溶接欠陥の一般的な11種類を理解する

#8 溶接ミスマッチ

溶接の不一致は高さの不一致とも呼ばれます。この問題は、溶接される部品の高さが異なる場合に発生します。これにより、構造の完全性と溶接接合部の美観が損なわれる可能性があります。

溶接部の高さの不一致に対処する方法

不適切な位置合わせ、不均一な準備、または溶接技術のばらつきにより、溶接の高さが一致しない場合があります。これらの問題を解決するには、次の方法があります。

• 測定と評価: 精密測定器を使用して、2 つのセクション間の高さの差を測定します。
• 粉砕と充填： 不一致が軽微な場合は、上部を研磨して下部と一致させることで修正できます。研磨によって生じた隙間やアンダーカットがある場合は、それを埋める必要があります。
• 熱の適用: 高温側で熱を制御することで機械的な操作が可能になります。
• フィラープレートの使用: 表面に大きな不一致がある場合は、最終溶接の前に、接合部の下側にフィラーストリップまたはプレートを溶接することができます。これにより、表面が平らになります。作業者は、新しい欠陥を防ぐために、正確なフィッティングと溶接でこの技術を適用する必要があります。

一貫した溶接プロファイルを確保する方法

溶接プロセス全体は、細部にまで細心の注意を払う必要があります。これには準備と最終パスが含まれます。これらの戦略を使用して、一貫した溶接プロファイルを確保します。

• 徹底した準備: 溶接する材料の端が均一に準備されていることを確認します。
• 正確な位置合わせ: 溶接中にワークピースを正確に位置合わせするには、クランプまたはその他の固定具を使用します。
• 一貫した溶接技術: トーチ角度や溶接速度など、一貫した技術を維持します。
• 連続溶接： 大規模または複雑な溶接部では、残留応力と歪みを最小限に抑える溶接シーケンスを使用します。

#9 過剰な侵入

溶接時に、溶接金属が母材に深く挿入されすぎると、過剰な溶け込みが発生する可能性があります。これにより、接合部の反対側に溶接ビードが突出する可能性があります。強固な溶接では深い溶け込みが求められることが多いですが、外観や完全性が損なわれることがあります。

過度な侵入のリスク

溶接構造の過剰な溶け込みは、次のようないくつかの問題を引き起こす可能性があります。

• 基材の弱化: 溶け込みが過剰になると、溶接部の周囲の母材が薄くなる可能性があります。これにより、全体的な強度が弱まり、応力がかかったときに割れが発生しやすくなります。
• ストレス集中の増加: 溶接金属の不均一な分布は、特に過剰な溶け込みが発生した場所で、特定の領域での応力集中の増加につながる可能性があります。これにより、破損箇所が発生する可能性があります。
• 美的価値の欠如： 外観が重要なプロジェクトでは、浸透が多すぎると見苦しくなり、修正するために追加の作業が必要になる場合があります。
• 疲労耐性の低下: 過剰な溶け込みによって生じた凹凸は応力集中の原因となり、溶接継手の疲労耐性を低下させる可能性があります。

浸透深さの制御

溶接工には、過度の溶け込みを避けるために溶け込み深さを制限するオプションがいくつかあります。

• 溶接パラメータの調整: 溶接電流と電圧は溶け込み深さに直接影響するため、下げてください。
• 溶接速度を変更する: 溶接速度を上げると、時間の経過とともに材料への熱入力が減少するため、溶け込みが減少する可能性があります。
• 適切な電極タイプとサイズを選択する: 深さを制御するには、より小さな電極、または浅い浸透用に設計された電極を使用します。
• 溶接角度を変える: 溶接角度を変更すると、どのポイントでも溶け込み深さを減らすことができます。
• パルス溶接技術を使用する： のために ティグ そして ミグ溶接交流電流を使用すると、熱入力を制御し、浸透深度を制御するのに役立ちます。
• 溶接前のジョイント設計の考慮事項を実装する: 適切な充填材を収容できるようにジョイントを設計することで、過剰な浸透を防ぐことができます。

#10 スパッタ

スパッタとは、溶接中に放出され、ワークピースまたはその近くの表面で固まる溶融金属の液滴を指します。

飛沫を理解する

溶接時に飛散が発生する原因としては、次のようなものがあります。

• 間違った溶接パラメータ: 電圧やアンペア数の設定値が高いと、過度の熱が発生し、より多くの溶融金属が放出される可能性があります。
• シールドガスの混合が不適切: シールドガスの種類とその混合は、アークの安定性と形成に重要な役割を果たします。CO2 が多すぎると、熱伝導性と反応性により、MIG 溶接でスパッタが発生する可能性があります。
• ワイヤ送給速度が不十分: ワイヤの送り速度が不十分だとアークが不安定になり、スパッタが増加する可能性があります。
• 汚染物質または電極チップ: ワークピースの汚れや油、電極の錆や汚染物質はスパッタの原因となる可能性があります。これらの汚染物質は溶接アークの安定した流れを妨げます。
• 電極角度または距離: 溶接トーチまたは電極を不適切な角度または距離で保持すると、スパッタが発生する可能性があります。

