溶接　基礎編（溶接する前に知っておくべき事）

レベル１　溶接資格とは？　特別教育と溶接技能者資格の違い

溶接をするのに、資格は必要かってところから解説いくで〜

結論から言うとやな〜　会社の工場や工事現場で溶接を行う場合は、

特別教育とくべつきょういくを受ける必要があるんや！

DIYなんかで、家庭で行う場合は、溶接資格は、必要ないんや！

要は、国が定める労働安全衛生法ろうどうあんぜんえいせいほうに、（これは、労働者のための法律な！）

「事業者は、危険な作業に従業員をつかせるには、特別な教育を行わなければいけない」と

あるんや！　これは、国が会社側に、言っとることな！　違反したら、もちろん罰則もあるで〜

資格について、詳しく解説するとやな〜

特別教育、技能講習ぎのうこうしゅう、免許と、3種類あるんや！　これは、上下関係があって、

特別教育　＜　技能講習　＜　免許　の関係になっとるんや！

例えば、移動式クレーンの資格では、

吊り上げ荷重が、１t未満の作業なら　特別教育を受ける必要があり、

１t〜５t未満なら　技能講習を受ける必要があり、

５t以上なら　免許の取得が必要となるんや！

もちろん、吊り荷の重さによって、危険度が上がるから、上の資格が必要となるんや！

特別教育も技能講習も講義が終わってから試験があって、それに合格する必要があるが、

免許とは違い、比較的簡単に取得できるんや！

溶接作業は、「アーク溶接機を用いて金属の溶接、溶断等の業務」とあるので、

危険が伴い、これまでにも事故が起こっているので、特別教育を受ける必要があるんや！

国に認められた機関（免許センターやコマツやCATなどの講習センターなど）で、

３日間で、２１時間の講習を受ける必要があり、費用は、27,000円程度必要やな！

講義の内容は、溶接作業には、危険が伴ともなうので、アークの光やヒューム（有毒なガス）に

関しての危険予知的な安全面の知識の内容がほとんどで、技術的な内容は、ほとんどないんや！

この特別教育を受けることで、被覆ひふくアーク、半自動溶接はんじどう、TIG溶接、プラズマ切断、ガウジング作業を

行うことができるんや！　まあ、作業が上手になるって言うよりも、作業に伴ともなう危険に関しての知識が

身に付くって言う方が、いいと思うで〜、溶接作業の腕とは、別の話やな〜

若い職人で、勘違いしている人がいるけど、JISの溶接技能者資格ようせつぎのうしゃしかくがないと溶接してはいけないと

思っている人もいるけど、これは、勘違かんちがいやな〜

溶接技能者資格は、とても難しい資格で、学科と実技があるんや！

溶接って言っても、被覆ひふくアーク溶接や半自動溶接、TIG溶接があり、下向き、縦向き、横向き、上向きと

溶接姿勢ようせつしせいによって難易度が違い、試験も違うんや！また、板厚によっても試験が違うんやで〜！

ちなみに板厚は、薄板3.2㎜、中板9㎜、厚板19㎜の試験があり、鉄板の突き合わせ溶接で、

裏板あり、なしの2種類があるんや！　施工方法も突き合わせ溶接だけでなく、隅肉溶接すみにくようせつがあり、

鉄板だけでなく、配管の突つき合わせ溶接もあるんや〜　もう試験の多さだけでも、とんでもないで〜

これらの溶接技能者資格が必要となるのは、例えば、造船や化学プラントなどでは、発注仕様によっては

JISが定める溶接技能者資格を取得している技能者の作業が必要とか、技能者による管理が必要とか、

明記されていることがあり、それに従したがうなら、溶接技能者資格が必要とされているんや！

また、溶接職人を志す者にとっては、登竜門的とうりゅうもんてきな感じで、一度は受けて、合格することで、

技術の向上につながる意味合いもあるんや！　この資格認定には、3年の有効期間があり、

