7つの溶接方法の利点と欠点：エキスパートガイド

1. タングステン・イナート・ガス溶接の利点と欠点。

1.タングステンイナートガス溶接の利点

(1) アルゴン・シールド・ガスは、溶接プールを大気汚染から効果的に隔離する。不活性で金属に不溶性のアルゴンは、被溶接物と 反応しない。溶接中、アークによる陰極洗浄作用が、溶融プ ールから表面酸化物を効率的に除去する。このため、TIG溶接は、酸化しやすく反応性の高い非鉄金属、ステンレス鋼、チタンやアルミニウムを含む各種合金の接合に最適です。

(2) タングステン電極は非常に安定したアークを発 生し、極めて低い電流（10A以下）でも一貫性を 維持する。この特性により、TIG溶接は、薄板（0.5 mmまで）や極薄材料の精密作業に特に適しており、卓越した制御と最小限の熱影響部を可能にする。

(3) 熱源とフィラー・ワイヤーの追加を独立制御することで、正確な入熱調節が可能。この柔軟性により、あらゆる位置での 溶接が容易になり、TIGは完全溶け込みの片側 溶接や両側成形に最適な選択肢となる。パラメータをその場で調整できるため、溶接工 は変化する接合条件にリアルタイムで対応できる。

(4) 溶加金属の移動は主アーク柱の外側で起こるた め、TIG溶接では事実上スパッタのない溶接が行 われる。その結果、滑らかで美観に優れた溶接ビード が得られ、溶接後の後始末は最小限で済む。クリーンなプロセスにより、介在物のリスクも 低減し、溶接の品質と完全性が向上する。

2.タングステンイナートガス溶接の欠点

(1) 限られた溶け込みと溶着率：TIG溶接では一般的に、浅い溶接継ぎ目 が比較的低い溶着率で形成されるため、他の 溶接工程に比べて生産性が低下する。この限界は、厚い材 料を溶接する場合や、高い生産率が要求される場 合に特に顕著となる。

(2) 電極の感度と汚染の可能性：TIG溶接に使用されるタングステン電極は、通電容量に 制限がある。推奨アンペア数を超 えると、電極の溶融および気化を引き起こす可能 性がある。その結果、タングステン粒子が 溶接池を汚染し、溶接品質および機械的特性を損 なうタングステン介在物が発生する可能性がある。

(3) 運転コストの上昇：不活性シールド・ガス（アルゴンやヘリウムなど） の使用は、手動金属アーク溶接（MMAW）、サブマージアーク 溶接（SAW）、CO2 シールド付きガス金属アーク溶接（GMAW） などの他のアーク溶接方法と比べ、製造コストの増加に つながる。このコスト要因は、大規模な生産環境では大きな意味を持つ。

注記：パルスTIG溶接は、制御性が向上し、薄 板溶接、特に全姿勢突合せ溶接に特に有効で ある。しかし、標準的なTIG溶接は、最適な結果を得るた めには、一般的に板厚6mm未満の素材に限定される。厚い材 料の場合、必要な溶け込みと接合強度を得るた めには、別の溶接プロセスまたは複数パスが必 要になる場合がある。

2.アルゴンシールドによるガスメタルアーク溶接（GMAW）の特徴：

(1) GMAWは、ガス・タングステン・アーク溶接 (GTAW)と同様、さまざまな金属を効果的に接合することができ、特にアルミニウムとその合金、銅と銅合金、ステンレス鋼に有効である。その汎用性は、溶接プールの大気汚染を防ぐ不活性アルゴン・シールド・ガスに由来する。

(2)消耗ワイヤ電極は、アーク源と溶加材の両方の役割を果たし、高密度電流の使用を可能にする。その結果、母材への溶け込みが深くなり、 溶加材の析出速度が速くなる。アルミニウム、銅、その他導電性の高い金属 の厚い部分を溶接する場合、GMAWはGTAW よりも優れた生産性を提供する。さらに、入熱が集中するため、全体的な熱影響部 が減少し、その結果、溶接による歪みも減少する。

(3) GMAWでは通常、逆極性としても知られる直流 電極正極性(DCEP)を採用している。この構成は、効率的なカソード・クリーニング作用 が得られるため、アルミニウムおよびその合金を溶接 する場合に特に有利である。洗浄効果により、アルミニウム表面の粘着性の 高い酸化被膜が破壊され、高品質の溶接を実現 する上で極めて重要である。

