溶接部品はTIG溶接、MIG溶接、スティック溶接でどう違うのですか？

主な特徴: 溶接部品に対するプロセス固有の要求

違いの核心は、熱源、シールド機構、およびフィラー金属の供給にあります。 TIG（ガスタングステンアーク溶接）は消耗品のないタングステン電極を使用します。 別個のフィラーロッドを使用することで、入熱と溶接池を正確に制御できます。 MIG (ガスメタルアーク溶接) は、連続供給される消耗品ワイヤ電極を採用しています。 外部シールドガスと組み合わせて使用します。 スティック（シールドメタルアーク溶接）はフラックスコーティングされた消耗電極を使用します 独自のシールドガスとスラグを生成します。

これらの基本的な違いは、溶接部品のあらゆる側面に反映されます。たとえば、TIG 溶接部品には通常、 刃先処理精度±0.5mm以内 表面粗さは 1.6 μm Ra 未満です。 MIG パーツは約 ±1.0mm の公差を許容しますが、スティック パーツは ±2.0mm 以上で機能します。部品の厚さの範囲も多岐にわたります。TIG は以下の点で優れています。 0.5～6mm セクション、MIG ハンドル 1～25mm 、溶接を確実に貼り付ける 3mm～50mm以上 ワンパスで。

電極とろう材の仕様

電極の種類によってフィラー材料の形式が決まり、それが部品の設計に影響します。 TIG溶接では、フィラーロッドを手動で溶接池に送り込みます。 溶接工の手のアクセスしやすさとクリアランス —これは、部品の接合部の周囲に十分な空間を持たせて設計する必要があることを意味します。フィラーロッドの直径は通常、次の範囲です。 0.8mm～3.2mm 、ベース材料の厚さに一致します。

MIG 溶接では、直径が 0.6mm～1.6mm 。連続供給により、より高い堆積速度が可能になりますが、 スムーズで障害物のない配線経路 - きつい角や深い溝のある部品は、ガン ノズルの動きを妨げる可能性があります。スティック溶接電極の直径は次のとおりです。 1.6mm～6.4mm 、フラックスコーティング組成は母材の種類と一致する必要があります。 スティック電極は部品の形状の影響を受けにくい 溶接機はロッドの角度を自由に操作できますが、パスの間に除去する必要があるスラグが残ります。

カスタマイズの観点から見ると、 溶加材の選択は母材と調和する必要があります 亀裂、気孔、腐食の問題を回避します。たとえば、TIG によるステンレス鋼部品の溶接には ER308L フィラーが使用されることがよくありますが、MIG では濡れ性を高めるために ER308LSi が使用され、スティック では E308-16 が使用されます。各フィラーは異なる流動性と固化特性を持っており、それがジョイントの設計に影響します。

シールド要件と部品設計への影響

シールドガスは溶接池の大気汚染を防ぐために不可欠ですが、その供給方法は大きく異なります。 TIG と MIG は外部ガス供給に依存します (通常はアルゴン、ヘリウム、または CO₂ 混合物) がノズルを通じて供給されます。これにより、次のような厳しい要件が課されます。 ガス範囲とトーチへのアクセス可能性 。凹面、深いフィレット、または複雑な内部形状を持つ部品では、乱流ガスが発生し、気孔が発生する可能性があります。

TIG 溶接の場合、ガス流量は通常、 10～20L/分 アルゴンの場合、ノズルは次の範囲内に配置する必要があります。 5～15mm 溶接プールの。これには、部品に次の機能が求められます。 少なくとも片側からの障害物のないアクセス 。 MIG は、より高い流量 (15 ～ 25 L/min) とより大きなノズルを使用するため、通常はさらに大きなクリアランスが必要になります。 20～30mm スタンドオフ距離。

対照的に、スティック溶接ではシールドが発生します。 アーク中の磁束分解 外部ガスの必要性を排除します。これにより、Stick は次のような用途に最適です。 屋外または風の強い状況 アクセスが制限されている部品についても。ただし、フラックスによりスラグが生成されるため、これを削り取る必要があり、溶接後の表面仕上げの要件に影響を与えます。 棒溶接部品には通常、スラグ除去代が必要です その後の洗浄のために溶接面に 1 ～ 2 mm の汚れを残します。

