TIG溶接とは

タングステン不活性ガス (TIG) 溶接は、ガス タングステン アーク溶接 (GTAW) とも呼ばれ、非消耗品のタングステン電極と不活性シールド ガスを使用します。 - TIG溶接では、溶加材を使用せずにオブジェクトを接合できるため、よりきれいでスパッタのない溶接が可能になります。

TIG溶接プロセスでは、アルゴンまたはヘリウムの不活性雰囲気中で、尖ったタングステン電極とワークピースとの間にアークが形成されます。尖った電極によって得られる小さく強力なアークは、高品質で精密な溶接に最適です。溶接中に電極が消耗されないため、TIG 溶接機は、溶融した電極から金属が析出するときにアークからの入熱のバランスをとる必要がありません。溶加材が必要な場合は、溶融池に別途追加する必要があります。

電源

TIG 溶接は、DC または AC の垂下定電流電源を使用して操作する必要があります。電極がワーク表面に短絡した場合に過度に大きな電流が流れるのを避けるために、定電流電源が不可欠です。これは、アークの開始中に意図的に発生する可能性もあれば、溶接中に不注意で発生する可能性もあります。 MIG 溶接のようにフラット特性の電源を使用すると、ワーク表面に接触すると電極チップが損傷したり、電極がワーク表面に溶着したりする可能性があります。 DC では、アーク熱は陰極 (マイナス) に約 3 分の 1、陽極 (プラス) に約 3 分の 2 が分布するため、過熱や溶融を防ぐために電極は常にマイナス極になります。ただし、DC 電極正極の代替電源接続には、陰極がワークピース上にあるときに、表面の酸化物汚染が除去されるという利点があります。このため、アルミニウムなどの表面酸化皮膜が強固な材料を溶接する場合には交流が使用されます。

アーク開始

溶接アークは表面を引っ掻くことによって開始され、短絡が形成されます。短絡が解除された場合にのみ、主溶接電流が流れます。ただし、電極が表面に固着し、溶接部にタングステンが混入する可能性があります。このリスクは、非常に低い電流レベルで短絡を形成する「リフトアーク」技術を使用することで最小限に抑えることができます。 TIG アークを開始する最も一般的な方法は、HF (高周波) を使用することです。 HF は、数マイクロ秒間続く数千ボルトの高電圧スパークで構成されます。 HF スパークは、電極とワークピースのギャップの破壊またはイオン化を引き起こします。電子/イオン雲が形成されると、電源から電流が流れるようになります。

注: HF は異常に高い電磁放射 (EM) を生成するため、溶接工は、HF を使用すると、特に電子機器に干渉を引き起こす可能性があることに注意する必要があります。 EM 放出は電波のように空気中に伝わったり、電力ケーブルに沿って伝わったりする可能性があるため、溶接付近の制御システムや機器との干渉を避けるように注意する必要があります。

HF は AC アークを安定させるのにも重要です。交流では、電極の極性が 1 秒あたり約 50 回の頻度で反転し、極性が変化するたびにアークが消えます。極性が反転するたびにアークが確実に再点火するように、各半サイクルの開始と同時に電極とワークピースのギャップを横切って HF スパークが発生します。

電極

DC 溶接用の電極は通常、アーク点火を改善するために 1 ～ 4% のトリアを加えた純粋なタングステンです。代替の添加剤は、優れた性能 (アーク開始と電極消耗の低減) を与えると主張されている酸化ランタンと酸化セリウムです。溶接電流のレベルに応じて、正しい電極直径と先端角度を選択することが重要です。一般に、電流が低いほど、電極の直径と先端角度は小さくなります。 AC溶接では、電極が非常に高温で動作するため、電極の浸食を減らすためにジルコニアを添加したタングステンが使用されます。電極で大量の熱が発生するため、尖った先端を維持するのは難しく、電極の端は球状または「ボール」形状になることに注意してください。

シールドガス

シールドガスは溶接材料に応じて選択されます。次のガイドラインが役立つ場合があります。

アルゴン + 2 から 5% H2 - に水素を加えると、ガスがわずかに発生し、表面を酸化させることなく、よりきれいに見える溶接部を生成するのに役立ちます。アークがより熱く、より収縮するため、より高い溶接速度が可能になります。欠点には、炭素鋼の水素割れのリスクやアルミニウム合金の溶接金属の気孔が含まれます。

ヘリウムおよびヘリウム/アルゴン混合物 - アルゴンにヘリウムを添加すると、アークの温度が上昇します。これにより、溶接速度が向上し、溶接の溶け込みが深くなります。ヘリウムまたはヘリウムとアルゴンの混合物を使用する場合の欠点は、ガスのコストが高いことと、アークの開始が難しいことです。

アプリケーション

TIG 溶接はあらゆる産業分野で使用されていますが、特に高品質の溶接に適しています。手動溶接では、比較的小さなアークは、薄いシート材料または制御された溶け込み (パイプ溶接のルートラン) に最適です。堆積速度が非常に遅くなる可能性があるため (別個のフィラー ロッドを使用する)、厚い材料や厚肉パイプ溶接の充填パスには MMA または MIG が適している可能性があります。

TIG 溶接は、自動溶接またはフィラー ワイヤを使用した機械化システムにも広く適用されています。ただし、化学プラントやボイラーの製造に使用されるパイプの軌道溶接には、いくつかの「既製」システムが利用可能です。このシステムには操作スキルは必要ありませんが、オペレーターは十分な訓練を受けている必要があります。溶接機はアークと溶接池の動作をあまり制御できないため、エッジの準備 (手作業ではなく機械加工)、継手の取り付け、および溶接パラメータの制御に細心の注意を払う必要があります。