(4) アルミニウムおよびその合金を溶接する場合、 GMAWは短絡移行モードで顕著な自己制御効 果を示す。この現象は、しばしば「溶接アーク固有の安定性」 と呼ばれ、トーチとワークの距離が多少変化しても、 一定のアーク長および安定した溶接パラメーターを維持 するのに役立つ。この自己制御は溶接品質の向上に貢献し、正確なアーク長制御を維持するためのオペレーターの熟練度に対する要求を軽減する。

3.ミグ溶接の利点と欠点

MIG溶接では通常、シールドガスとして不活性ガス（アルゴン、ヘリウムまたはそれらの混合ガス）を使用する。 溶接ゾーン.

1.ミグ溶接の利点

(1) 不活性シールド・ガスは金属と反応せず、溶融金属プ ールに溶けにくいため、MIG溶接はほぼすべての 金属および合金に適用できる汎用性を備えている。これには、鉄鋼やステンレ ス鋼のような鉄系金属や、アルミニウム、銅、ニッケル合金のような非鉄金属が含まれる。

(2) 溶接ワイヤーにフラックス・コーティングがないた め、電流密度が高く、母材への溶け込みが深い。この特徴とワイヤ送給速度の高速化が相まって、従来のスティック溶接やTIGプロセスに比べ、溶着率が大幅に向上する。その結果、MIG溶接は、特に大量生産環境において、優れた生産効率を実現する。

(3) MIG溶接では、最適な性能を得るために、 主にスプレー・トランスファー・モードを利用す る。短絡溶射は薄板材に使用され、グロビュラー溶射は不 安定なため一般に避けられる。アルミニウム、マグネシウム、およびそれらの合金の 場合、パルス・スプレー移送が望ましい。このモ ードでは、陰極領域が広くなり、溶融池の保護が 強化され、欠陥の少ない良好な形状の溶接ビード が得られる。パルス法はまた、熱に敏感な材料にとっ て極めて重要な入熱の制御も可能にする。

(4) MIG溶接は、短絡またはパルス・トランスファー・モー ドを使用した全姿勢溶接が可能であるが、一般的に は平坦および水平姿勢の方が溶接効率が高いことに 注意する必要がある。垂直および頭上溶接も可能ではあるが、 溶接の品質と生産性を維持するためには、パラメー ターの削減や特殊な技術が必要になる場合があ る。

(5) MIG溶接では、直流電極プラス（DCEP） が主流であり、アークの安定性、均一な溶滴移 動、スパッターの最小化に寄与している。この極性は、アルミニウムのような酸化物の発生し やすい素材に対する優れたクリーニング作用も促進 し、優れた融合性と美観を備えた高品質の溶接ビードを 確保する。高度な波形制御を備えた最新の電源は、こ れらの利点をさらに高め、溶接アーク特性の精密な操 作を可能にする。

2.ミグ溶接の欠点

(1) 運転コストが高い：MIG溶接で使用されるアルゴンやヘリウムなどの不活性シールド・ガスは、CO2などの活性ガスに比べて比較的高価である。このため、特に大規模または長期のプロジェクトでは、全体的な溶接コストが大幅に増加する可能性がある。

(2) 表面汚染物質に対する敏感さ：MIG溶接は、母材および溶接ワイヤ上の不純物の 影響を非常に受けやすい。油分、錆、その他の汚染物質が存在すると、 溶接部に気孔が生じ、構造的完全性が損なわれ る可能性がある。このため、溶接前に材料の徹底的な洗浄と 準備が必要で、それには時間がかかる。

(3) 限られた溶け込みと屋外での使用：シールド・ガスとしてCO2 を使用する工程に比べ、不活性ガス を使用するMIG溶接では、一般的に溶け込み深 さが浅くなる。これは、厚い材料を溶接する場合や、深い溶け込みが必要な場合に不利になる。さらに、不活性ガス・シールドは風によって容易に破壊されるため、適切なシールドや防風対策がない屋外での使用には、MIG溶接は適さない。

