TIG溶接におけるポロシティを防ぐ方法: チェックリスト

導入

気孔率は、TIG 溶接において最も一般的かつ永続的な欠陥の 1 つです。これは、溶接表面上の小さなピンホール、またはその下に閉じ込められた隠れたボイドとして現れます。一見、外観上の小さな問題のように見えるかもしれませんが、気孔は実際には強度を低下させ、疲労寿命を短縮し、圧力や流体を保持する必要があるコンポーネントに漏れ経路を作成する可能性があります。

多孔性に関する課題は、それが単一の発生源から来ているわけではないことです。汚染された母材、充填剤の取り扱い、湿気、シールドガスの不安定性、およびアーク技術はすべて、溶融池にガスを導入する可能性があります。一度そこに到達すると、金属が固化するまでそれらのガスは逃げることはできません。

幸いなことに、多孔性の背後にあるメカニズムはよく理解されており、それを防ぐ方法も同様です。この記事では、多孔性の潜在的な原因を特定し、効果的な予防戦略を実行するのに役立つ包括的なチェックリストを提供します。

TIG溶接における気孔率を理解する

多孔性とは何ですか?

気孔率 TIG溶接 では、溶接金属が凝固した後に内部にガスキャビティが残ります。これらの空洞は、ガスが溶融池に閉じ込められ、冷却される前に逃げることができないときに形成されます。その結果、溶接は外側からは連続しているように見えますが、構造を弱める空のスペースが含まれています。

いくつかの発生源により、ガスがプールに導入される可能性があります。

• 基材やフィラー上の油、塗料、錆、酸化物が分解してガスになります。

• 水分により水素が追加され、液体金属に溶解し、冷却すると分離します。

• 隙間風やガスの流れの悪さなどのシールドの問題により、空気がアークに混入する可能性があります。

これらのガスが適時に放出されないと、溶接部に閉じ込められたままになります。

空隙率が重要な理由

強度と耐疲労性
多孔性により固体金属の有効面積が減少し、各空隙の周囲に応力が集中します。繰り返し荷重がかかると、これらの集中応力が亀裂の開始点になります。散在した細孔はクラスターよりも損傷が少ないですが、両方とも疲労寿命を短縮します。

漏れ気密性と圧力完全性
溶接部の気密性または液密性が必要な場合、単一の細孔であってもチャネルとして機能する可能性があります。いくつかの細孔が整列していると同じ効果が生じる可能性があり、多くの場合、圧力試験中に失敗につながります。これは、シールが主な要件であるステンレス鋼やアルミニウムのチューブでは特に重要です。

腐食と表面完全性のリスク
開いた気孔は、水、酸、または店舗の残留物を閉じ込めるポケットを作成します。ステンレス鋼では、これにより局所的な腐食や孔食が促進されます。アルミニウムでは、細孔に油や液体がたまり、使用中に汚れたり炭化したりする可能性があります。

気孔の種類

表面ピンホール気孔率
ビード表面にある小さな丸い開口部で、ランダムに現れるか、中心線に沿って並んでいます。これらは、遮蔽、清潔さ、または環境の安定性に注意が必要であることを示しています。

表面下の多孔性
滑らかなビーズの下に隠れているこのタイプは、泡が核となってプール内で成長するときに形成されますが、表面は閉じたままです。接合部は目視検査に合格しても、切断または漏れテスト中に空隙が見られる場合があります。

クラスター多孔性
多くの小さな空隙が局所的なゾーンに詰め込まれており、多くの場合、継ぎ目の一部に当たる隙間や母材の汚染された部分など、短距離で作用する単一の原因を示しています。

クレーター多孔性
凍結時に表面に供給を維持するのに十分なシールドや充填材がないと、プールが急速に収縮する場合に、ビードの端に表示されます。

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予防チェックリスト

溶接前の洗浄と準備

ジョイントやフィラーに汚れがあるとガスが発生する可能性があるため、予防は徹底的な洗浄から始まります。

母材の準備

• 表面の汚染物質をすべて除去します。油、塗料、錆、ミルスケール、酸化膜を除去する必要があります。これらの汚染物質はアーク熱で分解し、水素や一酸化炭素などのガスを放出します。

• 機械的洗浄: 炭素鋼の場合は、地金が露出するまで研磨します。アルミニウムの場合は、吸湿性（水分を吸収する）のある酸化皮膜を専用のステンレスワイヤーブラシを使用して破壊します。

