第3回　圧接とは？代表的な種類や特徴、メリット・デメリットを解説

本シリーズでは、溶接加工に関する知識が全くない方でも、読み進めていくことで溶接加工について理解できるようになることを目標にしています。

シリーズ第3回目の本記事では、溶接の種類のひとつである圧接について、「圧接とは何か？」を理解するために、加工法の定義や種類、メリットデメリットなどを解説します。

圧接（加圧溶接・固相接合）とは

圧接は加圧溶接の略で、通常は被溶接材料（母材）を溶かして液相にせず固相のまま接合することから、固相接合ともいわれます。

具体的には、金属などの被溶接材料の接合部に、機械的圧力を加えて接合する加工法です。機械的圧力とは、文字通り機械によって加える圧力のこと。そのため数値制御が可能で、FA＝ファクトリーオートメーションで広く用いられています。

なおそのほかの溶接の一種である融接とは違い、圧接は圧力だけで接合するものばかりではありません。例えば摩擦圧接では摩擦熱によって被溶接材料を発熱させてから圧着しますし、熱間接合では、ガスの炎によって加熱圧着させます。

圧接の代表的な種類

圧接の主な種類には、ガス圧接、摩擦圧接、抵抗溶接、拡散接合、超音波圧接、爆発圧接などがあります。

ガス圧接

主に鉄筋などの接合端面を、酸素・アセチレンバーナーで1200～1300℃に加熱して、赤熱させ突き合わせて接合する圧接法です。非常に簡易なことから、建築現場などで使用されています。

摩擦圧接

引用:松井鋼材株式会社

摩擦圧接は、部材を突き合わせて片方を回転させて、接触部に発生する摩擦熱によって接合部を加熱し、さらに加圧して接合させる圧接法です。

円形断面を持った材料の、突き合せ接合に適しています。母材を液相にせず、軟化させた固相状態で接合するので、通常溶接では難しい、写真のような異種金属同士の接合も可能です。

その他の溶接法と比べて、熱源を必要とせずガスやスパッタ（溶接時に溶けた金属が飛散して粒状に固まったもの）も出ないので、自然環境にやさしい接合方法とも言えます。

しかし回転させながらの加工が必須となるため、円形断面など、回転可能かつ回転時に均一に力が加わる形状でなければ摩擦圧接には適しません。そのため、材質的に問題はなくとも形状的に摩擦圧接以外の工法を選択せざるを得ないケースは多いでしょう。

抵抗溶接

引用：ハイメカ株式会社

抵抗溶接は、被溶接材料を重ね合わせて、溶接部を電極で挟み加圧して電流を流し、溶接部位の接触抵抗に発生するジュール熱でお互いを溶融接着させる金属接合法です。大電流を使いますが、電圧が低いため感電の危険はありません。

抵抗溶接のメリットは、プロセスを自動化しやすく、アーク溶接やガス溶接などと比べ仕上がりが作業者の熟練に左右されない点。また短時間で溶接できるので、安価で大量に製造する生産方式に適しています。

しかし大きな電流が必要なので、電気設備が必要になるケースもあります。また被溶接材料の材質やサイズによって溶接条件が変わるので、はじめに厳密に条件出しをしなければいけません。

拡散接合

清浄化された表面を重ね、あるいは突き合わせて高温に加熱し、母材の原子の拡散によって接合させます。異種材料の、精密な接合に適しています。

超音波圧接

超音波圧接では、被溶接材料の端面部に超音波振動を加えて、摩擦圧接と同じ原理で接合させます。固相状態で接合する点で摩擦圧接などそのほかの圧接法と同様ですが、超音波の振動によって接合断面の不純物を取り除いてやがて結合する、という原理のため摩擦熱があまり発生せず、プラスチックなど非金属にも使用できるのが特徴です。

爆発圧接

爆発圧接は、爆着などとも呼ばれ、爆薬の爆発衝撃力によって接合部を高速で塑性変形させ接合させる工法です。異種金属同士を全面にわたり金属組織的に接合できるため、チタンー鋼など、融接での接合が難しい材料の組み合わせに適しています。

爆薬以外に特別な機器を必要とせず、被溶接材料のサイズにも基本的に制限がないため、多品種少量生産が可能です。ただし、加工の性質上取り扱いに注意が必要な点と、爆発音が生じるため加工場所が制限されることが難点です。

圧接と他の溶接の違い

溶接には、圧接以外に融接やろう付という加工法があります。それぞれの特徴と比べた、圧接法のメリットデメリットを確認してみましょう。

なおここまで紹介した通り、圧接法と一口にいってもその種類は多岐にわたるため、続いて解説するのはすべての圧接法に当てはまる特徴というよりも、あくまでもそういった傾向がある、といった程度に認識していただければ幸いです。

圧接法のメリットは、おおむね次の通りです。

圧接のメリット

・特殊な機器や技術を必要とせず、比較的導入が容易

・材質やサイズを選ばない加工法が多い

・異種材料間での加工に適している

・固相のまま接合するため材料が痛みにくくリサイクルに適している

・溶接材が不要で、ガスやスパッタの発生しないクリーンな加工が可能

対してデメリットは次の通りです。

圧接のデメリット

・円形断面など、形状が特に限定される工法がある

・圧力が均一に加えられない複雑な形状には不向き

・加工断面の確認ができず施工管理が難しい

まとめ

「ゼロからわかる！溶接加工！」シリーズ第3回は、代表的な圧接法や、そのメリット・デメリットについて解説しましたが、いかがだったでしょうか。

次回はろう付について解説し、その後はアーク溶接やガス溶接など、融接・圧接・ろう付、各圧接法の代表的な加工法について紐解いていきますよ。