3年ごとに更新の再試験があるほどや、やはり、腕は磨いてないと落ちるもんやし、

高齢で目が悪くなる場合もあるから、合格者に対して、資格の認定には、有効期限があるんや！

車の免許と同じやな〜！　視力が落ちると、溶接はできるが、品質は落ちるもんなんや！

目が悪いと、溶接の腕が落ちるのって？ほんまかいな〜？って思うかもしれんけどな〜

溶接する時に、しっかり見ることが、結構重要やねんな〜

これについては、また詳しく解説するで〜！！

レベル２　溶接のメリット、デメリット

まずは、溶接のメリットとデメリットを、溶接結合法ようせつせつごうほうと機械的接合法せつごうほうで、比べてみよか〜

機械的接合法きかいてきせつごうほうとは、ボルト結合けつごうやリベット結合けつごう、配管では、ねじ込み式結合けつごうなんやで〜

ボルト結合やリベット結合は、鉄板を重ねて、繋つなぎ合わせるので、製品の重量が重くなるんや！

配管の継ぎ手でも、機械的接合では、ニップルなどの繋つなぎ部材が必要になるので、

重量が重くなるんやな〜　こんな感じやな！

溶接のメリットとデメリットを下記の表で示すで〜

こんな感じやな〜

溶接のメリットとデメリットをここでは、強調していくで〜

機械的接合方については、ボルトの知識が必要で、かなり奥が深いので、ボルト接合のメリットに

関しては、別の機会に詳しく解説するで〜　　期待しといてや〜

機械的接合は、重ね合わせる部材の重量やボルト材の重量が

必要となるので、機械的接合の製品重量は、溶接接合より、重くなるんや！

それに、鉄板に穴を開ける作業が必要だったり、配管なら、ねじ切り加工が必要となるので、

全体の作業工数も溶接の方がメリットがあるんや！

それに、ねじ込み式の配管の接合より、溶接の方が、気密性きみつせいには強いんや！

ねじ込み式だと、緩みがあり、気密性きみつせいが保たもてないケースもあるやろ〜

溶接の方が、一度完璧に溶接してしまうと、気密性きみつせいがいきなり落ちることはないんや！

しか〜し、溶接には、作業者によって、力量の差で、溶接欠陥ようせつけっかんがある場合は、

気密性きみつせいが悪くなることもあるから、そこは、デメリットでもあり、腕の差が、品質の差になるんや！

ねじ込み式の配管接合では、技量の差は、出にくいんやな〜

メリットも多い溶接結合ようせつけつごうやけどな、重要なんは、溶接結合のデメリットの方で、詳しく解説いくで〜！

まず、局部的に熱影響を受けるので、変形（歪ひずみ）が起こるんやな〜

入熱に関して、鉄の熱影響に関しては、下記の記事で詳しく解説してます。

溶接のデメリットは、３つあると思うんや〜

1、溶接歪ようせつひずみ（熱影響）

２、残留応力ざんりゅうおうりょくの悪影響

３、溶接欠陥ようせつけっかん（作業者の技量の差による品質の影響）

まずは、溶接歪ようせつひずみと残留応力ざんりゅうおうりょくについて、解説行くで〜

レベル３　溶接歪みと残留応力

まずは、溶接歪ようせつひずみからやな〜

これについては、百聞は一見にしかずやな〜　これを見てみようか〜

２枚の鉄板を並べて、仮溶接（タック溶接）を行っている写真や！

仮溶接は、タック溶接とも言われ、溶接材料を使って、本溶接前に、仮の固定を行うことや！

この時点でも既すでに曲がっているのがわかるやろ〜（右側が浮いてる）

２つの鉄板を重ねることなく、繋つなぐ継つぎ手を突つき合わせ継つぎ手って言うんや！

これを本溶接するとやな〜　こんな感じになるんや！

２枚の鉄板が溶接で繋がれたけど、V型に変形してるのがわかるやろ〜

これが、溶接歪ようせつひずみやな！　約4度傾いてるんや！

鉄に熱を与えると、膨張ぼうちょうするんやったな〜　

この曲がってしまう現象は、溶接の熱で、一度、膨張した熱影響部が、冷める過程で、溶接金属ようせつきんぞくに

