融した母材金属は通常、溶加材と混ざり合います。この混ざり合いは希釈と呼ばれます。そのため、最終的な溶接部の組成は、スプールに巻かれたワイヤの組成と必ずしも同じではありません。CWB （英国溶接協会）の溶加材と溶接金属の説明では、この違いが明確に示されています。
例：MIG溶接された鋼材継手
鋼片は母材です。トーチを通して送られるワイヤは溶加材です。アークが発生すると、ワイヤとワークピースの金属が溶けてプールを形成します。移動するトーチの後ろで、そのプールは冷却されて固い溶接部になります。
ワイヤーの種類を変えると溶融池の化学組成が変わる可能性があるが、各ワークピースの溶融量も変化する可能性がある。そのため、溶加材の証明書だけでは、完成した製造接合部の特性を証明することはできない。
- 3 — 電極線： 電流を流し、充填剤を供給する。
- 5 — 溶融溶接金属： 液体の溜まり。
- 6 — 凝固した溶接金属： プールの後ろにあるビーズ。
- 7 — 加工物： 接合される母材。
出発材料の詳細については、「溶接におけるベース材料の意味」を参照してください。
溶接電極と溶加材は同じものですか？
場合によってはそうですが、必ずしもそうとは限りません。「電極」は電気的な役割を指し、「溶加材」は接合部に加える材料を指します。
MIG溶接では、ワイヤは電流を流す役割と溶接対象物を溶融させる役割の両方を担います。被覆アーク溶接電極も消費され、溶接の進行に伴って金属を供給します。
TIG溶接では、タングステン電極は電流を流しますが、接合部に溶け込むことを目的としていません。溶接部に溶加材が必要な場合は、別の棒またはワイヤが供給します。ミラー社のTIG溶接基礎ガイドでは、この分離について説明しています。
フラックスはまた別の概念です。溶融池を保護したり、状態を整えたりする役割を果たします。コーティングや芯材が合金成分を供給することもありますが、「フラックス」と「溶加材」は消耗品全体を指す同義語ではありません。
すべての溶接工程で溶加材が必要ですか？
いいえ。MIG溶接、フラックス入りワイヤ溶接、被覆アーク溶接は、溶接工程の一部として電極を消費します。TIG溶接とレーザー溶接は、接合部や材料に応じて、溶加材の有無にかかわらず溶接できます。
溶加材を添加せずに施された溶融溶接は、自溶溶接と呼ばれます。自溶溶接にも溶接金属は存在しますが、その金属は被溶接材から供給されます。溶接金属の定義については、TWI（溶接金属協会）の規定を参照してください。
| 溶接プロセス | 典型的な充填剤の形状 | 充填剤を追加する必要がありますか？ |
|---|---|---|
| ミグ/マグ（GMAW） | 連続的に供給される単線。用途によっては金属芯線が使用される場合もある。 | はい。供給電極が溶接部に金属を供給します。 |
| フラックス入りワイヤ溶接（FCAW） | フラックスを含む芯を持つ管状ワイヤ。 | はい。ガスシールド型と自己シールド型では、要求される要件が異なります。 |
| スティック（SMAW） | 個々の被覆電極。 | はい。電極は消耗しますが、その被覆材はプロセスを維持します。 |
| TIG（GTAW） | 別体の直線棒、または機械的に供給されるワイヤー。 | 任意。承認された自家移植関節には、充填材は添加されません。 |
| レーザー溶接 | システムと手順で使用される場所に配線してください。 | 任意。判断は接合部の体積、接合精度、および溶接部の化学組成によって異なります。 |
| 従来の抵抗スポット溶接 | 通常、増量剤は添加されていません。 | 通常はそうではありません。溶接はワークピースから形成されます。 |
画面が狭い場合は、左右にスクロールしてください。この表は一般的な構成例を示しており、すべての専門的なプロセスバリエーションを網羅しているわけではありません。
このプロセスは、パッケージングの説明にも役立ちます。手動TIG溶接では一般的に直線状の棒が使用され、ワイヤ送給式溶接ではスプールまたはドラムが使用され、被覆付き溶接棒は別々の長さで使用されます。これらの形状だけでは、合金の種類や、製品が用途に適しているかどうかはわかりません。
「溶加材不使用」は品質評価ではありません。自己溶接は、ある接合部には適していても、別の接合部には不向きな場合があります。溶加材を用いた溶接方法に置き換える前に、溶接サイズ、溶融状態、および必要な特性を確認してください。