入熱と熱管理

入熱は、溶接部品の金属構造、歪み、残留応力に影響を与える重要なパラメータです。 TIG は最小限の熱入力を提供します 、通常は以下の範囲にあります 5～50kJ/インチ 、アークが集中していて移動速度が遅いため。この最小限の入熱により、通常は狭い熱影響部 (HAZ) が形成されます。 0.5～2.0mm -これにより、母材の機械的特性が維持され、歪みが軽減されます。

MIG は中程度の入熱レベルで動作します。 20～100 kJ/インチ 、HAZ は次のとおりです。 2～5mm 。熱入力が高くなると、堆積速度が増加しますが、より多くの熱応力が発生します。 MIG 用に設計された部品は次のことを考慮する必要があります より大きな収縮と角度の歪み 、特にバットジョイントで。厚いセクションでは、予熱とパス間の温度制御が重要になります。

スティック溶接は、以下の範囲で最も高い入熱量を持ちます。 30 ～ 120 kJ/インチ 、HAZ を生成します。 3～8mm またはそれ以上。この高い入熱により、HAZ に重大な歪みや粒成長が発生する可能性があります。 スティック溶接用の部品には、多くの場合、より大きなクリアランスが必要です 熱膨張を考慮し、厚い接合部や拘束された接合部には溶接後の応力除去 (焼きなましなど) が指定されることがよくあります。以下の表は、これらの熱特性をまとめたものです。

ジョイントの構成と嵌合公差

開先角度、ルートギャップ、ランド厚さを含む継手の設計は、溶接プロセスに合わせて調整する必要があります。 TIG溶接は精密な制御により、 30°～45°の狭い溝角度 根の隙間が狭い 1.0～2.5mm 。この狭い溝により、フィラーメタルの量と歪みが軽減されますが、 高精度の機械加工または切断 パーツのエッジの部分。

MIG溶接が好ましい 45°～60°の広い溝角度 と根のギャップ 2.0～4.0mm 適切な浸透と融合を確保します。広いギャップにより、フィットアップの多少の変化に対応できるため、MIG は TIG よりも寛容になります。ただし、溶接金属の体積と入熱も増加するため、歪みを制御するために部品の設計に考慮する必要があります。

スティック溶接には、 最も広い溝角度、通常は 60° ～ 75° 、ルートギャップは 3.0～6.0mm 。この寛大な形状により、電極が根元に到達し、適切なスラグ除去が保証されます。 スティック溶接は嵌合不良に対して最も耐性があります -品質を大幅に損なうことなく、ギャップは±2 mm変化する可能性があります。このため、Stick は、機械加工の精度が制限される現場での修理や重量構造用鋼部品に適したプロセスとなっています。

表面の清浄度と溶接前の準備

表面状態は溶接品質の決定的な要素であり、各プロセスには明確な清浄度要件があります。 TIG溶接には最高レベルの表面清浄度が要求されます 。油、塗料、酸化物、さらには指紋さえも除去する必要があります。通常は、脱脂とその後の機械的洗浄 (研磨またはワイヤーブラシ) によって除去する必要があります。 25mm ジョイントの。表面の汚染はタングステンの介在物や気孔を引き起こす可能性があり、どちらも溶接の完全性に悪影響を及ぼします。

MIG 溶接は、表面の汚染に対する耐性が中程度です。 軽いミルスケールと厚さ0.1 mmまでの錆び 適切なパラメータを使用すれば許容できますが、重酸化物や油膜は除去する必要があります。溶接前の洗浄には通常、次の作業が含まれます。 ワイヤーブラシまたは軽い研削 ジョイントから 10 ～ 20 mm 以内。

スティック溶接は、表面の欠陥に最も耐えられます。フラックスコーティングには脱酸剤とスラグ形成剤が含まれています。 錆、ミルスケール、中程度の油汚染に対応可能 。ただし、重いグリース、ペイント、または湿気は除去する必要があります。 スティック電極は最大 0.5 mm のスケールを貫通可能 通常の条件では、完全に洗浄できない屋外の構造用鋼部品に最適です。

