工具の通販モノタロウ > 溶接の基礎講座 > 2-17 被覆アーク溶接棒の選び方
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

2-17 被覆アーク溶接棒の選び方

被覆アーク溶接では、電極となる溶接棒が溶けて母材に移行し、母材の溶融した金属とともに溶接金属を形成することから基本的には母材の成分に近い成分の溶接棒を選びます(例えば、母材が軟鋼であれば軟鋼用棒、ステンレス鋼の場合はステンレス鋼用棒、銅の場合は銅用棒を選びます)。

1)各種材料と被覆アーク溶接棒

被覆アーク溶接では、母材材質に見合った心線の溶接棒を選択することで各種材料の溶接が比較的簡便に可能になり、JISで11種の材料に対応する溶接棒が規定されています。

例えば、軟鋼材の溶接には、JIS・Z3211のE4316(旧D4316)の低水素系やE4319(旧D4301)のイルミナイト系などの棒があります。 また、ステンレス鋼の溶接にはJIS・Z3221の棒、モリブデン鋼やクロムモリブデン鋼にはJIS・Z3223の棒、銅・銅合金にはJIS・Z3231の棒、硬化肉盛りにはJIS・Z3251の棒、鋳鉄にはJIS・Z3252の棒などがあります (利用に当たっては、JISを基準に棒メーカーのカタログや技術資料を参考に選択すると良いでしょう)。

2)被覆アーク溶接棒の被覆剤

被覆アーク溶接棒では、母材材質に近い成分の心線の外側に(1)アーク発生を容易にする、(2)ビードの形状を整え、全姿勢の溶接を可能にする、(3)健全な溶接金属が得られるようにする、などの作用を目的に被覆剤(フラックス)が塗布されています。 表17-1が、JIS Z3211に規定されている軟鋼用被覆アーク溶接棒の代表的な被覆剤で、それぞれの被覆剤により得られる溶接部の特性が異なっており目的に合った被覆剤の棒を使用します。

表17-1  JIS Z3211規定の溶接棒の種類と用途

被覆剤の種類 特徴
イルミナイト系 溶接性、作業性ともに良く、溶接金属の機械的性質も良い
ライムチタニヤ系 溶接金属の機械的性質が低水素系についで良く、作業性も良い
高セルローズ系 吸湿しやすくスパッタが多いが、立向き下進溶接など高速の溶接に敵する
高酸化チタン系 アークの安定性が良く溶込みも浅いことから薄板溶接に適し、ビード外観も良い
低水素系 アークはやや不安定だが、溶接金属の機械的性質が良く割れやすい材料や重要部材の溶接に適す
鉄粉酸化チタン系 アンダーカットを発生させることなく大脚長のすみ肉溶接ができる
鉄粉低水素系 低水素系溶接棒の溶着量を高めたもので、アークの安定性が高められている
鉄粉酸化鉄系 作業性、作業能率が良く、グラビティ溶接用として利用される
特殊系 新たに開発されたものなど、独自の性質を持つ

これらの溶接棒の中でも、我国では、低水素系あるいはイルミナイト系の棒が広く使われ、一般的には作業性の良いイルミナイト系の溶接棒が選ばれます。

一方、低水素系溶接棒は、ボンド部付近の硬化が大きくもろい組織となりやすい炭素量の多い鋼材の溶接での遅れ割れ(溶接後1日、あるいは数年経過して、このもろくなっているボンド部近くで割れる現象)の発生防止用として使用されています。 ただ、最近は、図17-1に示すように、この棒のスラグがイルミナイト系溶接棒スラグに比べ母材の凝固温度近くで急速に流動性が失われる性質のあることから、 立向きや上向き姿勢溶接での金属の垂れを抑え作業を容易にできることで、こうした目的の溶接にも多く利用されるようになっています。

  • (a)イルミナイト系溶接棒の場合
  • (a)イルミナイト系溶接棒の場合
  • (b)低水素系溶接棒の場合
  • (b)低水素系溶接棒の場合

図17-1 被覆剤によるスラグの流動性の違い

3)被覆アーク溶接棒の管理

被覆アーク溶接棒の被覆剤は高い吸湿性があります。このことは、焼き入れ処理により硬くなりやすい鋼の溶接に使用される低水素系溶接棒(被覆剤から発生するシールドガス中の水素成分が少なく抑えられている溶接棒)で特に問題です。 すなわち、吸湿した被覆剤から溶接中に水素を発生、この水素が溶接により脆化した熱影響部の小さな割れなどの欠陥に集まり、集まって発生した水素ガスの内圧で欠陥を徐々に広げ、常温で使用中の製品を破壊する割れにつながり非常に危険なのです。 したがって、被覆アーク溶接棒は、作業前に表17-2のような温度で乾燥させることが必要となります(表のように、他の棒に比べ低水素系溶接棒の乾燥温度は高く設定されているのです)。

表17-2 作業前の溶接棒の乾燥温度

溶接棒の種類 加熱温度 加熱時間
低水素系以外の溶接棒 70〜100℃ 30〜60分
低水素系溶接棒 300〜350℃ 30〜60分
4)被覆アーク溶接作業での溶接条件

被覆アーク溶接作業での溶接条件は、溶接棒の心線径で表示される棒径でほぼ決まります (すなわち、アークの安定維持や溶着金属量を決める電流密度が棒径と電流条件で決まるためで、同じ電流条件で棒径が細くなれば電流密度が上がりアークの安定性が高まり溶着金属量も多くなります)。 表17-3が、標準的な棒径に対する適正電流条件の目安です(こうした条件は、被覆剤の種類や同じ被覆剤でもメーカーで違いがあり、溶接棒の梱包箱やカタログに記載されている電流条件範囲なども参考にすると良いでしょう)。 なお、開先内の肉盛り溶接などで太い径の溶接棒を使用すると、狭い開先内での棒の操作性が悪くなり欠陥発生につながります。したがって、被覆アーク溶接棒による溶接作業では、これらのことを含め棒の種類や棒径を適正に選ぶことが必要です。

表17-3 標準的な棒径に対する適正電流条件

棒径(mm) 使用可能電流(A)
下向き 立向き、上向き
2.6 50〜100 40〜90
3.2 80〜140 60〜130
4 120〜190 100〜170
4.5 145〜220 115〜190
5 170〜260 130〜210
6 230〜320
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

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