ER70S-6、E7018、ER308Lとはどういう意味ですか？
溶加材の分類は、特定の特性に基づいて製品をグループ分けしたものです。規格ファミリー内でコードを確認してください。同じ桁の位置でも、合金の種類によって意味が異なります。
| 例: | 読み方 | と間違えないでください |
|---|---|---|
| ER70S-6 AWS A5.18 | ER： 電極または棒。 70： ksiシステムにおける強度クラス識別子。 S: 固体。 -6： 化学組成表示。 | 電流設定、ワイヤ径、または完成した接合部の保証強度。 |
| E7018 AWS A5.1 | E: 電極。 70： 筋力クラス。 1: 全ポジション分類。 8: 適用範囲および現状／利用可能性に関する指定。 | 製品の説明書に従わずに、いかなる極性、保管方法、または技術を使用することも許可されています。 |
| ER308L AWS A5.9 | ER： 電極または棒。 308： ステンレス鋼構成タイプ。 L: 低炭素指定。 | 308 ksiの引張強度定格、またはベースメタルグレード番号の直接コピー。 |
例では、ISO規格ではなくAWS A5規格を使用しています。単位ksiは1平方インチあたり1,000ポンドを意味します。正確な制限値、試験条件、およびその他の付加記号については、該当する仕様書および製品データをご確認ください。
「70」という分類だけでは、耐荷重継手の承認には不十分です。分類試験は規定された条件で行われますが、実際の溶接は形状、希釈率、入熱量、および作業技術にも左右されます。溶加材の分類を許容荷重に変換しないでください。
コードの読み取り例については、ホバート社の電極分類ガイド、ソリッドワイヤガイド、および308/308L製品データを参照してください。
電線の直径は合金の分類に含まれるのでしょうか？
いいえ。直径は別のサイズであり、通常はミリメートルまたはインチで表記されます。同じ分類でも、複数の直径で販売されている場合があります。サイズは、承認された手順、フィーダー、トーチ、および動作範囲に適合している必要があり、合金コードだけでは選択できません。
適切なフィラー金属を選択するにはどうすればよいでしょうか?
まずは、利用可能なスプールではなく、作業要件から始めましょう。正確な分類は、材料と手順の選択の結果であり、近道ではありません。
- 両方のワークピースを特定してください。 実際のグレードと条件を明確にしてください。「ステンレス」や「アルミニウム」といった名称だけでは不十分です。特に修理や異種金属接合の場合はなおさらです。
- 接合部が耐えなければならない負荷を定義する。 必要な強度、靭性、耐食性、温度、および溶接後の熱処理を確認してください。室温での加工に適した溶加材でも、他の使用条件を満たさない場合があります。
- 工程と設備を確認してください。 製品データと照らし合わせて、充填材の形状、直径、溶接位置、ガス、該当する場合は極性、および供給用ハードウェアを確認してください。
- 指定された溶接手順に従ってください。 溶接手順仕様書（WPS）には、承認された溶接条件が記載されています。変更内容がその手順書または関連規則の範囲外である場合は、製造前に必要な技術審査と資格認定を取得してください。
ホバート社の選定基準は、材料、サービス、プロセス、仕様に関するチェック項目を網羅しています。プロセス固有の詳細については、7つの溶接プロセスに対応した溶加材選定ガイドをご参照ください。
溶加材は母材と完全に一致していなければならないのでしょうか？
いいえ。互換性のある溶接には、必ずしも同一の合金番号は必要ありません。例えば、ホバート社は、 304型ステンレス鋼を含む用途向けに308/308L溶加材をリストアップしています。ベースグレードと溶加材の名称は、異なる製品を表しています。
この例が示していること、そして示していないことは、 304母材と308L溶加材の組み合わせは番号の誤りではないということである。しかし、その組み合わせだけで、すべての304部品、使用環境、または溶接手順が承認されるわけではない。
強度の高いフィラーの方が常に優れているのでしょうか？
いいえ。強度は、靭性、亀裂発生リスク、溶接金属の化学組成、および接合部の最も弱い部分と合わせて考慮する必要があります。「適合」「オーバーマッチング」「アンダーマッチング」は、指定された強度レベルを比較するものであり、良質、優良、最高品質の等級を示すものではありません。
