第5回　アーク溶接とは？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。

これまで溶接の種類である融接、圧接、ろう付けについて解説してきましたが、シリーズ第5回目の本記事からは、各溶接の中でも幅広く用いられている代表的な溶接法について、掘り下げて解説していきます。

今回は、融接の中でも幅広く利用されているアーク溶接について、アーク溶接という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。

アーク溶接とは

引用元：コベルコ教習所

アーク溶接は、アーク放電という気体中に生じる放電現象を利用した溶接方法です。

アーク放電とは、電極に電流を流した状態で接触し引き離すと起こるもので、非常に強い光と高熱を発するのが特徴です。身近なものでは、電化製品のプラグをコンセントから引き抜いたときに発生するスパークなどがアーク放電に当たります。

アーク放電は、溶接以外にプラズマ切断や放電加工などにも用いられる放電現象です。溶接で使用するアーク放電は高いものでは太陽の表面温度を超える2万度ほどにもなり、あらゆる母材を溶融させることが可能です。

放電現象を利用することから、基本的にアーク溶接の対象は電気伝導体のみとなっています。そのためアーク溶接は電気溶接と言われることもありますが、その場合は抵抗溶接（スポット溶接）も含むのが一般的です。なお、抵抗溶接の詳細については次回以降解説します。

アーク溶接の種類

アーク溶接は超高温によってあらゆる母材を溶融させることができますが、その高温によって、アーク放電を生み出す電極そのものも溶融することがあります。

そしてアーク溶接は、主に電極が溶融するか否かによって、2種類に大別されます。 2種類とは、電極が溶融して消耗する消耗電極式溶接（溶極式）と、電極は溶融せず溶加材（溶接棒）を母材へ溶かし込む非消耗電極式溶接（非溶極式）です。

消耗電極式溶接と非消耗電極式溶接は、それぞれ次のアーク溶接が該当します。

消耗電極式溶接の特徴

消耗電極式溶接に分類される、各アーク溶接の特徴を見ていきましょう。

被覆アーク溶接の特徴・メリット・デメリット

引用：日鉄住金テクノロジー株式会社

被覆アーク溶接は、被覆剤（フラックス）を塗布した溶接棒を電極にして、母材との間に発生したアークの熱を利用して溶接するものです。一般には、手溶接法と呼ばれています。

被覆アーク溶接は溶接棒を使い分けることでさまざまな母材に対応できる手軽さから、これまで主流の溶接法として活躍してきました。しかし最近では、より効率のよい溶接法が利用されることも多く、利用範囲は減少傾向にあります。

それでも現場溶接では手軽さが重宝される場面はまだ多く、活躍のシーンが完全になくなることはないでしょう。

なお、被覆アーク溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

※1　スラグ：溶接の際に発生する、溶融した金属から分離して浮かぶかす。鉱滓、溶滓、のろなどとも呼ぶ

※2　ヒューム：溶接の際に発生した金属蒸気が凝集して、微細な粒子となったもの。吸入すると、ヒューム熱などの原因となり得る。

炭酸ガスアーク溶接の特徴・メリット・デメリット

引用：株式会社北星製作所

アーク溶接する際、金属が酸化するのを防ぐためにガスをシールドとして利用するものを総称して「ガスシールドアーク溶接」と言います。その中でも、シールドガスに炭酸ガス、または炭酸ガスを中心とした混合ガスを用いるものを、炭酸ガスアーク溶接と呼びます。

ガスシールドアーク溶接にはそのほか、ミグ溶接、マグ溶接などがありますが、炭酸ガス（CO2）アーク溶接、ミグ溶接、マグ溶接の違いは、そのまま使用するガスの違いです。順にご説明します。

まず炭酸ガスアーク溶接は、たいてい半自動溶接として使われる工法です。半自動溶接とは、消耗する電極を自動的に供給する溶接トーチを利用するもので、手順としては、まず溶接棒の代わりに、コイル状に巻いた溶接ワイヤーを送給ローラーによってトーチ先端に送ります。ワイヤーはトーチ先端のコンタクトチップで通電され、炭酸ガスの雰囲気（※3）中で母材との間にアークを発生し、その熱で母材とワイヤーを溶かし接合する方法です。

なお炭酸ガスアーク溶接における炭酸とは二酸化炭素のことで、作業中に化学反応によって一酸化炭素を生じます。

※3　雰囲気：シールドガスなどの特定の気体そのものの状態や、その気体の条件下にある状態を指す¥

炭酸ガスアーク溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

※4　スパッタ：溶接時に飛散する微粒子。塗装や溶接などの欠陥の原因になり、品質に悪影響を与える。

ミグ溶接（MIG溶接）の特徴・メリット・デメリット

引用：株式会社関西金属製作所

シールドガスとして、炭酸ガスの代わりに、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスのみを使用するものをミグ（Metal Inert Gas）溶接と呼びます。