4.COの利点と欠点₂ 溶接：

CO2溶接の利点

(1) CO2アーク溶接は、優れた溶け込みを提供するた め、厚板を溶接する際に必要な開先を減らし、ブ ラント・エッジの能力を高めることができる。溶接電流密度が高いため、溶接ワイヤの溶融率が高くなる。溶接後のスラグ除去は一般的に不要で、従来のスティック・アーク溶接に比べて生産性が1～3倍向上する。

(2) 純CO2 溶接は通常、標準的なプロセス・パラメーターの範囲内で、短絡または球状移動モードで作動する。微細な液滴を特徴とするスプレー移送は、不活性ガスを加えて混合シールド・ガス組成にした場合にのみ達成可能です。

(3) 短絡移行は、全姿勢溶接を容易にし、薄肉部品 の高品質な結果をもたらし、溶接変形を最小限に抑 える。集中したアーク熱は、CO2ガス流の冷却効果 と相まって、高速溶接を可能にし、バーンスルーを 防止し、全体的な入熱と歪みを低減する。

(4) CO2溶接は、優れた耐酸化性を示し、低水素 含有量の溶接部を生成し、低合金高強度鋼を溶接す る際の低温割れ感受性を低減する。このため、特に重要な構造用途に適している。

(5) CO2溶接の費用対効果は特筆すべきものであり、ガ ス価格は経済的で、溶接前の表面処理要件もそれほど厳 しくない。全体的な溶接コストは通常、サブマージアーク溶接やスティックアーク溶接に関連するものの40%から50%であり、大規模な産業用途にとって魅力的な選択肢となっている。

CO2溶接の欠点

(1)CO2溶接は、他の溶接プロセスと比べてスパッタが多く発生する傾向がある。この問題は、溶接パラメーター (ワイヤ送給速度、電圧、移動速度など) が材料厚さおよび接合構成に不適切に適合している場合に特に顕著になる。過剰なスパッターは、溶接品質を低下させるだけでなく、溶接後の清掃時間とコストを増加させる。これを軽減するには、正確なパラメーター最適化と、高度な波形制御を備えた最新型電源の使用が不可欠である。

(2) CO2溶接のアーク雰囲気は、高温でCO2が一酸化 炭素と酸素に解離するため、本質的に酸化性である。この特性により、アルミニウムやチタンのような反応性の高い金属を、プロセスに大きな変更を加えずに溶接することは困難である。さらに、CO2シールドガスは、アルゴンのような重いガスに比べ、気流による破壊の影響を受けやすい。屋外または気流のある場所での作業では、アークの安定性と溶接品質を維持するために、強固な防風対策（溶接スクリーンや囲いなど）が重要です。

(3) CO2溶接では、特に紫外線（UV）スペクトルの強いアーク放射線が発生し、無防備な皮膚や目に有害な影響を与える可能性がある。この放射線リスクは、溶接電流が増加するにつれて増大する。適切な遮光設定の自動防眩溶接ヘルメット、すべての 露出皮膚を覆う難燃性の衣服、および溶接用手袋な ど、適切な個人用保護具（PPE）が最も重要である。さらに、適切な溶接ブースの設計を実施し、 紫外線吸収カーテンを使用することで、近くの作業 者をアーク放射線への間接暴露から守ることが できる。

