CO2ガスシールド溶接における気孔の原因：再溶接の対策

はじめに

二酸化炭素（CO₂)を使用する半自動アーク溶接技術である。₂ をシールド・ガスとし、ワイヤを電極と溶加材の両方に使用するアーク溶接は、生産効率が高く、溶接変形が少なく、品質が優れているなど、手動アーク溶接に比べて明確な利点がある。

溶接技師にとっては好ましい方法である。しかし、電流と電圧の不適切な選択は、溶接欠陥、 特に溶接継ぎ目の気孔につながる可能性がある。

したがって、日常業務では、CO₂ ガスシールド溶接 溶接品質 ガス欠陥のある規格外の溶接継ぎ目を特定し、除去した後、速やかに再溶接を行う。

COの細孔分布の特徴₂ シールド溶接

孔の分布の特徴は、その原因や条件と密接に関係していることが多い。その場所によって、あるものは地表に、あるものは内部 溶接継ぎ目またはその根元。溶接継ぎ目全体を貫通するものさえある。

分布状態から、単一の気孔、複数の気孔のクラスター、あるいは溶接継ぎ目の長さに沿って鎖状に走る気孔が存在する可能性がある。

気孔形成のプロセス

異なるガスが形成する気孔は、その外観や分布が独特であるだけでなく、冶金学的要因やプロセス要因も異なるが、溶融プール内で形成される気泡は、核生成と成長段階を含む液体から気体への相変態の一般的なルールに従う。

3.1 気孔形成の完全なプロセス

溶融池が多量のガスを吸収し、飽和状態に達する - 特定の条件下で、ガスが凝集し、核を形成する - 気泡核が一定の大きさの気泡に成長する - 気泡が上昇し、妨害され、凝固した溶接継ぎ目に残り、気孔を形成する。

したがって、気孔の形成は、溶融金属によるガス吸収、気泡の核形成、成長、出現といういくつかの段階の結果である。各段階にはそれぞれ影響する要因がある。

3.2 各段階の影響要因

液体金属中に過飽和ガス（または溶解できないガス）が存在することが、ガスの核生成と成長の材料基盤となる。溶接中、溶融池はガス気泡を形成するのに十分な条件を備えている。

また、溶融池の飽和度が高ければ高いほど、溶解状態からガスが析出するのに必要なエネルギーは少なくて済む。

ガスの成長には2つの条件が必要である。まず、ガスの内圧が、ガスが受ける外圧に打ち勝つのに十分でなければならない。

第二に、溶融プールが凝固する前に一定のマクロサイズに達するように、成長が十分に急速でなければならない。

気体の上昇には2つの過程がある。第一に、気泡は形成された表面から離脱しなければならないが、その難易度は気泡と表面の接触状況に依存する。

気泡の上昇速度は、気孔半径、液体金属の密度、液体金属の粘度に関係する。

COで発生する細孔の種類₂ シールド溶接と予防措置

CO₂ ガス・シールド溶接では、溶融池の表面を覆うスラ グがなく、CO₂ ガスの流れがあれば、溶融プールは比較的早く凝固する。もし 溶接材料 または溶接工程が適切に処理されない場合、CO気孔、窒素気孔、水素気孔が発生する可能性がある。

4.1 COポアの形成と防止策

COは主にFeO、O2またはその他の酸化物と炭素（C）との反応生成物である。

例えば、C+O=CO、FeO+C=CO+Fe、MnO+C=CO+Mn、SiO2+2C=2CO+SiO。CO₂ 溶接工程溶接ワイヤ金属中の脱酸元素が不足すると、溶融プール中の金属に多くのガスが溶け込み、溶融プール中のCがFeOと反応してCOガスになる。

溶融プール金属が急速に凝固すると、発生した COガスが逃げるのに十分な時間がないため、COポア スが形成される。この気孔は、溶接部の根元や表面近傍に発生 することが多く、通常は針状である。

COポアの形成を防ぐには、十分な脱酸剤を含 有し、CO濃度が低い溶接ワイヤーを使用する必 要がある。 炭素含有量 を添加し、CとFeOの酸化反応を抑制する。母材中の炭素含有量が高い場合、 溶接パラメータ 溶融池の滞留時間を長くし、COガスを逃がしやすくするために、技術的には、ラインエネルギーの大きいものを選択すべきである。

溶接ワイヤがSiやMnのような脱酸元素を十分に含み、ワイヤ中の炭素含有量が制限されていれば、前述の還元反応を抑制することができ、COポアの形成を効果的に防止することができる。したがって、溶接ワイヤを適切に選択しさえすれば、CO₂ アーク溶接 は非常に小さい。

4.2 水素孔の形成と防止策

水素ポアの主な原因は、高温の溶融池に多量の水素が溶け込み、結晶化過程で排出しきれずに溶接金属中に残留してポアを形成することである。

水素の発生源は、ワークや溶接ワイヤ表面の油汚れや錆、CO₂ ガスである。油汚染は炭化水素であり、錆は結晶水を含む酸化第二鉄である。どちらも電気アークの高温下で水素を分解することができる。

