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●解説コーナー半自動アーク溶接の気孔欠陥について1.はじめに半自動アーク溶接は、鉄骨・造船・自動車をはじめ溶接構造物を製作するあらゆる産業において、その高能率性や経済性・品質安定性などから、現在ではアーク溶接法の主軸となっています。近年、ますます省力化が重要視され自動化およびロボット化が進むなか、その高い生産性が多くの現場で発揮されています。しかし、高性能な溶接電源やロボットを用いても、日々の点検、定期的なメンテナンスや施工時に作業環境への配慮を怠ると、安定した生産性を発揮させることができません。今回は、技術相談の多い「気孔欠陥」の事例を紹介し、原因と対策などを解説しながら日々の設備点検などがいかに重要かをご説明したいと思います。2.気孔欠陥とはや“芋虫状”溶接金属の凝固過程において、溶接金属中に閉じ込められた気泡を気孔欠陥と言います。図1「気孔欠陥の種類」に示すように、発生する場所や形態などによって名称が異なります。ビード表面に見られる球状に開口したものをピット、長手方向に伸びかつ凹みを有する“みみず状”のものをウォームホールやガス溝とよび、溶接金属中に残留した球状のものをブローホールとよびます。主な原因としては、鋼板表面の水分や塗布された防錆塗料などが溶接中のアーク熱により燃焼し、H2やCOなどのガスとなり溶接金属中に侵入して発生する場合や、何らかの原因でシールドガスが乱流を起こし、大気中のN2(窒素)などを巻込んで発生する場合などがあります。図2に半自動アーク溶接による気孔欠陥の特性要因図を示しますが、気孔欠陥にはシールド性・母材の表面状態・機器・施工条件など数多くの発生要因が存在しており、原因究明にはすべての要因を一つ一つ確認する必要があります。今回は、シールド性や施工条件などに関する事例を紹介し、動画を交えてご説明していきます。3.シールドガスについて事例をご紹介する前に、シールドガスについて簡単に触れておきます。半自動アーク溶接のシールドガスには100%炭酸ガスを採用しているユーザがほとんどですが、機械的性質の向上や溶接作業性の改善(例えば、ソリッドワイヤではスパッタやスラグの低減、ビード外観の改善など)などを目的に、アルゴンと炭酸の混合ガス(一般的には80%アルゴン+20%炭酸ガス以下、混合ガス)を採用するユーザもあります。今回は、これら2種類のシールドガスを用いて検証していきます。4.事例紹介【事例-1:ガス流量】(問題)スパッタ低減を目的に炭酸ガスから混合ガスに変更したところ、気孔欠陥が発生するようになった。(原因調査)ユーザのオペレータに詳細状況を聴取したところ、ガスコスト削減の一環で炭酸ガスを15ℓ/分に設定し問題なく施工していたが、混合ガスへ変えた直後に気孔欠陥が発生したとのこと。原因としてはガスの流量不足と考えられました。(対策)シールドガスの流量は、炭酸ガス・混合ガスともにワイヤ突出し長さが15〜25mmの場合で、20〜25ℓ/分が適正です。この範囲にガス流量を設定し施工するよう改善いただきました。(検証)現場で起きた事象を再現するため、2種類のガスで流量を変化させて検証しました。動画1をご覧ください。この溶接条件でガス流量が25ℓ/分の場合はどちらのガスでも問題なく、15ℓ/分で混合ガスにてピットが発生、炭酸ガスでは10ℓ/分でピットが確認されました。この結果から、ガス流量が15ℓ/分以下になると大気を巻込んで気孔欠陥が発生することが確認できました。ガス流量は、必ず適正範囲に設定し、施工ください。①シールド性④母材表面状態③機器ピット風ガス流量黒皮,油,錆ペイントウォームホール(ガス溝)スパッタ付着量水分トーチ部品形状ガス諸元・純度ガスホースの材質配管,接続ピット電流,電圧,速度トーチ角度ガス組成ウィービングノズル高さノズル形状パレス条件ワイヤの種類溶接技能ワイヤ化学成分裏当て,タブ材ブローホール②施工条件その他気孔欠陥の発生図1気孔欠陥の種類図2気孔欠陥の特性要因図2021Spring16
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