引っ張られておこる現象なんや！

「鉄は熱いうちに打て」って言うけどな〜　　

熱々あつあつの状態だと、変形させやすいのは、理解できると思うけど、溶接中の状態と同じことなんや！

要は、溶接熱ようせつねつで、熱々あつあつの熱影響部ねつえいきょうぶが、冷めて縮んだ溶接金属に引っ張られる感じやな！

２つの鉄板を重ねることなく繋つなぐことを、突き合わせ継ぎ手って言うんや！

覚えとこうな！　　本題に戻るで〜

溶接中は、溶接熱の影響で母材の一部は、熱々あつあつになるけど、この部分を熱影響部ねつえいきょうぶって言うんや

Heart Affected Zoneヒート　エフェクト　ゾーンとも言われて、略して、HAZ＝ハズ部やな！

母材の熱影響部以外は、冷たいので、熱影響部は、膨張ぼうちょうしようとするけど、

冷たい母材に、膨張ぼうちょうを止められている状態になっとるんや！　これは、拘束こうそくされてるのと

一緒の状態やで、鋼材の熱影響の解説でやったやつや！　固定されてて、動けない状態やな！

この状態（溶接中）では、変形（歪み）はないけどな、溶接金属と熱影響部が冷めていく過程で、

溶接金属に引っ張り合いで、母材が負けて、変形（歪み）が出るのが、溶接歪みのイメージや！

（溶接金属とは、溶接材料と一部の母材が溶けたもので、中央の丸いやつやで〜）

違う継ぎ手で、解説いくで〜

鉄板をT型に重ねて、結合けつごうする継ぎ手をT継ぎ手って言うんや！　

その隅すみっこを溶接する方法を、隅肉溶接すみにくようせつって言うんやで〜

仮溶接（タック溶接）してるけど、今度は、溶接面ようせつめんではなく、溶接面の横を仮溶接してるんや！

溶接面とは、これから本溶接する場所（面）のことや

溶接面を溶接すると、こんな感じや！歪んでいるのか、確認してみよう

直角の確認してみたけど、歪みはないようやな〜！

要は、本溶接に負けてしまう拘束こうそく＝仮溶接だと、変形してしまい、正確な製品にはならないんやな〜

だから、T継ぎ手の場合は、溶接面ではなく、継ぎ手の両サイドを確実に仮止めしておくと

歪ひずみは防ふせげるんや！

２枚の鉄板を重ねないで繋いでいるので、突き合わせ継ぎ手で、拘束治具こうそくじぐで固定されてるんや！

溶接後、十分に冷却されて、完全に冷めた状態で、拘束治具を外したんやで、

こうすることで、製品の品質は保たれるんや！　　歪みはではないんやで〜

あとは、他の鉄板で、固定する場合や！

溶接面の逆側に、引っ張られないように、３枚目の鉄板を仮溶接して、固定してるんや！

この状態で、溶接しても、きちんと固定できているので、歪みはでないんや！

しかしな〜！ここで重要なポイントは、拘束こうそくはされて変形してないけどな〜歪ひずみの力はかかってんねん！

では、溶接によって、歪ひずもうとした力は、どこにいくかって事なんや！

答えは、内部に残るんや！　それが、残留応力ざんりゅうおうりょくや！　

形状に変化はなくても、内部に力は掛かっているっちゅうこっちゃ！

溶接構造物の強度に関わってくるんや！　

この図解は、T継ぎ手で、左は、両側を溶接した隅肉溶接、中央は、左側を溶接したもの

右側は、右側だけを溶接した構造物として、左側からハンマーで力を加えると、どれが溶接構造物として

強度があるのかって問題なんやけど、答えは、残留応力ざんりゅうおうりょくがかかっている側からの力には強いが、

残留応力ざんりゅうおうりょくに引かれている方向への力には、めっちゃ弱いんや！

左側から叩かれると、「パッキィ〜〜ん」と、溶接金属が、割れてしまうんや！

これは、重要なポイントやで〜

それと、仮溶接（タック溶接）は、製品の品質には、めちゃくちゃ重要なことが、わかるやろ〜

