被覆アーク溶接完全ガイド

被覆アーク溶接（SMAW）は、最も一般的な溶接法の1つである。また、これまでに開発された最も初期の溶接技術の一つです。

Sielded Metal Arc Weldingではシンプルな装置が使用されるので、かなり複雑ではありません。 TIG溶接や他の高度な溶接方法とは異なり、SMAW溶接は習得がそれほど難しくないため、初心者にとって良い出発点となります。

ここでは、SMAW溶接の技術を習得するためのさまざまなヒントとコツについて学びます。

被覆アーク溶接は、手動金属アーク溶接（MMAW）、フラックスシールドアーク溶接、スティック溶接などの別名でも呼ばれています。

被覆アーク溶接とは？簡単に言うと、溶加材が溶けて溶接プールを形成し、それが凝固して以前に分離した金属部分を結合します。

溶加材は電気アークによって溶かされます。アークは、直流または交流電流を発生させるためにコンセントに接続された棒状溶接機によって、金属ワークピースと消耗電極の間に作られる。溶接機で発生した交流または直流電流は、電極と母材との間にアークの形で現れる。多くの場合、直流電流は最良の溶接特性を提供する。

アークによって消耗電極と溶接されている母材が溶かされる。こうしてできた溶接池は、溶けた金属でできている。溶融した溶加材のほとんどは電極によって提供される。

電極を母材表面に沿って着実に動かすと、ビードと呼ばれる金属堆積物の均一な層が形成される。

アークによって発生する熱は、フラックス材料を保護ガス層に変換し、大気による腐食や汚染から溶接プールをシールドする。この保護ガス層は、欠陥のない、強度と信頼性の高い溶接継手を保証するために必要である。その結果、溶接プールを保護するシールドガスを供給するための別のガスタンクは必要ありません。

溶融した溶接池はゆっくりと凝固して、別々の金属部分を互いにしっかりとつなぐ強固な溶接継手を形成します。また、この溶接の過程でスラグ層が形成される。この層は凝固するときに削り取る必要があります。このため、SMAW溶接は他の溶接方法と比較して時間がかかる。しかし、適切な電極を選択することによって、このプロセスをスピードアップすることができます。

SMAW 溶接は、最も頻繁に鉄やスチール部品に採用されています。

スティック溶接の利点

風雨に強い。
被覆アーク溶接装置は安価で、フラックスが保護ガス層を形成するので外部シールドガスを必要としない。
他の溶接技術に比べ、棒溶接は汚れ、腐食、塗料の影響を受けにくいので、溶接前の清掃時間を短縮できます。
さまざまな金属の棒を簡単に交換できます。

棒溶接の欠点

棒溶接は他の技術より遅いかもしれない。
MIG溶接ほど簡単ではない。
棒溶接は非常に薄い部分には適さない。
他の溶接方法と比較して、消耗電極をより頻繁に交換する必要がある。
棒溶接は、過度の気孔率、粗面およびスパッタを生じることがある。

溶接回路電力

溶接回路によって供給される電力は最も頻繁に電流と電圧という形式で表される。電圧値はアーク長に依存し、アーク長は電極の直径と種類によって決定される。溶接回路の電力は、通常、アンペアという単位で示される。溶接電流は、溶接位置、溶接する金属部分の厚さ、および電極の直径によって決まる。厚い金属部分は、薄い金属部分に比べて大きな電流が必要です。

SMAW Welding Protection

SMAW 溶接を始める前に、溶接の危険から身を守るために安全装置を身につけなければならない。溶接用ヘルメットなどの保護具とエプロン、ジャケット、手袋、ブーツなどの保護衣を身につけることが重要です。電気アークから発生する紫外線は、目や皮膚にダメージを与えます。この有害な光線に長時間さらされると、皮膚がんや目の永久障害など、さまざまな病状を引き起こす可能性があります。また、SMAW溶接は高熱、高温のスラグ、スパッタを大量に発生させ、重大な傷害を引き起こす可能性があります。手袋、エプロンや他の保護服は、これらの危険に対する保護のために利用することができます。