アーク中の水素はさらにイオン化し、イオン化した状態で溶融池に容易に溶解します。溶融池の晶析中に、水素の溶解度が急激に低下するため、析出した水素は溶融池から排出されないと、溶接金属中に球状の気孔を形成する。

H2気孔を避けるには、水素の発生源を除去しなければならない。溶接前に、ワークと溶接ワイヤから錆、油分、その他の不純物を取り除く。さらに重要なことは、CO₂ 水素ガスが毛穴の主な原因となることが多いからだ。

CO₂ ガスには酸化作用があり、水素孔の形成を抑えることができる。CO₂ 溶接前にガスを乾燥させて水分を除去し、溶接ワイヤとワークの表面の不純物を除去しておけば、水素ポアが形成される可能性は非常に小さくなる。したがって、CO₂ アーク溶接は、低水素溶接法として認められている。

4.3 窒素孔の形成と防止策

アーク温度が高い場合、溶融プール金属は窒素に対する溶解度が高い。しかし、溶融池の温度が下がると、液体金属に対する窒素の溶解度が急激に低下し、大量の窒素が析出する。窒素が溶融プールから抜け出せなくなると、窒素ポアが形成される。

窒素気孔は多くの場合、溶接部の表面近くに 現れ、ハニカム状に分布している。深刻な場合は、小さな気孔が溶接金属全体に 広範囲に分布していることもある。これらの小さな気孔は、金属組織検査で発見 されることが多く、また、水力試験で透水性の 欠陥に拡大され、明らかになることもある。

窒素ポア形成の主な原因は、保護ガス層が破壊され、大量の空気が溶接部に侵入することである。

保護ガス層の破壊を引き起こす要因には、以下のようなものがある：

• の純度₂ 使用されている保護ガスが要件を満たしていない；
• CO₂ ガス流量が少なすぎる；
• ノズルの一部が飛散物で塞がれている；
• ノズルとワークの間の距離が大きすぎる；
• 溶接現場には横風が吹いている。

窒素の気孔を避けるためには、ガス保護効果を高めなければならない。窒素の気孔を避けるためには、窒素保護効果を向上させる必要がある。₂ ガス・ボンベから溶接トーチへのガス漏れや閉塞の有無を確認し、屋外溶接では防風対策を強化する。

また、現場施工では、窒素固定元素（Ti、Alなど）を含む溶接ワイヤーを選ぶのが最善である。

COに様々な細孔が形成される主な理由₂ シールド溶接

CO₂ ガス・シールド溶接では、激しい酸化還元化学 反応が起こり、スパッタリングと熱損失が大きくなる。どのステップも十分に制御されていないと、ガス孔が容易に形成される可能性がある。ガス・ポア形成の主な理由は以下の通りである：

1. 溶接継ぎ目は、油、水、錆などが存在し、適切に洗浄されていない。
2. 溶接中の防風は考慮されていない。
3. ガス管にガス漏れがある（ガス漏れは溶接中にジェット吸引を形成し、周囲の空気を吸い込むことがある）。
4. 溶接中の溶接スイングが大きすぎる。
5. 溶接ワイヤのドライ・エクステンションが長すぎる。
6. ノズルがスパッタでふさがれたり、変形したりする。
7. 溶接ワイヤーの品質に問題がある。
8. ガス流量が少なすぎるため、ガスの流れが弱くなり、ガス孔が形成される。
9. ガスは不純物だ。
10. 導電性ロッドはバーンスルーされる（セラミック・ガス・バルブを設置しないと、バーンスルー後、ノズルの片側は他方よりガス流量が多くなる）。
11. ワイヤー・フィーダーのソレノイド・バルブが損傷または閉塞しているため、溶接中に初期ガス流量が発生するが、ガス供給が停止するまでガス流量が徐々に減少する。
12. 過剰なガスの流れは乱流を引き起こし、空気を吸い込み、ガス孔の原因となる。
13. について 溶接溝 が大きすぎると、保護ガスの被覆が不十分となり、ガス孔が生じることもある。
14. 溶接トーチ（OTC）の先端にあるシールリングは効果がなく、ガスポアが発生する。
15. パイプライン輸送でガスが長期間使用されないと、ガスバッグ内の最初のガスが放出されず、ガスポアが発生する。
16. 規格外の自家製断熱スリーブを使用すると、CO₂ ノズル内で長時間燃焼した後のガスは、ガス孔を生じる。
17. ノズルが曲がって設置され、導電ノズルがノズルの中心にないため、溶接ワイヤの液滴が保護ガス雰囲気の中心になく、常にガスポアが形成される。
18. ガス管に大きな漏れがあってはならない。そのような漏れがあると、少量の空気がガス管に染み込む可能性があるからだ。
19. ディバーターの小孔の加工角度が標準的でないと、ノズル内で乱流が発生し、ガス孔が発生する可能性がある。

COのガス孔の害₂ シールド溶接

溶接継ぎ目の欠陥の一種としてのガス・ポアは、主に 以下のような危険をもたらす。 ひび割れ疲労亀裂、遅れ亀裂、その他の気孔部の二次的欠陥。これらの欠陥は 降伏強度 および溶接シームの引張強さ。

