手動アーク溶接の溶接プロセス – SMAW

シールドメタルアーク溶接（略称SMAW）。原理は、被覆電極と母材の間にアークを発生させ、そのアーク熱を利用して電極と母材を溶かす溶接方法です。電極の外層は溶接フラックスで覆われており、熱により溶融し、アークの安定化、スラグの生成、脱酸、精製などの機能を持っています。シンプルな設備と柔軟な操作が必要なため、空間内のさまざまな位置やさまざまな接合部によって形成される溶接部にも簡単に溶接できます。したがって、現在でも広く使用されています。

図 1: シールド金属アーク溶接接続

手動アーク溶接を図に示します。
溶接する前に、電気溶接機の2本のポールに溶接対象物と溶接トングを接続し、溶接トングで溶接棒をクランプします。溶接中、溶接棒とワークは瞬間的に接触して短絡し、その後一定距離（約2～4mm）離れるとアークが点火します。

図 2: 被覆金属アーク溶接プロセス

アークの下のワークピースはすぐに溶けて、半楕円形の溶融池が形成されます。電極コーティングが溶けた後、その一部はアークを取り囲むガスとなってアークを空気から隔離し、それによって液体金属を酸素や窒素から保護します。一部が溶融スラグとなるか、単独で溶融池に噴霧されるか、炉心とともに溶融します。 液体金属の溶融液滴は一緒に溶融池に噴霧されます。

アークおよび溶融池内では、液体金属、スラグおよびアークガスは、液体金属へのガスの溶解や酸化還元反応など、相互に特定の物理的および化学的変化を起こします。溶融池内のガスやスラグは軽いため浮き上がります。アークがなくなると温度が下がり、メタルやスラグが次々と固まっていきます。このようにして、２つの金属は、溶けて結晶化した溶接金属によって接合される。スラグの収縮率が金属の収縮率と異なるため、スラグシェルと金属境界面で滑り、スラグシェルが自動的に脱落したり、ノック後に脱落したり、金属の溶接シームに魚の鱗が付着したりする可能性があります。暴露される可能性がある。

手動アーク溶接の主な設備は電気溶接機です。電気溶接機は溶接アークを発生させる電源で、交流と直流の2種類があります。現在、中国で生産されている電気溶接機は多くの種類があり、その構造により交流電気溶接機と直流電気溶接機に分けられます。

直流溶接機には 2 つの異なる接続方法があります。電極をマイナス極に接続し、ワークをプラス極に接続する場合はプラス接続方式となります。その逆が逆接続方式です。一般的に、アルカリ性低水素電極（例えば、E7018, E7016）、アークを安定して燃焼させるため、直流逆接続方式を使用することが規定されています。酸性電極を使用する場合（例えば、E6013、 J422) 厚い鋼板を溶接する場合、陽極部分の温度が陰極部分よりも高く、順接続方法の方が溶け込み深さを大きくできるため、順接続方法が使用されます。薄鋼板や非鉄金属を溶接する場合は逆接続方式となります。交流で溶接する場合、極性が交互に変化するため、極性接続を選ぶ必要がありません。
手溶接の溶接材料は電気溶接棒であり、鋼の芯と鋼の芯の外側のコーティングで構成されています(参照)溶接電極の構成).

溶接コア
鋼心（溶接芯）の役割は、主に電気を通し、電極の端に特定の組成の溶着金属を形成することです。溶接コアはさまざまな鋼で作ることができます。溶接コアの組成は、溶着金属の組成と性能に直接影響します。したがって、溶接コアには有害元素の含有量を最小限に抑えることが求められます。S および P を制限することに加えて、一部の溶接棒では溶接コアに As、Sb、Sn およびその他の元素を制御する必要があります。

図 3: 天橋溶接電極 E6013

フラックスコート
電極コーティングはペイントとも呼ばれます。コア上にそれをコーティングする主な目的は、溶接作業を容易にし、溶着された金属が特定の組成と性能を確実に有するようにすることです。電極コーティングは、特定の配合比に従って、酸化物、炭酸塩、ケイ酸塩、有機物、フッ化物、合金鉄、化学製品などの何百もの原料粉末と混合できます。さまざまな原材料は、電極コーティングにおける役割に応じて次のカテゴリに分類できます。

1. スタビライザーにより、電極がアークを開始しやすくなり、溶接プロセス中に安定したアーク燃焼を維持できます。イオン化しやすい物質であれば、アークを安定させることができます。一般的には、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、大理石などのアルカリ金属とアルカリ土類金属の化合物が使用されます。

2. スラグ形成剤は、溶接中に特定の物理的および化学的特性を備えた溶融スラグを形成し、溶融金属の表面を覆い、溶接池を保護し、溶接の形状を改善します。

3. 溶接プロセスにおける冶金学的化学反応による脱酸剤。溶接金属中の酸素含有量を減らし、溶接部の機械的特性を改善します。主な脱酸剤はフェロマンガン、フェロシリコン、フェロチタンです。

4. ガス発生剤は、アーク高温の作用下でガスを分離して放出し、アークと溶融池を保護し、周囲の空気への酸素と窒素の侵入を防ぎます。

5. 合金化剤 溶接金属が必要な化学組成と性能を確実に得られるように、溶接プロセス中の合金元素の燃焼と溶接部への合金元素の移行を補償するために使用されます。

6. 可塑化潤滑剤 溶接棒のプレス工程におけるコーティング粉末の可塑性、滑り性、流動性を高め、溶接棒のプレス品質を向上させ、偏心を低減します。

7. 接着剤 圧縮塗装工程中に塗料粉末に一定の粘度を持たせ、溶接コアと強固に接着し、乾燥後に溶接棒の塗装に一定の強度を持たせます。

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