より強固な溶着物を使用しても、溶接部付近で軟化した母材を自動的に修復したり、溶融不良を補ったりすることはできません。ラベルに記載されている最大の数値を選択するのではなく、設計および認定された手順で要求される強度関係を使用してください。
レーザー溶接で溶加材が必要になるのはどのような場合ですか？
レーザー溶接では、接合部に金属を追加する必要がある場合、制御された隙間を埋める必要がある場合、または溶接化学組成を調整する必要がある場合に、溶加材ワイヤを使用することがあります。自己溶接は、接合部の形状、材料、および必要な溶接断面が許容する場合に適しています。
ワイヤ送給は、プロセス変数の一つを追加する。ワイヤは溶融池の目的の位置に到達し、均一に溶融する必要がある。送給速度、移動速度、位置合わせ、および利用可能なレーザーエネルギーが連携して機能しなければならない。ワイヤを追加しても、溶融深さや速度が必ずしも向上するとは限らない。
TWIのコールドワイヤレーザー溶接に関するガイドラインでは、ワイヤを追加する理由と、信頼性の高い供給の重要性について説明しています。
工場での試作では、同一の基材グレード、接合部、および要求される結果を比較します。溶融部と溶接部の寸法、およびトップビードを確認します。生産時の安全対策とヒューム制御設備を使用し、合意された合格基準に基づいて結果を判定します。
ワイヤ送給式レーザー溶接とワイヤレスレーザー溶接の比較を続けます。ワイヤアシスト方式が既に選択されている場合は、ワイヤ送給速度がレーザー溶接にどのような影響を与えるかを確認してください。
不適切な、あるいは保管状態の悪い溶加材は、どのような問題を引き起こす可能性がありますか？
合金の種類が間違っていると、溶接部の供給やビードの外観が正常に見えても、不適切な溶接結果になることがあります。また、溶加材が損傷したり汚染されたりすると、別の問題が発生します。本来は正しい製品であっても、使用できなくなってしまう可能性があるのです。
- 予期せぬひび割れや性能低下： 充填剤の種類、ベースグレード、および製造手順を確認してください。より強力な充填剤に変更すれば問題が解決すると安易に考えないでください。
- 多孔性または不規則な給餌： 電線または棒に、水分、油分、汚れ、腐食、損傷がないか点検してください。また、シールドや機器も確認してください。これらの症状は、充填材だけが原因であることを証明するものでもありません。
- ラベルの欠落または在庫の混在： その物質の正体と適合性が確認されるまで、その物質の使用を中止してください。外観だけでは、充填剤の分類を確実に判断することはできません。
充填剤は清潔で乾燥した状態に保ち、識別できるようにしてください。
在庫品は湿気や汚染から保護し、分類情報とロット情報を保持し、異なる合金は分けて保管してください。開封済みのパッケージや機械上に残された材料については、製造元の指示に従ってください。
低水素電極は、製品ごとに適切な取り扱いが必要です。暴露限界、保管条件、および許可されている再乾燥手順は、一律ではありません。すべての電極に同じオーブン設定を適用したり、溶接ワイヤを一般的な回復方法としてオーブンで焼いたりしないでください。
ホバート社の保管ガイドラインでは、汚染されたり、取り扱いが不適切な消耗品が品質問題を引き起こす理由を説明しています。疑わしい在庫は、使用可能な材料に混ぜ戻すのではなく、別途保管して検査してください。
溶加材を変更すると、溶接ヒュームに含まれる物質も変化する可能性があります。新しい消耗品を導入する前に、製品安全データシートと作業場における安全対策を確認してください。
溶加材を使用する前に確認すべきことは何ですか？
接合する材料、接合部に求められる性能、充填材の正確な分類とサイズ、およびその使用を許可する手順の4点を確認してください。次に、供給された材料が識別可能で、良好な状態であることを確認してください。
溶加材は、溶接工程や接合部に材料の追加が必要な場合、あるいは溶接時の化学組成を変更する必要がある場合に不可欠です。単に溶接を行うという理由だけで不可欠なわけではありません。重要なのは「どの溶加材が最も強度が高いか？」ではなく、「どの溶加材がこの接合部の要求を満たすのに役立つか？」という問いです。