溶接について詳しく解説!

溶接について詳しく解説!

目次
  1. 溶接とは
  2. 溶接の種類
  3. 溶接の外観ビート比較
  4. 溶接の強度
  5. 溶接の資格

溶接とは

溶接とは金属同士をつなぐ加工法であり、板金製品の加工において最も重要な加工法のうちの1つです。板金製品は板状の金属である板金から製作するため、立体的な製品を製作する場合には溶接は欠かせない加工法になります。

一言に溶接と言ってもその種類は様々であり、それぞれに強度や外観などの特徴があります。また、溶接法ごとに得意とする材質・不得意とする材質があり、さらには母材の板厚などの条件もしっかりとした溶接ができるかに関わってきます。そのため、溶接加工をする際は溶接に関する知識が非常に重要になります。

溶接の種類

溶接法には様々な種類があり、それぞれ用途や原理が異なります。

溶接法の図

溶接とは、熱または圧力を利用して金属を接続する加工法ですが、接続の仕方によって大きく「融接」「圧接」「ろう接」の3種類に分類されます。

溶接法のイメージ絵

融接

融接とは、金属の接合部を局部的に溶融接合する方法です。以下では特に「アーク溶接」「ガス溶接」「レーザー溶接」についてみていきましょう。

アーク溶接

融接の代表格ともいえるアーク溶接は、アークを発生させたときに生じるアーク熱を利用する溶接法です。アークとは放電現象の一種であり、高温で強い光を発します。

アーク溶接は古くから用いられている溶接で、主に鉄鋼製品における溶接法に広く適用されています。

TIG溶接

鉄・非鉄を問わず幅広い材質を溶接することができ、ビード外観が比較的美しいことが特徴であり、様々な製品で用いられています。

MAG溶接

溶接棒の代わりにコイル状に巻かれた針金状の溶接ワイヤを電極として使用する溶接方法です。別名、半自動溶接と呼ばれます。

スタッド溶接

溶接棒などは使用せず、スタッドと母材のみを使用します。

スタッド材と母材の間に電流を流し放電(アーク放電)を発生させることによって、溶融・接合させる方法です。釘打ちガンに形が似ており、スイッチを押して電流を流します。

また溶接時にはフェルールというセラミック製のジグを溶接部に用いて行います。

ガス溶接

可燃性ガスの燃焼によって行う溶接方法です。機材の取り扱いには免許が必要なため、一般的な溶接とは言えません。接速度は遅いですが、溶接不良が起きにくく、薄板でも溶接可能です。

レーザー溶接

レーザー光による熱を利用して溶接する方法で、アーク溶接などと比べ高価にはなります。しかしレーザー溶接の品質の良さは定評があり、ビード幅が狭く綺麗な溶接面を実現することができます。

圧延

圧接とは、接合部を加熱し圧力を加えることによって接合する方法です。その中でも抵抗溶接が代表格です。

抵抗溶接

重ね合わせた母材に電極を通して電流を流し、生じた抵抗熱によって母材を溶融、溶着させる溶接法です。ここでは特に「スポット溶接」と「プロジェクション溶接 (ナット溶接)」についてご紹介します。

スポット溶接

圧接の中でもスポット溶接は非常に広く普及しています。主に薄板の溶接を得意とし、作業効率の良さから自動車など大量生産製品に適用されています。

プロジェクション溶接 (ナット溶接)

ナットを溶接によって取り付ける加工法。この溶接に使用するなっとを溶接ナットと呼び、別名ウェルドナットとも呼ばれる。溶接後も取り外しが可能な溶接法。

ろう接

ろう接とは、母材を溶かすのではなく別の金属を溶かして接合部の隙間に浸透させて接合する溶接法です。はんだ付けなどがろう接に分類されます。

主に銅製品に用いられています。

他にも主な溶接法として、プラズマ溶接、アルゴン溶接、サブマージアーク溶接、電子ビーム溶接などが挙げられます。

溶接のビード外観比較

溶接をする際に発生する、溶接跡の盛り上がりはビードと呼ばれます。ビードの外観は溶接法により大きく異なり、ビードの見た目やビード幅、ビードの溶け込み深さなど各溶接法にそれぞれの特徴があります。