あなたは棒溶接を開始する前に、溶接される金属の表面がきれいであることを確認する必要があります。他の溶接技術に比べ、被覆アーク溶接は表面の不純物の影響を受けにくいです。しかし、この不純物が原因で溶接部に重大な欠陥が生じる可能性があります。したがって、溶接の前に表面をきれいにする必要があります。

表面をきれいにした後、最も適切な電極を溶接機にはめ込んでください。溶接機のユーザーマニュアルに記載されているガイドラインに従って、電流設定を行います。

アークを発生させる

アークを発生させるには、スクラッチスタートとタッピングという2つの方法があります。マッチをたたくように、電極を金属表面に引きつけるのです。この動作が正しくできれば、アークが発生して溶接ができるようになります。

電極をワークに打ち付けた後、アークが消えてしまった場合は、電極を表面から離しすぎたことを意味します。電極を金属表面に接触させずに、できるだけ近づけるようにしてください。長時間接触していると、電流が流れて電極が母材に密着してしまうことがあります。

要するに、タッピング法もスクラッチスタート法とあまり変わりません。タッピング法では、電極を母材に対して90度の角度に保ちながら、まっすぐ下ろさなければなりません。電極が表面に接触したら、少し持ち上げます。電極の上昇に伴い、アークが発生します。アークが途切れるようであれば、電極を上げすぎたのでしょう。素早さが足りず、電極と表面との接触が長くなると、電極が金属部分に付着することがあります。

正しい技術（それほど難しくはない）の知識のほかに、アークを発生させるには巧みさが必要で、これは練習によって獲得できるものである。平らな金属片で練習して、一度に弧を描く方法を身につけることができます。このプロセスをマスターしたら、電極を金属表面に沿って一定の速度で動かし、溶接ビードを均一に塗る練習もできる。

溶接ビードを作る練習をしている間、電極は金属表面に対してほぼ垂直になるべきであることを忘れないように。最も安定した結果を得るためには、電極を溶接の進行方向に10～30度傾けるのが最適です。

Different Welding Positions

どの溶接位置を採用する前に、溶融溶接プールに対する重力の影響について考える必要があります。これは液体金属のプールですから、他の液体と同じような挙動を示します。

垂直および水平溶接は、開先や裏板で支持することができます。両方の種類の溶接のために、母材 surface.

に 90 度の角度で電極を方向づけることは降っているスパッターによって与えられる危険のために頭上式の溶接はかなり困難である場合もあります。このような場合にはバッキングプレートが役に立ちます。平らな溶接の場合、電極は金属表面に対して90度の角度で向ける必要があります。可能な限り、電極を少し傾けて、液滴が機器の上に落ちないようにすることも必要です。

Groove Welds

薄い金属では、角形のグルーブ溶接に頼ることができます。しかし、3/16インチより厚い金属部分については、開先エッジをカットするためにグラインダーやプラズマカッターを使用しなければなりません。

V溝溶接と角溝溶接の両方について、あなたはベース金属部分に対して90度で電極を配置する必要があります。より良い結果を得るためには、溶接の進行方向にわずかに傾けてください。他の方向に傾けると、溶接の効果がなくなることがあります。

T-Joint Weld

隅肉溶接を行う場合、溶接部に対して電極を45°に向ける必要があります。一方、重ね継手の作業中は角度を小さくすることができます。また、電極を円運動させると強度が増します。

Troubleshooting Hints and Tricks

被覆アーク溶接の基本を学んでいる間に、多くの問題に遭遇するかもしれない。一貫して練習し、新しいことに挑戦して上達することで、溶接はずっと上手になります。万が一、問題に遭遇した場合は、以下のトラブルシューティングのコツを応用して、それらの問題を解決することができます。

アークを開始することは、特に初心者にとって難しいことです。アークを発生させるために表面を引っ掻くと、電極が金属表面にくっつくことがあります。心配することはありません。電極を鋭くひねるだけでいいのです。そうすると、電極が表面から緩みます。

