溶接

I

プロローグ

2つあるいはそれ以上の金属片を熱や圧力により接合する加工法。圧力によって溶接する圧接法(加圧溶接)と、熱によって接合する金属をとかす融接法(非加圧溶接)、および接合する金属とことなる金属を熱でとかして接着剤のようにつかうろう付けの3つに分類できる。融接法が今日もっとも一般的な溶接法である。

20世紀前半に技術が大幅に発展し、接合部分(溶接継手)の強度に対する信頼性が向上したこともあり、溶接は、橋や建築物や船舶など多種類の構造物の建設現場で従来おこなわれていたボルト締めやリベット留めにとってかわった。溶接はまた、自動車工業や航空機工業、機械製造業における基本的な工程である。溶接、ろう付け、はんだ付けのいずれの工程も、金属加工にかかすことができない。

2片の金属を接合するのに適した溶接法は、その金属の物理的特性や作業効率、要求される接合部の強度、作業条件によってきまる。溶接の工程は、一般に熱源と圧力源によって分類される。使用されるエネルギーの種類としては、電気、化学、機械、超音波、光などがある。

II

圧接

圧接は、接合箇所を加熱し軟化させ、圧力をくわえて接合する方法で、鍛接(たんせつ)や抵抗溶接などがある。もっとも古くから利用されていた圧接は、鍛造によるものだった。金属を適当な温度の炉の中にいれ、じゅうぶんやわらかくなったところでハンマーなど機械的に力をくわえて接合するもので、これを鍛接という。この方法は、刃物の製造など現代の製造業においてもつかわれる。

抵抗溶接は、電気抵抗による発熱を利用する。電極は溶接される部材の両端にとめ、大量の電流が簡単に供給されるようにする。2つの金属の接触抵抗によって金属をとかす熱をつくりだす。抵抗溶接の種類には、点状に溶接するスポット溶接や、連続的に溶接するシーム溶接、突合せ溶接に利用されるフラッシュバット溶接などがある。抵抗溶接は広く鋼板やワイヤー製造の各分野にもちいられ、とくに自動または半自動の機械による反復性溶接に適している。

このほかの圧接法には、摩擦熱を利用して接合する摩擦圧接や電磁誘導を利用するインダクション圧接、火薬の爆発力を利用する爆発圧接などもある。圧接は、異種金属どうしの接合も可能であり、冷間圧接では、銅やアルミニウムなど軟質な金属に圧力をくわえるだけで接合する。

III

融接

今日もっとも一般的につかわれている溶接法である融接法は、接合箇所を溶融状態にして結合し、凝固させる方法で、ガス溶接やアーク溶接が代表的である。ほかには、テルミット溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接がある。

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ガス溶接

ガス溶接は、アセチレンなどの燃料ガスと酸素との混合気体の火炎による、圧力をくわえない工法である。ふつう火炎温度が3000°Cほどある炎を接合される金属と、接合部で溶融する溶接棒(針金または棒状の金属)の両方にあてる。ガス溶接は、もちはこびできて電源がいらないという利点があるが、溶接速度はおそく、ひずみも大きくなる欠点がある。溶接される表面と溶接棒は、フラックスで被覆されている。フラックスは、不完全な溶接をさけるために、気化することで金属を酸化させる空気を遮断(しゃだん)するとともに、生成した酸化物を除去しやすくするための物質である。