飛散を減らすためのヒント

スパッタが減少すると、溶接の外観が向上し、溶接後の清掃に必要な時間が短縮されます。スパッタを減らすためのヒントをいくつか紹介します。

• 溶接設定を最適化: 作業対象に応じて、溶接機の推奨設定から始めます。スパッタを最小限に抑えるには、電圧とアンペア数を調整します。
• 適切なシールドガス混合物を使用する: CO2 の使用時に過度の飛散が発生する場合は、アルゴンの含有率が高いシールド ガス混合物の使用を検討してください。アルゴン ベースの混合物は飛散が少なくなる傾向があります。
• ワイヤ送り速度を調整します。 ワイヤの送り速度が溶接電流と一致していることを確認してください。速度が間違っていると、アークが不安定になったり、スパッタが増加したりする可能性があります。
• 表面の清掃: 溶接前に表面を徹底的に洗浄し、汚染物質を除去します。ワイヤーブラシまたは化学クリーナーを使用して、錆、汚れ、油を取り除きます。
• 消耗品の点検と交換： チップやノズルなどの消耗品に損傷や飛び散りがないか定期的に点検してください。これにより、安定したアークが維持されます。
• 正しいテクニックを使う: 正しい電極角度を維持します（通常は 10 ～ 15 度）。

#11 歪み

溶接材料は、反りや曲がりを引き起こす可能性があります。これは、溶接プロセス中または溶接後に発生する可能性があります。これは、完成品の全体的な完全性と寸法精度に大きな影響を与える可能性があります。

溶接が歪む理由

歪みは、溶接部分の金属と周囲の母材が加熱と冷却中に不均一に膨張したり収縮したりすることで発生します。これにはいくつかの要因があります。

• 熱膨張: 金属は加熱されると膨張します。溶接中に急激に加熱すると、局所的に膨張することがあります。その後、冷却プロセスによって収縮が起こります。このサイクルにより、金属に不均一な応力が生じ、反りや歪みが生じる可能性があります。
• 材料の種類： 材料によって熱伝導率と膨張率は異なります。熱伝導率の高い材料は、融点が低く熱伝導率が高い材料よりも変形しやすくなります。
• 溶接技術: 溶接の順序と溶接方法は、歪みのレベルに大きく影響します。たとえば、シートの片側を連続的に溶接すると、ずらしたり、小さなセグメントで溶接した場合よりも歪みが大きくなります。
• ジョイントの設計: 接合部における溶接金属の設計と分布は、熱の吸収方法に影響を与える可能性があります。
• 入熱量と溶接速度: 溶接速度が速いと、熱応力と温度勾配が増加する可能性があります。

歪みを最小限に抑えるテクニック

溶接中の熱入力を制御し、応力を均等に分散させることが重要です。これを実現するための方法をいくつか紹介します。

• ジョイントデザイン: 溶接金属を少なくするジョイント設計を実装すると、熱入力と歪みを減らすことができます。
• 断続溶接を使用する: 1回の連続した長い溶接ではなく、短い断続溶接を使用する.
• 予熱: 予熱により冷却速度が遅くなり、温度勾配が小さくなり、歪みのリスクが軽減されます。
• 溶接クランプと固定具を使用する: 固定具は溶接中にワークピースを保持します。固定具は収縮力を相殺し、必要な位置合わせと寸法を維持するのに役立ちます。
• 溶接シーケンスを戦略的に計画します。 熱を均一に分散する適切に計画された溶接シーケンスにより、歪みを軽減できます。非対称の溶接シーケンスは、大規模なアセンブリ内の応力のバランスをとるのに役立ちます。
• 溶接速度と熱入力を制御する:  電圧と溶接速度を調整することで溶接速度を制御し、可能な限り最良の融合を実現できます。パルス溶接機能を備えた最新の溶接機器では、熱入力をより適切に制御できます。
• バックステップ溶接: この技術は、全体の進行方向とは逆方向にセグメントごとに溶接するものであり、歪みの力に対抗することができます。
• 溶接後の熱処理: 溶接後の制御された熱処理により、残留応力と歪みのリスクを軽減できます。

検査

多くの業界では、溶接の完全性と品質を確保することが非常に重要です。これは、安全性と信頼性を優先する業界では特に当てはまります。溶接の検査とテストは、非破壊テスト (NDT) と破壊テストの 2 つのカテゴリに分類されます。

非破壊検査（NDT）技術

NDT 法は、損傷を与えることなく、材料、コンポーネント、またはシステムの特性を評価します。これらの技術は、コンポーネントを損傷することなく溶接部を検査できるため、品質管理と継続的なメンテナンスに不可欠です。標準的な NDT 技術には次のものがあります。