• 化学的脱脂：アセトンまたはイソプロピルアルコールで表面を拭きます。残留物が残る可能性のある溶剤は避けてください。

• 接合部の清掃: 接合部の両側を少なくとも 20 ～ 50 mm 広げて清掃します。

フィラーロッドの管理

• フィラーロッドは適切に保管してください。吸湿を防ぐため、密封された容器または専用のロッドオーブンに保管してください。

• 使用前の清掃: 溶接前にフィラーロッドをアセトンと清潔な布で拭きます。落ちるゴミや描画油の量に驚かれるかもしれません。

• 清潔な手袋を着用して取り扱ってください。皮膚の油分が溶接部を汚染する可能性があるため、フィラーチップを素手で触らないようにしてください。

• ロッドの端を点検してください: 使用前に黒ずんだり酸化した端を切り落としてください。

特殊なケース: パラフィンコーティングされた材料

パラフィン層で保護されたプレートを溶接する場合、脱脂は絶対に必要です。パラフィン汚染は気孔の一般的な原因ですが、溶接後まで目に見えない場合があります。

シールドガスシステムの検査

シールドガスの問題は、多孔性の最も直接的な原因の 1 つです。アルゴンは最初から最後まで一貫してプールを覆う必要があります。

ガスの種類と純度

• 正しいガスを使用してください。鋼、ステンレス鋼、アルミニウムの TIG 溶接には、100% アルゴンを使用してください。窒素はシールドには適していません。窒素は液体金属に容易に溶解し、冷却中に窒素が逃げようとして多孔性を引き起こします。

• 純度レベルの確認: 工業用 TIG には、少なくとも 99.99% のアルゴン純度が必要です。アルミニウムとチタンの場合は、高純度アルゴン (99.999%) を検討してください。

• ガス源を確認します: ガスシリンダーを交換した後に突然気孔が現れた場合は、ボトル内の汚染されたガスまたは湿気が疑われます。

流量設定

ガス流量は正しく設定する必要があります。低すぎても高すぎても問題が発生します。

ノズルサイズ別の最適流量 :

• 低すぎる: 空気の置換ができず、酸化や気孔が発生します。

• 高すぎる: 周囲の空気をシールドガス流に引き込む乱流が発生します。

• 一般規則: 屋内では 12-20 CFH が一般的 TIG溶接

ガスレンズの利点

ガスレンズには多層ステンレススチールメッシュが含まれており、乱流を安定した層流に変換します。利点は次のとおりです。

• より広く、より深いシールド範囲

• より長いタングステンの突き出し (最大 10mm 以上)

• 視認性の向上

• 空気混入のリスクの軽減

システムリークテスト

• すべての接続を検査する: ホース、継手、レギュレーター、トーチの接続を定期的に検査する必要があります。

• 石鹸テスト: 低刺激の石鹸水溶液を関節に塗布し、泡がないか確認します。

• トーチのコンポーネントを確認します。摩耗した O リング、亀裂の入ったカップ、または損傷したバック キャップを交換します。

環境制御

店が静止していることはほとんどなく、軽い隙間風でも遮蔽を妨げる可能性があります。

風と隙間風からの保護

• ファンや隙間風を避ける: 直接空気の流れから離れた場所に作業を配置してください。わずかな空気の動きでも、ガスの適用範囲が乱される可能性があります。

• バリアを使用する: 屋外または風通しの良い条件では、溶接スクリーンまたは一時的な囲いを設置します。

• 限界を知る: 周囲風速が 2 m/s を超える環境での溶接は避けてください。

湿度管理

• 水分レベルを監視する: 湿度の高い日 (80% 以上) には、アルミニウムの溶接に特に気孔が発生しやすくなります。

• 必要に応じて予熱する: 厚いプレートの場合、100 ～ 150°C に予熱すると、吸着した水分が除去され、冷却が遅くなり、気泡が逃げる時間が長くなります。

トーチと消耗品のセットアップ

タングステンの準備

• 縦方向に研削する: タングステンを円周方向ではなく、縦方向 (電極軸に平行) に研削します。横方向の研削跡により、アークがふらつき、焦点が合わなくなります。

• 専用グラインダーを使用する: 汚染を避けるために、可能であればタングステン専用のグラインダーを使用してください。

• 適切な先端形状を維持する: DC 溶接の場合は、鋭いテーパーを維持します。 AC アルミニウムの場合は、先端がわずかに丸い方が効果的です。

• タングステンのサイズをアンペア数に合わせる :

