溶接欠陥の原因とその対処方法
Oct 12, 2024
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現代の製造において不可欠な部分である溶接の品質は、製品の全体的な性能と安全性に直接影響します。しかし、溶接工程中のさまざまな要因により、さまざまな溶接欠陥が発生することがよくあります。これらの欠陥は、溶接継手の強度、耐久性、外観を低下させるだけでなく、重大な安全上の事故につながる可能性があります。したがって、溶接欠陥の原因とその改善策を理解することは、溶接品質を向上させ、製品の性能を確保する上で非常に重要です。
▲ 溶接欠陥
I 溶接欠陥の分類
溶接欠陥は、溶接部の位置に基づいて、外部欠陥と内部欠陥の 2 つのタイプに分類できます。外観欠陥とも呼ばれる外部欠陥は溶接の表面にあり、アンダーカット、溶接スパッタ、凹部、溶接変形、表面気孔率、表面亀裂などを肉眼または低倍率で観察できます。内部欠陥は溶接部の内部で見つかり、溶融の欠如、不完全な溶け込み、内部気孔、スラグの混入、亀裂など、破壊試験または特殊な非破壊試験方法によってのみ検出できます。
II 溶接欠陥の原因
1. 外観上の欠陥
(1) アンダーカット
アンダーカットとは、母材金属がアークまたは炎によって溶解され、溶接金属によって充填されなかった後に溶接の端に残るくぼみまたは溝を指します。主な原因としては、過剰な溶接電流、長すぎるアーク、不適切な電極（溶接ワイヤ）の角度や移動、不適切な溶接速度などが挙げられます。
▲アンダーカット
(2) 溶接スパッタ
溶接スパッタとは、溶接時に溶けた溶接金属が熱不足で母材や溶接部に流れ込み、冷却後に母材と融合しない金属の塊を形成するものを指します。原因には、電極の品質不良、過剰な溶接電流、長すぎるアーク、遅い溶接速度、不適切な電極の角度と移動が含まれます。
▲溶接スパッタ
(3) 凹みと溶接変形
凹みは通常、アークを終了するときに電極 (溶接ワイヤ) を短時間保持できなかったことによって発生し、アーク クレーターが発生します。溶接の変形は、準備が不十分であったり、治具が不十分であったり、操作スキルが不十分であったりすることが原因で発生する可能性があります。
▲ 凹みと溶接変形
(4) 表面気孔率
表面気孔は、溶接中にガスが溶接池から完全に逃げられない場合に発生し、溶接金属の表面に穴が形成されます。主な原因には、溶接材料とワークピースがプロセス要件に適合していないこと、低い溶接電流、速すぎる溶接速度、長すぎるアーク、および溶接領域の不適切な保護が含まれます。
2. 内部欠陥
(1) 融合の欠如と不完全な浸透
溶融の欠如とは、溶接金属が母材と溶融していない領域、または溶接の層間を指します。不完全溶け込みとは、溶接時に継手の根元が完全に溶けないことを指します。これらの欠陥は、不十分な溶接電流、速すぎる溶接速度、不十分な開先設計、不適切な電極角度、不適切な溶接技術によって発生します。
▲ 融合不足と貫通不完全
(2) スラグ介在物
スラグ混入物とは、溶接後に溶接部に残る残留スラグを指します。原因としては、溶接電流が低い、溶接速度が速すぎる、ワーク表面が汚れている、多層溶接でのスラグ除去が不完全である、電極の品質が悪いなどが挙げられます。
▲ スラグ介在物
(3) ひび割れ
亀裂は溶接継手における最も危険な欠陥の 1 つであり、その原因は複雑かつ多様です。これらには、不十分な溶接技術、不適切な溶接仕様、溶接部の高い内部応力、材料の高い亀裂感受性、および低品質の充填材が含まれます。さらに、高温亀裂、低温亀裂、再熱亀裂などのさまざまな種類の亀裂は、さまざまな要因によって発生します。
▲ひび割れ
Ⅲ 溶接欠陥の対処法
1. 外部欠陥の救済
(1) アンダーカット
小さく浅いアンダーカットを機械的に滑らかにして、滑らかな移行を作成できます。重度で深いアンダーカットは溶接で修復する必要があります。予防策には、適切な溶接プロセスパラメータの選択、アーク長の制御、必要な電極移動技術の習得などが含まれます。
(2) 溶接スパッタ
溶接スパッタは機械研磨によって除去できますが、滑らかさを回復するには溶接をやり直す必要があります。予防策としては、適切な溶接電流と電極角度を選択し、一定の溶接速度を維持することが挙げられます。