5.サブマージアーク溶接の利点と欠点

サブマージアーク溶接の利点

(1) 高い溶接生産性

a.フラックス成分の無制限な分解により、スティック・アーク溶接と比較して電流容量が大幅に増加し、より速い溶着速度が可能になる。

b.フラックスとスラグの断熱特性によって溶接速度が向上し、熱損失が減少してエネルギー効率が改善される。

(2) 優れた溶接シーム品質

a.フラックスとスラグが大気汚染から総合的に保護すること。

b.フラックスの分解によって生じる雰囲気を緩和し、酸化を最小限に抑え、より清浄な溶接を促進する。

c.冶金反応の時間を延長し、溶接金属中の気孔や割れな どの欠陥の可能性を大幅に低減する。

d.自動化システムによる溶接パラメーターの正確な制御と安定性により、一貫した溶接品質が確保される。

(3) 費用対効果の高い溶接プロセス

a.高電流溶接により深い溶け込みを実現し、厚い 部位の溶接に必要なパス回数を減らす。

b.金属スパッタが最小限に抑えられ、材料の利用率が向上し、溶接後の後始末が軽減される。

c.高い熱効率で集中的に入熱するため、エネルギー消費が最適化され、溶接時間全体が短縮される。

(4) 労働条件の改善

a.高度な機械化と自動化により、オペレーターの疲労を軽減し、生産性を高める。

b.アーク放射線、ヒューム、スパッタへの曝露が減少するため、溶接工の安全性が向上する。

(5) 多用途な溶接用途

幅広い材料と板厚に適しており、造船、圧力容器製造、構造用鋼製造などの産業における大規模な加工や厚板溶接に特に有効。

サブマージアーク溶接の欠点

(1) 限られたポジション能力

フラックスの性質と高入熱のため、主に平らで水平な位置に限定される。

(2) フィットアップに関する厳しい要件

適切なフラックス塗布と安定した溶接品質を確保するため、正確な接合準備とアライメントが要求される。

(3) 薄い材料と短い溶接部の制限

薄板（通常5 mm未満）や溶接長さが短い場合は、セットアップ時間や装置の複雑さのため、経済的に実行不可能。

(4) フラックスの取り扱いに関する考慮事項

フラックスの適切な保管、リサイクル、廃棄が必要であり、プロセスの複雑さと環境への潜在的な懸念を増大させる。

6.抵抗溶接の利点と欠点

抵抗溶接の利点

(1) 抵抗溶接は、加圧下で金属を内部で融合させ、 溶接界面の冶金プロセスを単純化する。このため、フラックス、シールド・ガス、 溶接ワイヤーや電極のような溶加金属は必要ない。その結果、優れた機械的特性とコスト効率を備えた高品質の接合部が得られる。このプロセスは、薄板用途の同種・異種金属の接合に特に有効である。

(2) 抵抗溶接では、局部的な入熱と急速な熱 サイクルにより、狭い熱影響部(HAZ)が形成され る。これにより、熱歪みと残留応力が最小化され、 溶接後の矯正や熱処理が不要になることが多い。制御された入熱は、母材の特性維持にも役立ち、高強度鋼や熱に敏感な合金の溶接には極めて重要である。

(3) 抵抗溶接は操作が簡単で、機械化や自動化が容易である。このプロセスは、騒音、ヒューム、粒子状物質の発生を最小限に抑え、より安全で人間工学的な作業環境を実現します。このため、大量生産環境に最適で、厳しい労働安全衛生基準に準拠している。

(4) その高い生産性と再現性により、抵抗溶接は自動化された組立ラインにシームレスに統合され、リーン生産の原則をサポートします。抵抗溶接は、自動車、航空宇宙、家電産業において、ボディ・パネルのスポット溶接や電気部品の接合などの作業に特に効果的である。ほとんどの抵抗溶接法は本質的に安全であるが、フラッシュ・バット溶接は火花の噴出により適切な遮蔽を必要とするため、生産効率を損なうことなくオペレーターの安全を確保することができる。

抵抗溶接の欠点

(1) 現在の非破壊検査法の限界は、抵抗溶接の品質保証に課題をもたらしている。溶接の完全性は、主にプロセス・サンプリング、破壊試験、および高度な監視技術に依存している。このアプローチは、効果的ではあるが、各溶接部に対してリアルタイムの包括的な品質フィードバックを提供しない可能性があり、品質管理コストの増大と生産非効率につながる可能性がある。

(2) スポット溶接やシーム溶接では、オーバーラップ接合が必 要となるため、部品重量が増加し、全体的な構造効率が 低下する可能性がある。これらの継手構成は、他の溶接方法と比較して引張強度と疲労強度が低いのが一般的であり、高応力または動的負荷環境での適用が制限される可能性があります。特に重要な構造部品については、設計段階でこのような強度の制限を注意深く考慮する必要があります。

(3) 抵抗溶接設備は、大量の電力投入を要求し、高水準の機械 化と自動化を特徴とする。このため、多額の初期資本投資と複雑なメンテナンスが必要となる。高出力の溶接機は、特に電気インフラが限られている地域では、電力網に大きな負担をかける可能性がある。単相交流溶接機は、電圧変動や高調波などの電力品質の問題を引き起こす可能性があり、同じ送電網に接続されている他の機器の正常な動作を妨げる可能性がある。