主要な溶接法のビードを比較してみましょう。

溶接の外観のイメージ絵

TIG溶接のビードは、うろこ状のビードであることが大きな特徴です。比較的美しいビード外観になることで知られています。

レーザー溶接のビードは、ビード幅が狭く溶け込み深さが深いことが特徴です。

スポット溶接は圧接であり、線で溶接するTIG溶接やレーザー溶接とは異なり点で溶接する溶接法になります。

そのため溶接の跡も点になっており、溶接跡の大きさなどは使用される電極により異なります。

溶接の強度

溶接の強度は、母材の材質や板厚、形状によって変わってくるため溶接法によって簡単に比較することは難しいです。

溶接の強度で大事な要素になってくるのが、溶接の溶け込み深さです。

強度のある溶接の例と強度のない溶接の例

左の溶接と右の溶接は溶接の外観はほぼ同じになりますが、母材の中、すなわち溶け込みの深さが異なります。

溶け込み深さが浅く、連続的に溶接することができていない右図の溶接の強度より、溶け込み深さが十分であり連続的に溶接することができている左図の溶接の強度の方が強くなります。

溶け込み深さの違いは、溶接法による違いや溶接作業による違いなど様々ですが、特に厚板の溶接になる場合などは十分な溶け込み深さが得られるように注意が必要です。

溶接の資格

溶接には国家資格もあれば民間資格もあります。

・国家資格

国家資格としては、アーク溶接をする際に必要となる『安全又は衛生のための特別の教育』通称『特別教育』と、『ガス溶接技能者』、そして『ガス溶接作業主任者』があります。

・安全又は衛生のための特別の教育(アーク溶接特別教育)

特別授業は、学科教育と実技教育に分かれていて、学科教育ではアーク溶接などに関する知識や関連法例についての科目を履修します。学科教育は4項目に分かれていて、合計11時間以上の履修となります。

実技教育はアーク溶接装置の取り扱いや作業の方法について、10時間以上の履修が必要となります。

これらの特別授業は自社で行うことが認められています。テキストとして中央労働災害防止協会が発行している「アーク溶接等の安全」というものがあります。

ただし、特別教育を自社で行なった場合には、受講者の記録を作成し3年間以上保存しておかなければならないという点に注意が必要になります。

・ガス溶接技能者

ガス溶接技能者の資格は、ガス溶接を行う際に必要となる資格になります。ガス溶接技能者の資格を取得するためには、ガス溶接技能講習を修了する必要があります。ガス溶接技能講習は、学科講習と実技講習の2種類に分かれています。

学科講習は、ガス溶接をする際に使用する設備の構造・取扱法についての知識や、ガス溶接をする際に使用する可燃性ガス・酸素についての知識、そしてガス溶接に関連する法令について、約8時間の講習です。

実技講習は、ガス溶接をする際に使用する機械・設備の取り扱い方についての約5時間の講習になります。

これらの講習は、労働基準局長が指定した機関や団体で受けることができます。

・ガス溶接作業主任者

ガス溶接作業主任者とは、ガス溶接を行う際に作業の指揮や管理をする人に求められる資格です。

ガス溶接作業主任者の資格を得るためには、まずガス溶接の実務経験が三年以上であることが条件としてあります。条件を満たした上で試験に合格すると資格取得となります。

試験は筆記試験で、

・ガス溶接などに関する知識

・関係法令

・アセチレン溶接装置およびガス集合溶接装置に関する知識

・アセチレンその他可燃性ガス、カーバイドおよび酸素に関する知識

の4科目からなり、合計3時間の試験になります。

ガス溶接作業主任者の資格を得るための試験は6月と12月、年に2回安全衛生技術センターにて実施されています。

・日本溶接協会(JWES)

日本溶接協会(JWES)とは、溶接に関する資格を認証する一般社団法人であり、JWESによる溶接技能者の資格は国内でも広く認知され、定着しています。

JWESが認証する資格のうち、溶接作業者に関する資格として以下のものがあります。

・溶接管理技術者

溶接作業の総括的な計画や管理などを行う技術者のための資格で、特別級・1級・2級のレベルに分かれています。

試験科目は筆記試験と口述試験の2つからなります。

・溶接作業指導者

溶接実務の直接管理を行う作業指導者と溶接施工に従事する溶接技能者の技量向上のための指導を行う作業指導者のための資格です。

試験は講習会と試験によって評価されます。

・溶接技能者

溶接作業に従事する技能者の資格で、国内規格(JISやWESなど)に基づいて溶接の技量を評価し、資格として格付けるというものです。

この資格は、公的に認識されていて、一般的な溶接構造物の信頼性を確保するものとして活用されています。

TIG溶接やMAG溶接など、溶接法の種類によって資格は細かく分類されています。

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