ノズルとコレットの状態

• カップサイズを確認してください: ノズル開口部がタングステンの直径とガス流量の要件に十分な大きさであることを確認してください。

• 損傷の検査: セラミック カップのひび割れやコレットの歪みにより、ガス カバレッジとアークの安定性が損なわれます。

• カップを清潔に保つ: ガスの流れを妨げる可能性のあるスパッタや破片を取り除きます。

オペレーターテクニック

場合によっては、多孔性が持ち込まれるのではなく「溶接される」こともあります。技術は非常に重要です。

アーク長制御

• 短くしてください: 長い円弧は多孔性の敵です。長い弧はアークコーンを広げ、シールドを弱め、空気がプールと混合することを可能にします。

• 目標範囲: アーク長を 1.0 ～ 2.0 mm に維持します。薄い素材の場合は、できるだけきつく締めてください。

• 経験則: アークの長さはタングステンの直径の 1.5 倍を超えてはなりません。

トーチの角度と位置

• 適切な角度を維持する: トーチの角度を水平から 70 ～ 85° (垂直から 10 ～ 20°) に保ちます。過度の傾斜 (20 ～ 30° 以上) によりガス流が偏向し、プールの後縁が露出します。

• フィラーに注意してください: フィラーワイヤーの先端は常にガスシールド内に留まっている必要があります。引き込みすぎると、ホットチップが酸化し、再挿入時に汚染が発生します。

フィラーメタル技術

• スムーズに供給する: フィラーを円弧内に直接ではなく、水たまりの前端にゆっくりと追加します。

• フィラーをシールド内に保管する: 加熱されたフィラー ワイヤをシールド ガス エンベロープから出さないでください。

• 浸す、浸さないでください: フィラーをプールに深く突っ込むのではなく、軽くたたきます。

クレーター管理

• 電流テーパを使用する: フット ペダルまたはクレーター フィル機能を使用して、2 ～ 3 秒かけて電流を徐々に減らします。

• クレーターを埋める: 電流が先細りになってくぼみを埋めている間、フィラーを追加し続けます。

• ポストフローを尊重する: アーク消滅後、冷却タングステンとクレーターを保護するためにトーチを所定の位置に 5 ～ 15 秒間保持します。

材料固有の考慮事項

ステンレス鋼

• バックパージは必須です。ステンレス鋼では、根元側をシールドする必要があります。バックパージを行わないと、酸素と窒素が溶接部の裏側に溶け込み、「糖化」と内部多孔性が発生します。

• 入熱の制御：ステンレスは熱伝導率が低いです。過度の熱は炭化物の析出と気孔の原因となります。最小限の電流とより速い移動速度を使用してください。

• パルス TIG を検討してください。パルス モードは入熱を制御し、安定したアーク特性を維持するのに役立ちます。

アルミニウム

• 水素は敵です。アルミニウムは水素に対して非常に敏感です。液体アルミニウムは水素を容易に溶解しますが、固体アルミニウムは溶解しません。閉じ込められた水素は凝固中に多孔質を形成します。

• 酸化物をしっかり除去：酸化アルミニウムは水分を吸収します。溶接直前にステンレスブラシを使用し、最初にアセトンで洗浄します。

• 適切なバランスで AC を使用します。AC 電流は酸化物を分解するための陰極洗浄を行います。適切な洗浄のために、AC バランスを 20 ～ 30% の電極プラスに設定します。

• 予熱を考慮する: 厚いアルミニウムの場合、100 ～ 150°C に予熱すると、湿気が追い出され、ガスが逃げるために冷却が遅くなります。

• 小径のチューブに注意する: 小さなアルミニウム チューブは、溶接部がすぐに冷えて水素が逃げる時間がほとんどないため、特に困難です。小径の場合でも内部パージを考慮してください。

