鋼構造溶接は、建設や製造において重要なプロセスで、鋼部品を強度と耐久性のためにシームレスに接合します。このガイドでは、鋼構造溶接の基本について詳しく説明します。あなたは、すべての溶接の完全性を保証するための検査基準について学ぶことができます。この記事では、BMB Steelと一緒に詳細を探究しましょう！

1. 鋼構造溶接とは何ですか？

溶接は、炎または電気アークからの熱を使用して、金属の接触点の小さな部分を加熱し、金属が溶けて一体化するプロセスです。冷却すると、金属は固化し、強く耐久性のある溶接を形成します。

鋼構造 溶接は、鋼部品を接合するために建設および製造業で適用される技術的プロセスです。

2. 鋼構造の溶接方法

2.1. 手動アーク溶接

手動アーク溶接は、電流を利用して溶接棒（電極）と母材の金属表面との間に電気アークを発生させる、一般的な溶接方法です。電気アークによって発生する熱は約2000°C以上に達し、溶接棒および母材の鋼端部を溶融させます（溶け込み深さはおよそ1.5〜2mmです）。

溶接棒から発生した溶融金属は微小な滴となり、電場の作用によって溶接溝へ引き寄せられ、溶融した母材金属と混ざり合います。この混合物が冷却・凝固すると、溶接部が形成されます。

溶接の本質は、溶融金属同士の密着した分子結合にあります。この方法によって得られる溶接部は、母材鋼と同等の強度および荷重支持能力を有しています。

2.2. 自動および半自動アーク溶接

自動および半自動アーク溶接法は、高い生産性を提供し、溶接の機械的特性を保証し、電力を節約します。

2.2.1. 自動アーク溶接

自動溶接法は、手動アーク溶接と同じ原理で作動しますが、フラックスで被覆された溶接棒（電極）の代わりに、裸の溶接ワイヤを使用します。フラックスは、溶接溝の上に厚い層としてあらかじめ敷き詰められます。溶接機が一定の速度で安定して移動する間、溶接ワイヤは機械によって適切な速度で連続的に送給されます。

主な利点：

• 高い溶接速度：高電流強度（600-1200アンペア）で、溶接速度は手動溶接の5-10倍になります。
• 高い溶接品質：深い溝により、なめらかな表面を持つ強い溶接が確保されます。溶融金属は厚いフラックス層で覆われ、ガスバブルが逃げやすく、密度の高い耐久性のある溶接が形成されます。
• 作業安全：電気アークはフラックス層の下で燃焼し、溶接工の健康リスクを最小限に抑えます。

2.2.2. 半自動アーク溶接

半自動溶接は、軟管状または平らな溶接ワイヤで広く使用されています。溶接ワイヤの金属ケースは0.2-0.5mm厚で、内部にフラックスが充填されています。この方法は、構造鋼の製造にとって便利で非常に効率的です。

3. ステンレス鋼とは？

ステンレス鋼は、鉄と炭素を主成分とする合金鋼の一種です。特徴的なのは、少なくとも10.5％以上のクロム（Cr）が添加されており、このクロムが不働態皮膜を形成することで、材料に優れた耐食性を与えている点です。そのため、ステンレス鋼は耐久性が求められる環境や、錆・汚れに対する抵抗性が重要な用途に最適です。

ステンレス鋼は主に5つの系に分類されますが、製作工場では一般的に3つの系（オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系）が使用されています。この中でも、オーステナイト系ステンレス鋼が最も広く用いられています。マルテンサイト系ステンレス鋼は、耐摩耗性が要求される用途に好まれ、コストパフォーマンスに優れるフェライト系ステンレス鋼は、一般消費財などに頻繁に使用されます。

4. 一般的なステンレス鋼の溶接方法

4.1. 金属不活性ガス溶接法 (MIG)

• 金属不活性ガス（MIG）溶接は、比較的低い初期設備投資で導入できるため、広く普及している溶接プロセスの一つです。主な構成機器には、シールドガス用シリンダー、ガスレギュレーター、ワイヤ送給ユニット、電源装置、およびMIGトーチが含まれます。
• 高品質な溶接を実現するためには、適切な溶接開先を準備する必要があります。開先は、溶融金属が充填されるための空間を確保します。また、電流を供給する溶接ワイヤ電極は、油分などの汚染物質が付着していない清浄な状態であることが重要です。
• MIG溶接プロセスでは、ワイヤ電極が溶接トーチを通して自動的に送給され、母材との間にアークを発生させます。アークの熱によって母材およびワイヤが溶融し、冷却・凝固することで溶接部が形成されます。このプロセスは、アルゴン、二酸化炭素、またはヘリウムなどの不活性または半不活性シールドガスの保護下で行われ、大気中の酸素や水分による汚染を防止します。
• MIG溶接は汎用性が高く、ステンレス鋼、軟鋼、低炭素鋼、アルミニウムなど、薄板から厚板までの金属接合に効果的です。