(3) 凹みと溶接変形
凹みや溶接変形は、研削、機械的矯正、または熱処理によって修正できます。予防策には、溶接前の適切な準備、認定された治具の使用、残留変形を除去するための措置を講じることが含まれます。
(4) 表面気孔率
表面の多孔性は、研磨と再溶接によって除去して空隙を埋めることができます。予防策には、溶接材料とワークピースの洗浄、適切な溶接電流と速度の選択、溶接領域の保護の改善が含まれます。
2. 内部欠陥の救済
(1) 融合の欠如と不完全な浸透
溶融の欠如および不完全な溶け込み欠陥は通常、補修溶接またはガウジングと再溶接を必要とします。開放構造の場合、不完全な溶け込み領域に直接溶接修復を実行できます。直接修復が不可能な重要な溶接の場合は、再溶接する前に欠陥領域の溶接金属を完全に除去する必要があります。
(2) スラグ介在物
再溶接する前に、欠陥領域をくり抜いてスラグ混入物を除去する必要があります。予防策には、表面洗浄の改善、適切な溶接電流と速度の選択、溶接層間のスラグの完全な除去が含まれます。
(3) ひび割れ
亀裂の修復はより複雑で、亀裂の種類と位置に基づいた特定の対策が必要です。高温亀裂および再熱亀裂の場合は、溶接中の温度管理と応力緩和対策を改善して、欠陥領域をえぐって溶接をやり直す必要があります。コールドクラックの修復と防止には、加熱、圧力補正、またはその他の方法が必要な場合があります。
IV 特有の溶接欠陥の事例
1. アンダーカット欠陥
- 現象：溶接時に母材表面より低い溶接止端部または溶接部に沿って現れるくぼみまたは溝。
- 原因：溶接電流が多すぎる、アークが長すぎる、電極（溶接ワイヤ）の角度が不適切、溶接速度が速すぎるなど。
- インパクト：溶接継手の強度が弱くなり、応力集中が生じ、疲労寿命が短くなります。
2. 溶接スパッタ欠陥
- 現象：溶融金属が溶接部の外側で未溶融の母材上に流れることによって形成される金属の塊。
- 原因：溶接電流が多すぎる、溶接速度が遅すぎる、電極（溶接ワイヤ）の角度が不適切など。
- インパクト：外観に影響を与え、応力集中点が生じ、パイプライン内の効果的な媒体の流れが妨げられます。
3. 多孔性欠陥
- 現象：溶接中にガスが逃げられず、溶接金属の内部または表面に形成されるガスポケット。
- 原因：溶接材料中の水分、不純なシールドガス、速すぎる溶接速度、長すぎるアークなど。
- インパクト：溶接の緻密性が低下し、溶接の有効作業断面積が減少し、溶接の機械的特性に影響を与えます。
4. スラグ混入欠陥
- 現象：溶接金属中の非金属介在物。
- 原因：溶接電流が低い、溶接速度が速すぎる、開先が汚れている、多層溶接における層間のスラグ除去が不完全など。
- インパクト：溶接の機械的特性と緻密性に影響し、溶接の亀裂を引き起こす可能性があります。
5. 融合の欠如と不完全な浸透欠陥
- 現象：溶融不足とは、溶接金属と母材との間、または溶接層間の溶融が不完全であることを指します。不完全溶け込みとは、溶接時に継手根元の溶融が不完全であることを指します。
- 原因：溶接電流が低い、溶接速度が速すぎる、開先設計が悪い、電極（溶接ワイヤ）の角度が不適切など。
- 衝撃：S溶接部の機械的特性を著しく低下させ、溶接において最も危険な欠陥の 1 つとなります。
6. クラック欠陥
- 現象：溶接継手の局所領域における原子結合力の破壊によって形成される新しい界面。
- 原因：溶接による残留応力、母材または溶加材の材質不良、溶接プロセスパラメータの不適切な選択など。
- インパクト：鋭い亀裂の先端は重大な応力集中を引き起こし、交互荷重や衝撃荷重を受ける構造に深刻な影響を及ぼし、構造破壊につながる可能性があります。
V 結論
溶接欠陥の原因は多岐にわたり、特定の状況に応じて対処法を調整する必要があります。実際の溶接プロセスでは、溶接接合部の品質と製品全体の性能を確保するには、溶接手順仕様の厳守、品質管理の強化、溶接欠陥のタイムリーな検出と修正が不可欠です。さらに、溶接技術の継続的な開発と進歩により、新しい溶接方法や材料が登場し、溶接の品質と効率のさらなる向上を強力にサポートしています。