被覆アーク溶接（SMAW）とは何ですか？ 👨‍🏭

序章

被覆電極アーク溶接は、被覆電極の先端と溶接される接合部の母材の表面との間に確立された電気アークで金属を加熱および溶融することによって金属間に合体を生成するプロセスです。

プロセスの仕組み

電極からの溶融金属は、電気アークを介して母材の溶融プールに移動し、溶接金属を形成します。

電極コーティングと卑金属不純物から形成される液体金属よりも密度の低い液体スラグが溶融池を乗り越え、大気汚染から保護します。

固化すると、このスラグはすでに固化した溶接金属の冷却速度を制御します。溶加材は、電極（ワイヤー）の金属コアとコーティングに由来し、場合によっては鉄粉と合金元素で構成されます。

スティック溶接は、装置の単純さ、溶接の品質、および装置と消耗品の低コストのために、これから説明するすべての中で最も使用される溶接プロセスの1つです。

柔軟性が高く、ほとんどの金属を幅広い厚さで溶接します。最近では、生産性が低下しているため、他のプロセスに負けています（たとえば、FCAWを使用する場合よりも、このプロセスで溶接を完了するのに時間がかかります）。

このプロセスによる溶接は、ほとんどどこでも、極端な条件下で行うことができます。コーティングされた電極溶接は、工業製造、建物、造船、自動車、トラック、水門、その他の溶接アセンブリの金属構造で広く使用されています。

このプロセスの主な欠点は、生産性が低いことです。これは主に、電極を交換する必要があるためです。

長所と短所

利点	短所
さまざまな厚さの材料やあらゆる作業位置に適応するため、用途の広いプロセスです。	これは、溶接工のスキルに応じて手動プロセスであるため、溶接電流などの溶接パラメータの制御が少なくなります。
必要な設備は比較的低コストです。
その使用は、工場内と現場の両方で示されています。	他のプロセスと比較して、溶着率が低く、溶接機の占有率（全溶接時間でアークが開いた時間）が約40％と低いため、生産性が低くなります。
現在、海軍、鉄道、自動車、金属加工、建設業界で使用されています。
炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅、ニッケルなどの溶接に広く使用されています。
Pb、Sn、Znなどの低融点金属、およびTiやZrなどの耐火性または非常に反応性の高い金属は、コーティングされた電極では溶接できません。	プロセス中に大量のガスと煙を発生させます。

溶接装置

下図のように、装置は電源、接続ケーブル、電極ホルダー、クランプ（アースコネクタ）、電極で構成されています。

電源

電源は、直流（発電機または整流器）または交流（変圧器）にすることができます。

直流電源には次のものがあります。

1 –発電機、特に十分な電力供給が利用できない建設現場での作業に一般的に使用されます。
2 –変圧器-より静かな操作で、操作とメンテナンスのコストが低いため、発電機に比べて有利な整流器。

直流の場合、極性はサービスの要求に応じて選択する必要があります。

a）直流–直接極性（DC-）、電極は機械の負極に接続されており、堆積速度が低く、浸透深さが深くなっています。
b）直流–逆極性（DC +）、正極と負の部分。この構成では、より低い浸透とより高い電極溶融速度が得られます。
c）交流（AC）–電流が反転するたびに極性が変化します。このタイプの構成では、ビードの形状はCC+およびCC-で得られる形状の中間になります。

ヒント：直流記号は常に電極が接続されている場所を示します。それを正極または負極と呼ぶことを好む人さえいます。

溶接ケーブル

これらは、電極ホルダーとクランプを電源に接続するために使用されます。取り扱いを容易にするために、柔軟性が必要です。それらははんだ付け回路の一部であり、一緒に巻かれ、絶縁性で柔軟なコーティングによって保護されたいくつかの銅線で構成されています。ケーブルは、スプライスなしで、ほどけておく必要があります。

電極ホルダー

電極ホルダーは、電極を固定して通電するために使用されます。感電のリスクを最小限に抑えるには、ケーブルを正しく固定し、適切に絶縁することが不可欠です。溶接中に緩む可能性のある過熱や電極の固定不良の問題を回避するために、爪は常に良好な状態である必要があります。

クランプ（アースコネクタ）

溶接する部分にアースケーブルを接続する装置です。

消耗品–電極

コーティングされた電極は、次のもので構成されています。

• 電極（「魂」）
• コーティング

電極はアークを確立し、溶接用の溶加材を供給します。

電極コーティングには、溶接プロセス中に次の機能があります。電気的、物理的、および冶金学的機能。

電気的絶縁およびイオン化機能

a）絶縁–電極コアを絶縁して、横​​方向のアーク開口部を避け、アークを目的の場所に向けます。たとえば、アクセスが困難な狭い面取りを溶接する場合、アークが不要な位置に形成されるのを防ぎます。
b）イオン化–コーティングには、アーク雰囲気をイオン化するNaおよびKケイ酸塩が含まれています。これにより電流が流れやすくなり、安定したアークが発生します。

物理的および機械的機能

a）それらは、大気中の水素の作用に対する金属液滴の保護雰囲気を形成するためのガスを提供します。
b）コーティングは溶融し、溶接ビード上で固化して非金属材料のスラグを形成し、溶接が冷却されている間、通常の雰囲気による酸化から溶接ビードを保護します。
c）冷却速度の制御を提供し、ビードの仕上げに貢献します。

冶金目的

a）溶接金属に合金元素を導入し、その溶接特性を変更します。不純物のスラッギング、脱酸などの目的で他の化学元素も追加されます（例：Mn、Si）

コーティングされた電極は、AWS（American Welding Society）の仕様に従って分類されます。コーティングされた電極の商用仕様は、AWS A5シリーズのAWS仕様（例：AWS A5.1）に記載されています。