4.2. ガスタングステンアーク法 (TIG)

• ガスタングステンアーク溶接（TIG溶接）は、非常に広く使用されている高品質な溶接技術の一つです。現在では、ステンレス鋼、黄銅（真鍮）、アルミニウム、青銅、さらには金などの貴金属にも適用されています。
• MIG溶接と同様に、TIG溶接でも溶接部を大気中の汚染から保護するために不活性シールドガスを使用します。しかし、最大の違いは、TIG溶接では消耗するワイヤ電極の代わりに、消耗しないタングステン電極を使用する点です。
• このプロセスでは、電流がタングステン電極を通過し、その熱によって母材が溶融します。アークによって発生した溶融池（溶接プール）にフィラーワイヤを添加することで、接合部が形成されます。
• TIG溶接は、他の溶接方法に比べて入熱量が少ないため、薄板や精密溶接に最適です。一般的に、ステンレス鋼、合金鋼、アルミニウム、マグネシウム、銅およびその合金などの非鉄金属材料の溶接に広く用いられています。

4.3. スティックまたはシールド金属アーク溶接法 (SMAW)

• 被覆金属アーク溶接（SMAW）、一般にスティック溶接として知られる方法は、最も古く、かつ代表的な手動溶接プロセスの一つです。その構造のシンプルさと高いコストパフォーマンスにより、現在でも広く使用されています。
• スティック溶接では、フラックスで被覆された消耗性の電極棒を使用します。フラックス被覆はアークの安定化を助けるとともに、溶接部を大気中の酸素や水分などの汚染から保護します。この特性により、スティック溶接は屋外や風通しの良い環境下での作業に特に適しています。
• ただし、18ゲージ（約1.2mm）以下の薄板には適用が難しく、溶接後にはスラグの除去などの清掃作業が必要となります。MIG溶接やTIG溶接とは異なり、スティック溶接では外部シールドガスを必要としないため、最も経済的な溶接方法の一つとされています。しかし、一般的には大規模な産業プロジェクトよりも、修理や保守作業などに適した方法です。

5. 鋼の溶接検査方法

完成後、構造鋼溶接は以下の6つの標準検査方法を受けなければなりません：

5.1. 視覚検査

• 溶接部は表面の亀裂や溶融金属エリアの欠陥がないこと。
• バンプ、アンダーカット、燃え抜け、融合不足、ずれたエッジなどの欠陥があってはなりません。
• 溶接のサイズ、形状、強化が標準仕様を満たし、許容限度を超える逸脱がないこと。

5.2. 金属組織検査

• 溶融金属ゾーンや熱影響ゾーンに亀裂がないこと。
• 溶接層間およびエッジ間の融合不足が生じてはいけない。
• 溶接根元の浸透不足が、壁の厚さの15%または3mm（壁厚が20mmを超える場合）を超えないこと。
• 孔の数は1cm²あたり5個を超えず、個々の孔の直径は1.5mmを超えず、総サイズは3mmを超えないこと。
• 溶接の弾性および延性を低下させる亀裂や割れがあってはならない。

5.3. 水圧試験

• 溶接部には亀裂や水漏れの兆候がないこと。
• テスト中に重大な変形があってはいけない。

5.4. 引張強度試験

• 試験サンプルの平均引張強度値は、対応する鋼の最小引張強度を下回ってはいけません。
• 試験サンプルの結果が鋼の最小引張強度の10%を下回ることは許可されません。

5.5. 曲げ試験

5.6. 衝撃靭性試験

鋼構造溶接は、さまざまな産業分野で重要な役割を果たしています。ステンレス鋼の溶接においては、手動、自動、またはMIG・TIGなどの特殊な方法が使用されますが、いずれの場合も、適切な技術と検査プロセスを理解することが重要です。鋼構造溶接の技術を習得することは、耐久性が高く、効率的な構造設計を実現するための鍵となります。

この記事が、鋼構造溶接に関する有益な情報をお届けできていれば幸いです。専門家チームによるサポートが必要な場合は、ぜひBMB Steelまでお気軽にお問い合わせください。