ミグ溶接もガスシールドアーク溶接の一種であり、工法は炭酸ガスアーク溶接と基本的に同様で、半自動溶接として使われます。

ミグ溶接には、炭酸ガスアーク溶接に比べて仕上がりが美しくなるという特徴がありますが、日本ではアルゴンガスやヘリウムガスが高価なことから、高い精度品質を求められない場合は炭酸ガスアーク溶接が用いられることが多いです。

対して、アメリカやヨーロッパでは不活性ガスが比較的安価なため、よく使われる傾向にあります。

なお、ミグ溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

マグ溶接（MAG溶接）の特徴・メリット・デメリット

引用：日鉄住金ハード株式会社

シールドガスとして、不活性ガスと炭酸ガスの混合ガスを使用するものをマグ（Metal Active Gas）溶接と呼びます。

マグ溶接もまたガスシールドアーク溶接の一種であり、工法は炭酸ガスアーク溶接と基本的に同様、通常半自動溶接として使われます。不活性ガスのみを用いるミグ溶接が、溶接面などの仕上がりが美しくなる一方で、アークが広がりやすく溶け込みが浅くなってしまうことから、アークを細く集中させる作用のある炭酸ガスを混合したのがマグ溶接です。

そんなマグ溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

サブマージアーク溶接の特徴・メリット・デメリット

引用：JFEテクノリサーチ株式会社

サブマージアーク溶接は、散布した粒状の被覆剤（フラックス）中にワイヤを自動送給して、ワイヤーと母材の間にアークを発生させて溶接する方法です。被覆アーク溶接における溶接棒の心線と被覆剤を分離させて、自動溶接を可能にしました。

サブマージアーク溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

セルフシールドアーク溶接の特徴・メリット・デメリット

引用：ウエルドツール

CO2溶接、MIG溶接、MAG溶接といったガスシールドアーク溶接に対して、ガスを使用しない溶接法をセルフシールドアーク溶接（そのほかノーガスアーク溶接、ノンガスシールドアーク溶接など）と呼びます。
セルフシールドアーク溶接は、ガスシールドアーク溶接やサブマージアーク溶接とは違い、外部から被覆剤やガスを供給することなく溶接する方法です。チューブ状の溶接ワイヤーに脱酸材と被覆剤を装填してあり、アーク発生とともにアーク柱および溶融池を外気の酸素や窒素から保護して溶接します。

セルフシールドアーク溶接のデメリット

スタッド溶接の特徴・メリット・デメリット

引用：日本スタッドウェルディング株式会社

単にスタッド溶接と言った場合は、板の裏面に影響を及ぼさないCD方式、板厚に対して6～8倍のスタッドを接合できるショートサイクル方式、M6～M25のスタッドが接合できるアーク方式の3方式を含みますが、今回はアーク方式のスタッド溶接について解説します。

スタッド溶接は、溶接棒や溶接ワイヤーを使わず、スタッドと呼ばれるピンを専用のガンに取り付けて、母材に押し当てた状態で電流を流してから引き上げることでアークを発生させて溶接する工法です。

アーク方式のスタッド溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

非消耗電極式の特徴

続いて、非消耗電極式溶接に分類される2つのアーク溶接の特徴を見ていきましょう。

ティグ溶接（TIG溶接）の特徴・メリット・デメリット

引用：株式会社ハイド

ティグ溶接のTIGとは、Tungsten Inert Gasの略で、熱に強いタングステン電極と被溶接物との間にアークを発生させ、アーク部をアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスでシールドして溶接する方法です。

金属の中でも最も融点の高いタングステンを電極として使用することで、電極をほとんど消耗せずに溶接することができます。電極が溶融しない代わりに、ごく薄板の場合を除いて、溶融部の金属を補うためにフィラーワイヤー（溶加棒）が使用されます。
なおティグ溶接法はあらゆる種類の金属の溶接が行えますが、ステンレスの溶接には直流が、アルミの溶接には交流の溶接電源が使用されます。

ティグ溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

プラズマアーク溶接の特徴・メリット・デメリット

引用：日鐵住金溶接工業株式会社

プラズマアーク溶接は、イオン化した不活性ガスをプラズマガスとしてノズル孔から噴出して、アークの導電体とする溶接法です。タングステン電極を用いる点はティグ溶接と同様ですが、より幅の狭いアークが発生するため、深い溶け込みが得られます。

プラズマアーク溶接のメリットとデメリットは次の通りです。

まとめ

「ゼロからわかる！溶接加工！」シリーズ第5回は、アーク溶接に分類される各溶接法について、それぞれの特徴・メリット・デメリットを網羅的に解説しましたがいかがでしたでしょうか。

次回は、今回の話の中でも少し触れた、溶接の自動化や半自動化について、掘り下げて解説していきます。