溶接を始めたら、アークを持続させるために、手を滑らかに、そして着実に動かさなければなりません。電極を表面から離し過ぎると、アークが消えることがあります。溶接を中断した母材上の同じ位置から溶接を再開すればよいのです。表面と電極の間に正しい距離が保たれていることを確認すればよい。

最も適したアーク距離を理解することは、役に立つかもしれない。より多くを見つけるために、業界のメーカーの説明書を熟読してください。 1/8インチのアーク長は、通常、1/8インチの直径を持つ電極に適しています。

貫通が不十分な場合、実際の原因を決定するために、いくつかの可能性のある要因を考慮する必要があります。これらの要因の1つは移動速度です。電極の移動速度が速すぎると、溶接部の厚みが一定せず、幅が狭くなる。

練習すれば、適切な速度で電極を動かせるようになります。水平か平らな位置で最もよい結果を得ることができます。しかし、頭上や垂直の位置で溶接しなければならない場合、電流は水平の位置の場合より少なくしなければなりません。最良の溶接継手は、アーク長を短く保ち、電極を一定の速度で動かすことによって形成される。

もし溶接部が弱すぎて壊れると感じたら、溶接具をしまう前にハンマーを使ってテストしてみることである。溶接部を直接叩く必要はありません。

溶接を続けたり、複数のパスを完了する前に、表面を滑らかにするためにスラグを削り取る必要があります。

Shielded Metal Arc Welding Best Practices

また、シールドメタルアーク溶接技術から最高品質の溶接を保証するために、以下のステップを取ることができます。

通常の範囲から鋼を選択

通常の範囲から鋼を選択することは良いスティック溶接結果を生成することができます。 AISI-SAE 1015から1025までの鋼材がこれにあたります。これらの鋼の場合、硫黄含有量は0.035%未満で、ケイ素含有量は最大値で0.1%です。これらの鋼を使用したスティック溶接は、溶接速度が速いため、より簡単で便利な溶接方法です。また、これらの鋼の望ましい冶金的特性により、割れの傾向も最小限に抑えられます。

化学的性質が通常の範囲を超えている炭素鋼や低合金鋼を溶接しなければならない場合、溶接欠陥が生じる可能性が高くなります。これらの鋼材は棒溶接で割れる可能性が高くなります。これらの鋼材を用いた剛体構造物や厚板の棒溶接では、このような欠陥が発生する危険性がさらに高まります。特にリンや硫黄の含有量が多い鋼材は棒溶接には不向きです。どうしても棒溶接をしたい場合は、低水素、細径の電極を使用するようにしてください。また、溶接プールが長く溶けた状態を保つために、移動速度を遅くして溶接するのがよいでしょう。その結果、気泡が沸騰するのに十分な時間を確保することができます。

最適な継手位置の選択

溶接の仕上がり品質は、継手位置に大きく影響されます。板厚10～18ゲージの鋼板では、45～75°の下向きで溶接すると最も速く溶接できます。過剰な溶接や必要以上に大きな溶接をする必要はない。低合金鋼や高炭素鋼の板は、水平にして棒溶接をします。

最適な電極サイズを選ぶ

大きな電極は大きな電流を流し、高い割合で溶加棒を析出させることができます。高い溶接品質を得るためには、実用的な最も大きな電極を使用する必要があります。しかし、ルートパスやシートメタルでは、バーンスルーを避けるために電極サイズを小さくしなければならない場合があります。

Shielded Metal Arc Welding Defects and Their Remedies

ここでは、最も一般的な棒溶接の欠陥のいくつかと、その可能な解決法を紹介します。

Cracking

Cracking は、溶接部のさまざまな場所で多くの異なる種類の亀裂が発生するので、この話題には事欠かない。すべての亀裂は、それが大きくなって破断に至る可能性が常にあるため、深刻なリスクをもたらします。

亀裂の危険を最小にするために、棒溶接の間に以下のステップに従うべきである：

低水素電極を使う。
堅い接合部や重い板には、高い予熱を採用する。これは、母材から溶接プールに含まれる合金の数を減らすことになります。
フィラーまたはマルチパス溶接の場合、溶接ビードが割れを防ぐために正しいサイズと形状を持っていることを確認します。これが確実であれば、さらに層を増やしてもよいでしょう。短いアークと遅い移動速度で、5度上向きに溶接すると、ビードを大きくすることができます。

