工具の通販モノタロウ > 溶接の基礎講座 > 2-20 直流被覆アーク溶接について
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

2-20 直流被覆アーク溶接について

最近の小型・軽量化が進められた被覆アーク溶接機では、従来機に比べ低電流条件での使用が難しく、適用できる作業範囲がせばまる、などの問題点が指摘されています。こうした指摘に対し、直流の被覆アーク溶接による対応が考えられます。 ただ、従来の直流被覆アーク溶接法は、エンジン駆動形溶接機(エンジンウェルダ)を用いての現場配管溶接などが主であり、これを一般溶接作作業に利用する動きは少ないように見えます(一方で、高品質化の必要からティグ溶接機の保有が増えており、ティグ溶接機の持つ直流被覆アーク溶接機能を利用する溶接も十分に考えられます)。

1)溶接可能電流に着目した有用性

表20-1は、3.2mm径の低水素系裏波溶接棒で下向きビード溶接を行い、溶接可能最低電流を調べることで直流、交流の被覆アーク溶接のアーク特性を比較した結果です。表のように、各種タイプの交流溶接機を使用した場合に比べ直流の場合の使用可能な最低溶接電流は低く、 交流に比べ直流を使用することで格段に作業範囲の広がることがわかります。なお、直流被覆アーク溶接において、棒+か棒−かのいずれで使用するか迷うところですが、表の下に示すように棒+の溶接では、 溶接中にフラックスとスラグの接触によるビードの蛇行を発生しやすく、棒−の溶接が推奨されます(いずれの接続法でも、直流被覆アーク溶接での電流変化が極めて少ないことから、溶接棒の偏心や溶け込みの偏りを生じやすい傾向にあり、アークを小さくウィービングさせる操作などが有効になります)。

表20-1 溶接可能電流に着目した直流被覆アーク溶接の有用性

溶接方法 DC(棒-) DC(棒+) サイリスタ制御AC 一般AC 軽量形AC
溶接可能な最低電流条件 40A 55A(※) 60A 75A 85A

(※)DC棒プラスの55Aではフラックスとスラグの接触が生じ、アークを長くして溶接する必要

2)その他の有用性

(1)アークの点弧性

アークの安定性が交流に比べ格段に高い直流の被覆アーク溶接では、アークの点弧性も極めて良く、交流では数回のアーク発生操作が必要であるのに対し1回の操作でほとんどアーク発生ミスのない作業が可能になります。 このことは、被覆アーク溶接で大きな問題となる、アーク点弧ミスによる図20-1に示すアークストライク欠陥の発生防止にも有効となります。

図20-1 軟鋼アークストライク部に発生した割れ

図20-1 軟鋼アークストライク部に発生した割れ

(2)アーク切れ

図20-2は、100Aの下向きビード溶接過程でアーク長さを少しずつ長くし、アーク切れを発生する直前のアーク長さを示したものです。 交流溶接機でのアーク切れ発生直前のアーク長さが約19mm(41V程度)であるのに対し、直流では約2倍の41mm程度(62V程度)まで長くなっており、直流被覆アーク溶接のアークの安定性の高いことが明確にわかります(直流溶接でのアーク切れ発生アーク長さに関しては、棒+あるいは棒−でほぼ同程度です)。

  • (a)DC(棒+)の場合
  • (a)DC(棒+)の場合
  • (b)軽量形ACの場合
  • (b)軽量形ACの場合

図20-2 直流と交流でのアーク切れアーク長さの違い

(3)溶け込み特性

同じ電流条件での直流被覆アークによる溶け込みは、交流のものに比べやや大きく、従来の交流の場合に比べ10〜20A低い電流条件で溶接する必要があります。 例えば、板厚3.2mm軟鋼板の棒径3.2mm低水素系裏波溶接棒を用いる片面裏波溶接では、交流での溶接可能条件が85A程度であったのに対し直流では70A程度で可能となります。 このことは、立向き開先内肉盛り上進溶接などでは、同じ電流条件で溶接すると直流では母材をえぐるような溶け込みとなる可能性があり、少しの慣れが必要となります。

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

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