プロの溶接部品のカスタマイズには、適切な洗浄レベルを指定することが不可欠です。 清浄度を過剰に指定するとコストが増加します。過少仕様は溶接欠陥の危険性があります。 実際的なアプローチは、洗浄要件をプロセスに適合させることです。TIG 部品は、 ほぼ白に近い金属仕上げ (SSPC-SP 10)、MIG と コマーシャルブラスト (SSPC-SP 6)、そして、 ブラシオフブラスト (SSPC-SP 7) または同等のもの。

溶接後の処理と品質管理

溶接プロセスによって、溶接後の処理要件も決まります。 TIG で製造された溶接は一般に滑らかでスパッタがありません。 、最小限の溶接後の仕上げが必要です。ただし、溶接ビードのプロファイルにアンダーカットや過剰な補強がないか検査する必要があります。 浸透探傷試験または放射線透過試験 重要な部品によく使用されます。 TIG は入熱が低いため、高強度または耐クリープ合金を除き、溶接後熱処理 (PWHT) の必要性が軽減されます。

MIG 溶接には、特に CO₂ シールドを使用する場合、除去が必要なスパッタが発生する場合があります。 スパッタ除去コストにより、製造時間が 5 ～ 15% 増加する可能性があります 計画されていない場合。 MIG パーツにもメリットがあります 溶接後の応力除去 厚みが20mmを超える場合や接合部の拘束が強い場合。

スティック溶接では、溶接後の作業が最も多く発生します。 スラグは各パスで削ってブラシで除去する必要があります そして最終溶接から。このスラグの除去には多大な労力がかかり、時間がかかる場合があります。 総溶接時間の 10 ～ 20% 。さらに、スティック溶接の表面仕上げは粗く、化粧や取り付けの用途には研削や機械加工が必要になることがよくあります。 磁粒子検査や超音波検査などの NDT 方法 重い棒溶接構造では一般的です。

溶接部品カスタマイズの意思決定フレームワーク

溶接部品をカスタマイズする場合、適切なプロセスを選択するには、相互に関連する複数の要素を評価する必要があります。次のフレームワークは意思決定プロセスをガイドします。

• 部品の厚さ: 薄いセクション (3 mm 未満) は TIG に非常に有利です。中程度のセクション (3 ～ 12 mm) は 3 つすべてに適しています。厚いセクション (12 mm 以上) は MIG または Stick に傾きます。
• 公差と精度: 高精度 (±0.5mm) には TIG が必要です。中程度 (±1.0 mm) は MIG に適しています。スティックは緩め(±2.0mm以上)で十分です。
• 表面状態: きれいな機械加工された表面は TIG に最適です。 MIG では穏やかなスケールが許容されます。ひどいスケールやサビもスティックでなんとかなります。
• 生産量: 少量多品種の部品では、柔軟性を高めるために TIG が使用されることがよくあります。大量生産では、堆積速度の点で MIG が有利になります。少量の重い構造部品にはスティックが使用されます。
• アクセスと位置: 全姿勢溶接はスティックを使用するのが最も簡単です。 TIG は平らで水平な場合に最適です。 MIG は、パルス パラメーターを使用するすべての位置で適切に機能します。
• 歪み感度: 低歪みの要件では TIG が有利です。適度な歪み耐性は MIG に適しています。高い耐性によりスティックが可能になります。

最適な選択が単一の要素に基づいて行われることはほとんどありません —全体的な評価が必要です。たとえば、中程度の公差を持ち、屋外で組み立てられる厚さ 10 mm の構造用鋼部品は、通常、スティック溶接に割り当てられます。同じ厚さでも公差が厳しく、クリーンな工場条件であれば MIG 溶接される可能性があります。歪みを最小限に抑え、優れた仕上げを必要とする 3 mm のステンレス鋼部品は TIG 溶接されます。

溶接部品の工程選定フローチャート

次のフローチャートは、部品の特性とプロジェクト要件に基づいて適切な溶接プロセスを選択する体系的なアプローチを示しています。

比較概要: 溶接部品の要件

以下の表は、3 つのプロセス全体で溶接部品に影響を与える主要なパラメータを総合的に比較したものです。この概要は、部品設計者および製造エンジニアにとってのクイックリファレンスとして役立ちます。

注: 値は一般的な範囲であり、特定の材料、接合部の設計、溶接パラメータによって異なる場合があります。