工具の通販モノタロウ > 溶接の基礎講座 > 2-4TIG溶接トーチ、タングステン電極の設定
溶接の基礎講座
ものづくりにおける接合方法の1つに、「溶接」があります。
本連載では「溶接」について、金属が接合するメカニズムから溶接の種類、また溶接の仕方まで、現場で使える知識をご紹介していきます。
第2章 溶接方法と溶接材

2-4 TIG溶接トーチ、タングステン電極の設定

TIG溶接における溶接トーチ、タングステン電極は、その取り扱いにより作業性や溶接品質が強く影響されます。したがって、その取り扱いや設定には、十分な注意と確認が必要です。

1) TIG溶接トーチの設定

TIG溶接トーチは図4-1に示す構成でできており、トーチキャップを絞めていくことでコレットを押し下げ、コレット先端を絞ってタングステン電極に密着させ、先端の接触部でコレットボディ、コレット、タングステン電極へと通電されていきます。

図4-1 TIG溶接トーチの構成

図4-1 TIG溶接トーチの構成

この溶接で良好な作業結果を確保するには、溶接作業前に溶接トーチを適正に設定することが不可欠で、次の手順で設定します。

(1)使用するタングステン電極の先端が、次項に示す適正形状に加工されているかを確認します。

(2)コレットボディが、使用するタングステン電極径に見合ったものであることを確認し、トーチボディにゆるみのない状態にセットします。

(3)セラミックスガスカップに損傷や汚れのないことを確認し、コレットボディに固定します。

(4)コレットが、使用するタングステン電極径に見合ったものであることを確認し、これにタングステン電極を通しトーチボディに押入、電極のガスノズル先端からの突き出し長さが電極径の2倍程度の長さになるようセットし、 トーチキャップを閉めて電極をゆるみのない状態で取り付けます(電極突き出し長さは、継手の形状や開先の形状よって変わり、継手の溶かした位置に電極先端が届くような突き出し長さにセットすることがポイントです)。

2)タングステン電極材質の設定

TIG溶接では、使用するタングステン電極の材質により、アーク発生の良否やアークの発生状態が変わります。

(1)直流TIG溶接の場合

直流TIG溶接では、確実なアーク発生ができることや同じ径の電極でも広い電流範囲の溶接ができる、などの理由から酸化物入りタングステン電極を使用します(一般には、棒端が灰色の2%酸化セリウム、棒端が赤色の2%酸化トリウム入り電極が使用されますが、連続してアークスポット溶接するような場合には黄緑色の2%酸化ランタン入り電極などが良いでしょう)。

(2)交流TIG溶接の場合

交流TIG溶接ではアークの発生で電極先端が溶融、その溶け方が電極の材質により特徴的に変化し溶接作業に影響を与えます。図4-2が、同じ先端形状の4種の電極でアルミ合金材のすみ肉溶接を行っている状況です。 (a)の純タングステンの場合は、他のものに比べ先端部が大きく溶融し安定な球面となっていますがその分アークはルートに届かず、ルートの溶融が得られていません。 これに対し、残りの酸化物入り電極では、先端の溶融がテーパー部の1/3 程度で留まり集中性の良いアークとなっているものの、(b)の酸化トリウム入り電極では先端の溶融部の一部が偏り片側材料のみの溶融に、 (c)の酸化イットリウム入り電極ではアークがやや高い位置まで昇りルートを溶かし切れていない状態がわかります。 これらに対し、(d)の酸化セリウム入り電極の場合では、先端の溶融部が小さな溶融球に分裂するものの酸化トリウム入り電極のように偏って発生することなくルート部に集中したアーク状態を保ち、良好なルート部融合が得られています。

こうしたことから、交流TIG溶接では、突合せ継手や角継手の場合は図4-6(a)の状態となる純タングステンもしくは(d)の状態の酸化セリウム入り電極を、すみ肉継手やルート溶け込みが必要な突合せ継手では(d)の状態の酸化セリウム入り電極を使用します。

図4-2 電極材質がアルミ合金すみ肉溶接に及ぼす影響

図4-2 電極材質がアルミ合金すみ肉溶接に及ぼす影響

3)電極先端形状の設定

TIG溶接では、上述の電極材質だけでなくアークを発生する電極先端の形状によってもアークの発生状態が変わり、溶接品質を左右します。

(1)直流TIG溶接の場合

図4-3は、直流TIG溶接での電極先端角(θe)が母材の溶け込み形成に与える影響を調べた結果です。θeが大きく鈍角になるに従って溶け込みの深さが深くなり、溶融幅に近い溶け込み深さとなる効率の良い溶け込みに近づいています。

図4-3 電極先端角(θe)と電流条件が溶け込み形成に与える影響

図4-3 電極先端角(θe)と電流条件が溶け込み形成に与える影響

ただ、先端角の大きい電極では、溶接中の溶融池の観察がむつかしく作業性を悪くします。こうした場合、30°程度に鋭く研磨した電極の先端をわずかにカットし、アークがカット位置より昇らない形状にして使用します(先端角30°程度での、使用電流に対する電極選択の目安は、おおむね次のようになります)。

  • 75A程度以下では、1.6mm(2.4mm)径電極で先端カットなし
  • 75〜125Aでは、2.4mm径電極で先端カットなし
  • 125〜160Aでは、2.4mm径電極で先端カット0.5mm径
  • 160〜200Aでは、3.2mm径電極で先端カット0.5mm径
  • 200〜250Aでは、3.2mm径電極で先端カット1.0mm径
  • 250A程度以上では、3.2(4.0)mm径電極で先端カット1.5mm径

(2)交流TIG溶接の場合

交流TIG溶接における電極先端の溶融は、使用する電流に対する電極材質、電極径、先端角によって変化するとともにクリーニング幅の調整状態によっても変化します。 したがって、交流TIG溶接の電極先端形状の設定は、これらによる変化を考慮し、突合せ継手や角継手では図4-6の(a)の状態もしくは(d)の状態、すみ肉継ぎ手では(d)の状態が得られる形状に先端を設定します

執筆: 溶接道場 安田 克彦

『溶接の基礎講座』の目次

第1章 溶接の基礎

第2章 溶接方法と溶接材料

目次をもっと見る