皆さんこんにちは！
株式会社東洋アーク、更新担当の中西です。

 

溶接は冶金学的結合。母材と溶加材が溶融・混合し、凝固する過程でミクロ組織が決まります。強度・靭性・耐食は熱履歴の設計で左右される。ここではアークの物理、入熱、HAZ、割れのメカニズムを“現場で使える式と指標”で整理します。

 

1｜アークの正体と安定化
• 本質：気体放電による高温プラズマ。
• 制御因子：電流、電圧、極性、ガス、突出長、電極・ワイヤ径。
• 移行モード（GMAW）：短絡・グロブラー・スプレー・パルス。パルスはスパッタ低減と低入熱を両立。⚡

 

2｜入熱（Heat Input）の考え方
概算式：HI ≈ (V × I × 60) / (1000 × 速度mm/min) [kJ/mm]。
HI↑で溶け込み↑・歪み↑、HAZ粗粒化↑。母材・板厚・姿勢で最適点が異なる。

 

3｜熱影響部（HAZ）の変態
• 粗粒域HAZ：高温長時間で粒粗大化→靭性低下。
• 細粒域HAZ／合金炭化物の析出：温度域と滞留で性質が変化。
• ステンレス鋭敏化：600–800℃域滞留でCr炭化物析出→粒界腐食。低炭材・低入熱・短時間が鍵。

 

4｜冷却速度と硬さ
冷却が速いほど硬化（マルテンサイト化）し、水素割れ感受性↑。予熱とパス間温度管理で冷却曲線を緩和。温度チョークや熱クレヨンで実測管理。️

 

5｜炭素当量（CE）と予熱
一般式（例）：CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15。
CE↑→硬化↑→予熱↑。板厚・拘束が大きいほど予熱が必要。

 

6｜水素割れの四要素（H-M-S-R）
水素（Hydrogen）・金属組織（Metallurgy）・応力（Stress）・拘束（Restraint）。対策は低水素材・乾燥・予熱・後熱・溶接順序。

 

7｜希釈・濡れ・融合
• 希釈：溶融池での母材比率。過剰希釈は強度低下、低すぎると融合不良。
• 濡れ：ビードが開先壁にどれだけ“張り付くか”。
• 融合：金属学的連続性。角度・速度・入熱で決まる。

 

8｜歪みの理屈（収縮）
溶融→凝固で線収縮。対称・跳び・逆ひずみ・治具拘束で制御。ミクロの収縮の集合がマクロの変形。

 

9｜現場計算の例
例：t=20mm，X開先60°，ルート面2mm，長さ500mm。開先体積をU/J化で30%削減→入熱と歪みを同時に低減。a寸の適正化でさらに溶着量↓。

 

10｜小実験メニュー（技能育成）
1) 同条件でビードを引く→切断→研磨→腐食（エッチング）→断面観察。
2) 電流を10%刻みで変化→入熱と溶け込み・余盛の相関を記録。
3) 風速1〜4m/sでガス流量を調整→外観と気孔率を比較。

 

11｜まとめ
冶金は“難しい学問”ではなく欠陥ゼロの道具。入熱・冷却・清浄・姿勢の4点を定量化すれば、安定再現の第一歩が踏み出せます。次回はSMAWを深掘りします。✨