パラメータの最適化

電流と移動速度

• 電流を厚さに合わせる: 軟鋼の場合、ベースラインとして厚さ 0.001 インチあたり約 1 アンペアを使用します。

• 安定した移動を維持する: 一定の速度により、プールが凍結する前に溶解ガスを放出することができます。

• 過度の加熱を避ける: 過熱すると粒状の質感が生じ、ガスの吸収が増加します。

パルスTIGの利点

パルス TIG は、次のような理由で多孔性の防止に役立ちます。

• 核融合を維持しながら平均入熱を低減

• 溶接池をコンパクトに保ち、制御しやすくする

• 低電流段階でのガスの逃がしやすさを向上

• 薄い材料の場合は、パルス周波数を 30 ～ 100 Hz に設定します。

視覚的なモニタリングと品質管理

最新のツールは、オペレーターの判断を超えた予防層を追加します。

溶接カメラ

溶接カメラにより、ビードの形状、アーク長、シールドの動作がリアルタイムで可視化されます。ビードが急激に広がったり、熱影響部が拡大した場合には、気孔が形成されてからではなく、すぐに調整を行うことができます。

温度監視

サーマルイメージングは​​過熱を早期に検出し、気孔が発生する前に介入することができます。

溶接後の検査

• 目視検査: 表面のピンホール、変色、または不規則なビードの外観を調べます。

• リークテスト: 重要なコンポーネントの圧力テストにより、表面には見えない多孔性が明らかになります。

• セクショニング: トラブルシューティングの際は、サンプルを切断して研磨し、表面下の空隙を明らかにします。

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完全な多孔性防止チェックリスト

すべての TIG 溶接作業の前後に、このクイック リファレンス チェックリストを使用してください。

アークを打つ前に

基材

• 接合部には油、塗料、錆、酸化物が付着していませんか?

• 材質はアセトンやアルコールで脱脂されていますか?

• アルミニウムの場合：専用のステンレスブラシで酸化物を機械的に除去しましたか？

• 清掃範囲は目地から20mm以上伸びていますか？

フィラーメタル

• フィラーロッドは清潔で乾燥した場所に保管されていますか?

• 使用前にロッドをアセトンで拭きましたか?

• ロッドエンドは酸化や黒ずみはありませんか？

• 充填剤は清潔な手袋で扱われますか?

シールドガス

• ガスは純粋なアルゴン (99.99% 以上) ですか?

• 流量はノズルのサイズに適していますか (表を参照)。

• 最近ホースと継手の漏れ検査をしましたか?

• ガス汚染が疑われるかどうかをテストするために利用できる予備のボトルはありますか?

トーチと消耗品

• タングステンは縦方向に研削されていますか?

• ノズルはきれいで亀裂はありませんか?

• Oリングとシールは良好な状態ですか?

• コレットのサイズはタングステンの直径に対して正しいですか?

環境

• 作業エリアには隙間風やファンはありませんか?

• 屋外で溶接する場合、柵は設置されていますか?

• 湿度は許容範囲内ですか? (高温の場合は予熱を考慮してください)

溶接中

• アークの長さはしっかりと保たれていますか (1.0 ～ 2.0 mm)?

• トーチ角度は70～85°に保たれていますか?

• フィラーワイヤーは常にガスシールド内に留まりますか?

• 移動速度は安定しており、材料の厚さに対して適切ですか?

• ステンレスの場合: バックパージはアクティブで適切ですか?

• アルミニウムの場合: AC バランスは正しく設定されていますか (20 ～ 30% EP)。

溶接完了時

• 電流は徐々に減っていくのでしょうか？

• クレーターはちゃんと埋まっていますか？

• ポストフローは 5 ～ 15 秒間維持されますか?

• タングステンは冷めるまで保護されていますか?

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結論

TIG 溶接における気孔は防止可能ですが、防止するには複数の要素にわたって詳細に注意を払う必要があります。清浄度が基礎です。母材やフィラーが汚染されていると、溶接池にガスが放出される可能性があります。シールドガスは純粋で、適切に流され、隙間風から保護されている必要があります。トーチ技術、特にアーク長とフィラー ワイヤの管理は、閉じ込められたガスが凝固する前に逃げることができるかどうかに直接影響します。

材料特有の課題には、カスタマイズされたソリューションが必要です。ステンレス鋼にはバックパージが必要です。アルミニウムには厳密な酸化物の除去と水素の管理が必要です。溶接カメラなどの最新の監視ツールにより、品質保証がさらに強化されます。

このチェックリストを体系的に実行することで、気孔が発生したときにその原因を特定でき、さらに重要なことに、気孔の発生を最初から防ぐことができます。その結果、見た目と性能の両方の要件を満たす、より強力で信頼性の高い溶接が実現します。