COのガス孔形成に対する修復溶接対策₂ シールド溶接

このような状況に対応するため、作業者は補修溶接の際、正しい溶接プロセス・パラメーターを選択する必要がある。さらに、ノズルのドライ伸長長さを一定に保ち、溶接トーチの角度に注意を払う必要がある。具体的な内容は以下の通りである：

7.1 溶接プロセスパラメータの正しい選択

7.7.1 溶接電流とアーク電圧

アーク電圧は溶接における重要なパラメータであ り、その大きさはアークの長さと溶滴の遷移形態を決定 し、スパッタに大きな影響を与える。

ある直径の溶接ワイヤと溶接電流の下で、アーク電圧が高すぎると、溶接ワイヤの溶融速度が速くなり、アークが長くなり、液滴が正常に移行できず、大きな粒子が飛び散り、スパッタが増加する。

アーク電圧が低すぎると、アークに点火 するのが難しくなり、溶接ワイヤの溶融速度が 低下してアークが短くなり、溶接ワイヤが溶融プー ルに突入する。

溶接電流とアーク電圧が最適に適合すると、溶滴遷移の頻度が高くなり、スパッタが最小限に抑えられ、溶接シームが美しく形成される。

表1は、3つの異なる直径の溶接ワイヤの典型的な短絡移行溶接プロセス・パラメーターを示している。 溶接スパッタ は最小化される。

表1：異なる直径の溶接ワイヤに対する短絡移行溶接プロセス・パラメーター

7.7.2 溶接トーチの角度

1. 溶接トーチの角度 フラット溶接:

一般的に、溶接トーチと溶接面の間の角度は、 約65°に保つべきである。溶接作業は、トーチが高すぎたり低すぎたり、また は速すぎたり遅すぎたりせず、安定したものでなけれ ばならない。

溶接現場が強風にさらされている場合は、薄手の 鋼板 を使えば風を遮ることができる。厚さ2ミリ、幅200ミリの薄い鉄板をコの字型に曲げて溶接部の横に置くとよい。

コの字型のフレームは、溶接エリアへの干渉を避けるため、複数の方向から吹いてくる風を遮ることができ、アーク光が周囲の作業員の目を傷つけるのを防ぐこともできる。

2. 水平溶接時の溶接トーチの角度：

溶接トーチと母材間の角度は45°の範囲に保たれる べきである。水平溶接中の走行速度は速すぎてはならず、溶接トーチの振れ幅は大きすぎてはならず、一般的に10~15mmである。

風が強い場合は、鋼板や鋼鉄製のコの字型フレームを溶接エリアの横に置いて風を遮ることができる。ただし、鉄板の配置は溶接者自身の視線を遮ったり、溶接トーチのスイングを妨げたりしてはならない。

3. 垂直溶接時の溶接トーチの角度：

溶接トーチと母材の溶接継ぎ目の間の角度は、約15°であるべきである。溶接電流は大きくしすぎず、一般に平板溶接より 20%程度小さくする。

縦型溶接の場合、溶接部の下方から上昇する気流の影 響により、CO₂ 溶接作業中、流量をわずかに増やすことができる（状況による）。

垂直溶接の位置が地面から高ければ高いほど、上昇気流は大きくなる。このような状況に遭遇した場合、溶接トーチの下に200mmの薄い鋼板を置くことで、上昇気流が溶接部に与える影響を効果的に遮断することができる。

4. 溶接エリア内の空気の移動速度は、溶接の質に 直接影響する。CO₂ ガス・シールド溶接では、ファンで溶接部に直接送風することは厳禁である。

7.2 正しい現場での操作方法

長時間の溶接により、スパッタが溶接トーチのノズ ルを塞ぎ、CO₂ ガスが発生し、保護性能が損なわれ、窒素ポアの形成につながりやすくなる。

このような場合、スパッタは速やかに除去する必要がある。時間の経過とともにノズルは変形し、使用により狭くなって保護範囲が狭くなり、ガス孔ができやすくなります。

このような状況に遭遇した場合、溶接作業を続行する前に新しいノズルを取り付ける必要がある。

すべての溶接作業が終了したら、溶接機のスイッチを切り、CO₂ バルブの過熱を防ぎ、ヒーターワイヤーへの潜在的な損傷を防ぐ。

結論

COに細孔が形成される主な理由₂ ガスシールドウェルディングは、溶接部の清浄度 溶接面 基材（油分、酸化物の存在）、不十分なCO₂ 溶接部位を保護するガスの流れ、ガス中の過剰な水分がガスの純度に影響を与えること、ノズルとワークの間の距離が大きすぎて空気が侵入すること、ノズルの内壁に付着したスパッタが多すぎて保護効果に影響を与えること、作業現場の風が保護ガス・カーテンを乱すこと。

正しい溶接プロセス・パラメーターの選択と溶接機器の良好 な状態の確保に加え、是正措置には溶接ワイヤーの品質と CO₂ ガス、そして正しい選択 溶接角度とりわけ