注：こうした課題にもかかわらず、抵抗溶接は、広範囲の材料に適した汎用性の高い接合方法であることに変わりはない。その適用範囲は、低炭素鋼だけでなく、様々な合金鋼や、アルミニウム、銅、およびそれらの合金を含む非鉄金属にまで及ぶ。この汎用性は、高速自動生産の可能性と組み合わされ、多くの産業用途において、その短所を上回ることが多い。

7.手動シールドアーク溶接の利点と欠点

手動シールド金属アーク溶接（SMAW）の利点

(1) 費用効果が高く、持ち運び可能な機器：SMAWは、AC電源とDC電源の両方に対応する、 比較的シンプルで軽量な溶接機を使用する。このプロセスは、最小限の補助設備しか 必要としないため、初期投資とメンテナンス・コストを削減 することができる。この単純さが、さまざまな産業や用途に広く採用され ている理由である。

(2) 自己シールド能力：SMAW電極は、溶加材を供給すると同時に、 溶接中に保護ガス・シールドを生成するという、 二重の役割を果たす。これにより、外部シールド・ガスが 不要となり、このプロセスの汎用性と耐風性が向 上する。また、形成されたスラグが溶接プールをさらに保護するため、屋外での用途に適している。

(3) 作業の柔軟性と適応性：SMAWは、単品または小ロット生産、短い溶接 部または不規則な形状の溶接部、さまざまな空間 位置など、機械化された溶接が現実的でない場 面で優れている。その多用途性により、限られたスペースや 手の届きにくい場所での溶接が可能になり、その 限界は電極へのアクセスのみである。

(4) 幅広い材料適合性：SMAWは広範な工業用金属および合金に適用できる。電極を適切に選択すれば、炭素鋼、低合金鋼、高合金鋼、非鉄金属を効果的に接合できる。このプロセスは、異種金属溶接、鋳鉄補修、ハードフェーシングによる表面改質も容易に行うことができる。

(5) あらゆる姿勢での溶接が可能：SMAWは、あらゆる姿勢（平面、水平、垂直、頭上） で溶接できるため、建設、造船、パイプライン敷設な ど、さまざまな業界における現場での加工・修理作業で 特に重宝される。

(6) 表面汚染物質に対する耐性：SMAWのスラグシステムは、表面不純物、錆、ミル スケールに対してある程度の耐性を持つため、用途に よっては溶接前の大がかりな洗浄の必要性が低減 される。しかし、最適な溶接品質を得るためには、 適切な表面処理を行うことが推奨される。

手動被覆アーク溶接の欠点

(1) 高い技能要件と訓練費用。被覆アーク溶接（SMAW）の品質は、電極、溶接 パラメーター、機器の適切な選択に加え、主として 溶接士の専門知識と経験に左右される。このため、溶接工には継続的な訓練が必要とな り、その結果、技能開発には多額の投資が必要とな る。

(2) 厳しい労働条件。SMAWは、手作業と目視検査に大きく依存するため、 溶接士に対する身体的要求が高い。この工程では、高熱、有毒ガス、スラグが発生するため、強固な安全対策と個人用保護具（PPE）を必要とする危険な作業環境となる。

(3) 限られた生産性。SMAWは手作業であり、頻繁な電極交換とスラグ除去 が必要なため、自動化された溶接工程に比べて生産 性が低い。電極交換と溶接後の洗浄が必要なため、デューティ・ サイクルはさらに低下し、全体的な効率に影響する。

(4)材料の制限。SMAWは、反応性の高い金属(Ti、Nb、Zrなど)ま たは耐火性金属(Ta、Moなど)には、シールドが 不十分なため理想的ではない。低融点金属および合金（Pb、Sn、Znなど）は、 アーク温度が高いためSMAWには適さない。さらに、SMAWは一般的に1.5mmより厚い材 料に限定されるため、1mm以下の薄物用途には実用 的でない。

(5) 制限された工程管理。より高度な溶接技術に比べ、SMAWは入熱と 溶接ビードの特性をあまり正確に制御できない。このため、特に薄い材 料では歪みが大きくなり、厳しい品質基準を満たすた めに、溶接後の追加作業が必要になる場合がある。

(6) 電極の水分感受性。SMAW電極は吸湿の影響を受けやすく、影響を受けやす い材料では水素によるクラックの原因となる。電極の適切な保管と取り扱いは非常に重要であり、在庫管理と溶接前準備の複雑さを増している。