機能と用途

溶接検査官にとって、コーティングされた電極の溶接プロセスには考慮すべき多くの変数があることを覚えておくことが重要です。たとえば、工業用溶接で見られるさまざまな接合構成や、さまざまな母材と溶加材の組み合わせで使用できます。

場合によっては、特定の溶接にいくつかのタイプの電極が使用されます。溶接検査官は、どの変数が溶接品質にどのように影響するかを知るために、作業に使用される消耗品の仕様に関する深い知識を持っている必要があります。

コーティングされた電極溶接プロセスは、すべての位置で溶接するために使用できます。また、ほとんどの鋼と一部の非鉄金属の溶接、および特定の特性や寸法を得るための溶加材の溶着にも使用できます。
加熱または歪み制御の要件と使用法に応じて、2mmから200mmの範囲で母材を溶接する機能を備えています。

動作中の溶接エネルギー（入熱）の制御は、焼入れ焼戻し鋼、ステンレス鋼、モリブデンを含む低合金鋼などの一部の材料に関連する要素であり、低温用途でも非常に重要です。

溶接作業中の溶接エネルギーの不適切な制御は、必要に応じて、ステンレス鋼の耐食性の喪失やエネルギー吸収能力の低下など、ひび割れや一次母材の特性の喪失を簡単に引き起こす可能性があります。

このプロセスの堆積速度は、他の連続供給プロセスと比較して小さい。堆積速度は1〜5 kg / hで変化し、選択した電極によって異なります。

コーティングされた電極溶接プロセスの成功は、すべての溶接操作が溶接機によって実行されるため、溶接機のスキルと技術に大きく依存します。溶接工が制御できなければならない4つの項目があります：

• アークの長さ（コーティングされた電極の直径の0.5から1.1の間で変化します）。素人の言葉で言えば、電極の先端から部品までの距離を考えることができます。
• 電極の変位と作動角。
• 電極の変位速度。
• パスデポジションテクニック（ナローパスまたはスウィングパス）。
• 電流。

関節の準備と洗浄

溶接する部品は、端の両側に少なくとも20 mmのストリップで、油、グリース、錆、塗料、ガス予熱による液体、砂、煤の浸透による検査の残留物がなく、消磁されている必要があります。

各パスの後、生成されたスラグを除去する必要があります。部分的なスラグ除去により、酸化物含有物を含む溶接ビードが生成され、溶接継手の機械的特性が損なわれます。パス間の洗浄が不足すると、有名な「スラグ含有」欠陥が発生します。

鋼を溶接するための通常のパラメータ

以下の表は、タイプ7018でコーティングされた電極の直径別の一般的なパラメータの例を示しています。7018電極は、責任ある作業で最も一般的に使用されますが、使用する最も経済的で生産性の高い電極とパラメータについては、溶接の専門家に相談してください。あなたの仕事。

プロセスに起因する不連続性

クラッド電極アーク溶接によって得られる溶接には、ほとんどすべてのタイプの不連続性が含まれる可能性があります。以下にリストされているのは、このプロセスが使用されるときに発生する可能性のある、より一般的な不連続性の一部です。

気孔率

一般に、これは、不適切な技術（長いアーク長または高い溶接速度）の使用、適切な洗浄なしの母材の使用、または電極の濡れによって引き起こされます。

アーチの開閉時に、クラスター状の多孔性が発生することがあります。溶接作業を開始した直後に、小さな後方パスを使用する溶接技術により、溶接工はパスの開始時にその領域を再溶融し、ガスを放出して、このタイプの不連続性を回避できます。バーミフォームの多孔性は通常、濡れた電極の使用によって引き起こされます。

インクルージョン

これらは、電極の不適切な取り扱いとパス間の不十分な洗浄が原因で発生します。溶接する接合部へのアクセスに関して設計が不十分な場合、または斜角が小さい場合でも、これは予測可能な問題です。

融合の欠如

不適切な溶接技術の結果：高速溶接、不適切な接合または材料の準備、低電流。

浸透の欠如

不適切な溶接技術の結果; はんだ付けが速い、接合部または材料の準備が不適切、電流が低すぎる、電極の直径が大きすぎる。

凹面とオーバーラップ

それらは溶接機のエラー（ずさんさ）によるものです。

喉のひび割れと根のひび割れ

それらが現れるとき、彼らは避けるべきであるように、溶接技術の変更または材料の変更を要求します。

層間亀裂

この不連続性は、溶接機の故障としては特徴付けられません。これは、溶接部の収縮によって発生する高張力をサポートしていない母材が、厚さ方向に、圧延方向に平行な平面にあるステップの形で亀裂を生じたときに発生します。

参考までに、一部のエンジニアは、このタイプの亀裂に対するこの材料の耐性を評価するために「Z」引張試験を指定しています。

縁のひび割れとビードの下のひび割れ

これらは、後で説明するように、コールドクラックによるクラックです。溶接後しばらくしてから発生するため、溶接直後の点検では検出できない場合があります。これらは通常、水素がはんだに閉じ込められている間に発生します。

水素源の例として、空気の湿度が高い、電極が濡れている、表面が汚れているなどが挙げられます。

この水素は、壊れやすい微細構造と十分に高いレベルの残留応力と組み合わさって、これらのタイプの亀裂の出現に寄与します。

アンダーカット（一口に似ています）

高アンペア数（電流）、非常に高温の部分。

環境および個人の保護条件

溶接する接合部が適切に保護されていない限り、雨や風のある場所で溶接を行ってはなりません。

電気アークは、投射物や有害ガスに加えて、可視光線と紫外線を放出します。これらの理由から、溶接機は、フィルター、手袋、保護服、安全ガラスを使用して適切に保護し、適切な換気のある場所で溶接を実行する必要があります。

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