• 検査ビジュアル: 拡大鏡または肉眼を使用して溶接部を検査し、表面の欠陥を検出します。
• 超音波検査: UT は高周波音波を使用して内部の欠陥を検出する方法です。 
• 放射線検査（X線およびガンマ線）: この技術では、イオン化放射線を使用して、溶接部の画像をデジタル センサーまたはフィルムにキャプチャします。レントゲン写真では、材料の密度や厚さの違いによるコントラストの変化が示されます。
• 磁性粒子検査: MPI は強磁性体の表面および表面付近の不連続性を検出します。対象領域を磁化し、鉄粒子を塗布します。これらの粒子が欠陥に集まり、欠陥が可視化されます。
• 浸透探傷検査（LPI）： この方法は、非強磁性材料や非多孔質材料に適している。表面浸透性の高い液体を溶接部に塗布する。余分な液体を除去した後、現像剤を塗布して欠陥を明らかにする。

いつ、どのように破壊検査を行うか

破壊試験法は、引張強さや耐衝撃性など、溶接部の 機械的特性を測定する。これらの試験は通常、最終的な使用に適さない程度に試料を破壊または変質させる。破壊試験は、溶接手順の開発、製造品質の定期 的な監査、または故障解析に不可欠である。標準的な破壊試験には以下が含まれる：

引張試験： この試験では、破断するまで溶接部を引き離す ことによって溶接強度を評価する。溶接部が破断するまでに耐えられる最大力を記録し、引張強さを決定する。

• 曲げ試験： これらは、接合部の強度と柔軟性を測定するために使用される。特定の角度まで曲げたり、破損するまで曲げたりして、ひび割れや欠陥がないかどうかを調べます。
• シャルピーVノッチ試験： 衝撃靭性を測定。切り欠きを入れた試験片を破壊するのに必要なエネルギーが測定できる。
• 硬度試験： 溶接金属と熱影響部（HAZ）の圧痕に対する耐性を試験する。溶接が材料特性にどのような影響を与えるかを知ることができます。

破壊試験

• 新しい溶接手順を開発する際には、性能のベースラインを確立することが極めて重要である。
• すべての生産溶接部を定期的にサンプリングすることで、一貫した品質を保証します。
• 故障解析は、部品が故障した原因を特定するために必要である。

破壊試験の使い方:

• 材料と溶接条件に関して、製造サンプルと同じ代表サンプルを選択する。
• 一貫性と信頼性を確保するため、関連する規格と手順で試験を実施する。
• 結果を分析し、期待されるパフォーマンスからの逸脱を特定する。是正措置が必要な場合もある。

溶接欠陥の修復

溶接欠陥の補修は、溶接継手の構造的完全性と 耐久性を保証するため、溶接の本質的な側面で ある。溶接欠陥の補修は、欠陥の程度と種類、および 溶接構造に対する特定の要件によって異なる。

一般的な方法による溶接部の補修

• 再溶接と研磨:クラックやアンダーカットなどの表面欠陥は、再溶接によって修復できる。
• 修理:欠陥が大きい場合や構造部品が損傷している場合は、補修パッチが必要な場合がある。
• 熱処理： 溶接後熱処理（PWHT）は、残留応力や硬度の問題など、特定の欠陥に対処することができる。
• ピーニング： この技術は、溶接部の耐疲労性を高め、亀裂の 発生を最小限に抑える。溶接面またはトウを機械的に加工することで、圧縮応力が発生し、亀裂の原因となる引張応力が打ち消される。
• フィラーメタルの選択:溶加材は、母材と溶接方法に適合した機械的 特性を持つものを選ぶべきである。

溶接補修の課題

溶接欠陥の補修は難しい場合がある。補修の決定は、補修が完全性と性能に与える影 響を考慮する必要がある。溶接の補修は、いくつかの理由から困難 な場合がある。

• 材料特性:補修中の熱は、強度や靭性など、材料の機械的特性に影響を与える可能性がある。
• 欠陥アクセス： 場合によっては、欠陥が手の届きにくい場所にあることもあり、修理工程が複雑で時間がかかる。
• 変形:補修中に熱が加わると、薄い断面の材料が歪むことがある。
• 規範と仕様の遵守： 溶接修理は、関連する規範や仕様に従わなければならない。これらによって、修理の種類や方法が制限される場合があります。

結論

このような一般的な溶接欠陥を防ぐことで、溶接の強度と寿命を高め、技術を向上させることができる。適切な知識と練習があれば、どのような溶接の課題も克服できる。

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その他のリソース

非破壊検査（NDT）方法 - ソースフライアビリティ

溶接方法が環境に与える影響 - ソーストランプフ

溶接設計 - ソース溶接アドバイザー

溶接金属の特性 - ソースウェルディングフォーレス