硬い部品は割れやすいので、ワークが熱いうちに溶接を行う。可能であれば、クランプしていない方の端の方向で溶接してください。溶接部が冷える間に収縮するように、板と板の間には少なくとも1/32インチの隙間を設ける必要があります。

Shallow Penetration

Penetration は溶接が母材に到達する深さである。これは通常容易に見ることができない。高強度溶接の場合は、接合部の最下点まで完全に溶け込むことが必要です。溶込みが小さいと感じる場合は、移動速度を遅くし、電流を大きくしてみる。

Poor Fusion

適切な融合は、固体ビードが接合部の全長にわたって形成され、溶接池が凝固して接合部の両側を強く結合したときである。融解不良は目に見えやすいので、強力な接合部のためには解決すべきです。ストリンガービード法や高電流を採用することで、融合不良を治療することができます。接合部のエッジに汚れがないことを確認してください。不純物に切り込むことができる11電極やAWS E6010を使用することもできます。

Porosity

Porosity は通常目に見えませんが、それがいかに一般的で深刻であるかを考えると残念なことに、このようなことはありません。気孔の発生を最小限にするためには、棒溶接の前に母材表面をきれいにすることです。また、溶接池の溶融時間を長くしてください。そうすれば、気泡を逃がすのに十分な時間が与えられます。溶接池が早く凝固すると、気泡が閉じ込められることがあります。

リン、イオウ、マンガン、低炭素鋼には低水素電極を使用します。快削鋼は硫黄分が過剰で、棒溶接がうまくできない場合があります。このような場合は、速い移動速度と低い電流で溶接池に溶け込む母材を少なくするような工夫が必要です。また、アーク長を短くすることもできます。

低水素電極を使用する場合は、ライトドラッグ方式が望ましいです。

Wandering Arc

直流棒溶接の場合、浮遊磁界の干渉でアークが迷走し始めることがあります。この問題は、複雑な継手や大電流で発生しやすくなります。アークのふらつきを抑えるには、交流に切り替えるのが一番です。この方法がうまくいかない場合は、より小さな電極を使用し、アーク長を短くし、電流を下げる。

ワーク接続をワーク内の別のセクションに移すことによって、電流経路を変更することもできる。また、異なる位置で接続を行うこともできます。また、ランアウトタブ、完成した接合部に向けて溶接したり、電気経路を変更するためにスチールブロックを配置することを試みることができます。また、溶接の両端の継ぎ目に沿って小さなプレートを取り付けることもできます。

Wet Electrodes

電流と極性がメーカーのガイドラインに従っているにもかかわらず、アークが不安定な場合、電極が濡れている可能性があります。乾燥した電極の場合は新しい容器を開けてください。

アンダーカット

アンダーカットは見た目だけの問題のように思えますが、溶接部に疲労や引張力がかかると、溶接強度を低下させることがあります。走行速度を遅くし、電流を下げることにより、アンダーカットの可能性を最小限にすることができます。また、管理可能な溶接プールの大きさには、より小さな電極を採用することもできます。また、電極の角度を変えてみてください。

スパッタ

スパッタは溶接の強度にあまり影響を与えません。しかし、表面仕上げが悪くなり、そのため清掃費用が高くなる。

第1の方法は、電流を比較的低く保つことです。ただし、この低減された電流は、与えられた電極のサイズとタイプの範囲内であることを確認してください。

また、アーク長を短くすることによってもスパッタを減少させることができる。溶接池が溶接アークの前に広がっている場合は、電極の角度を少し調整します。アークブローの状態には注意が必要です。これはワンダリングアークと呼ばれる。

Conclusion

棒溶接の基礎とその技術だけでなく、棒溶接の欠陥とその対処法についても学びましたね。これは、欠陥のない高品質の溶接を作成するのに役立ちます。

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