要は、仮溶接でも歪みが出るので、仮溶接の場所、仮溶接の溶接量、本当に重要なんや！

仮溶接量は、先ほどの溶接の勝ち負けがポイントで、負けた方に歪んでいくんや！

次に熱影響に関して、解説しとこうか〜

レベル4 　溶接の熱影響

鉄の熱影響と組織変化（変態へんたい）に関しては、下記の記事で詳しく解説しています。

溶接中の熱影響に関しては、この図解やな〜

溶接すると、溶接金属は、1800度以上の高温になるんや！　溶接材料も母材も溶かしながら

接合せつごうするんやから、鉄がドロドロになる温度領域おんどりょういきまで温度は上がっていくんやで〜

溶接金属と母材との境界線きょうかいせんをボンド部って言うんや！

溶接金属は、めっちゃ高温になるけど、その熱で、母材も熱影響を受けるんやけどな〜

母材側は、溶接金属とのボンド部（溶接金属との境界線きょうかいせん）が一番、熱影響を受けるんや！

上の図解では、ボンド部から6mm程度の範囲で熱影響部としているんや、

影響を受けて、温度上昇と共に、硬度こうどが上がってますで〜って表あらわしてるんや！

熱影響部の温度は、600度以上となり、ボンド部では、1000度を超えますって事なんや！

この温度領域おんどりょういきでは、何が起こるかってことが、めっちゃ重要やねん！

727度以上になって、硬度こうどが上がり、脆もろくなるのが、結論けつろんや！

そこで、溶接金属が急冷きゅうれいされることが起きれば、組織がマルテンサイト組織となって、

焼きが入ってしまうんや！

レベル5　溶接継ぎ手の種類と溶接強度

先ほど、溶接継つぎ手てと溶接の種類を解説したけどな〜、ここで、まとめとこうか〜

まずは、この表を見てほしんや！

https://www.ryokosangyo.co.jp/2018/06/11/9003

２枚の鉄板を重ねないで繋ぎ合わせた継ぎ手を突合つきあわせ継ぎ手と言うんや！（１段目）

重かさねて溶接する継ぎ手は、重かさね継ぎ手やな！（上から６段目）

同じく２枚の鉄板をT型に重ねた継ぎ手がT継ぎ手で、（２段目）

隅すみっこを溶接する溶接種類を隅肉溶接すみにくようせつって言うんや！

要は、鉄板の重ね方が継ぎ手の種類となっとるんやな〜

次に開先かいさきってあるんやけど、この溶接の種類を比べて見てみようか〜！

溶接構造物としての強度を上げようと思うなら、溶接量ようせつりょうを増やせばいいんやったな〜

そこで、開先加工かいさきかこうを行うんや〜　開先加工かいさきかこうとは、部材の一部を削けずって、溶接量ようせつりょうを増やすねん！

母材の先っぽを削けずり倒たおして、削けずったところに、溶接金属を流し込み、溶接量を増やす溶接方法や！

母材どうしの隙間すきまを完全に空けて溶接したものを、完全溶け込み溶接（左側のV開先）

部分的に削けずって、溶接する方法を部分溶け込み溶接って言うんやで〜（右側のレ開先）

もちろん、強度は、完全溶け込み溶接の方が上で、次に部分溶け込み溶接なんや！

開先の種類はたくさんあるけどな〜、ここでは、このくらいにしとくで〜

重要なポイントは、溶接量を増やせば、歪ひずみも大きくなるので、仮溶接でしっかり固定することが

重要となるんや！　勝ち負けが存在して、固定できなければ、歪み、変形が起きるんや！

溶接構造物にしたときに、「ベコベコになる」って、言われるやつやな〜

左右非対称ひたいしょうだったり、歪みが出て、直角が出てなかったりとな〜　

ここまでをまとめるとやな〜

鉄板同士を組み合わせて、結合けつごうする方法には、継ぎ手の種類があり、

突き合わせ継ぎ手やT継ぎ手と言われるやつやな〜

あと、溶接の種類は、突き合わせ溶接で、開先のあり、なしがあり、

T継ぎ手では、隅っこを溶接する隅肉溶接すみにくようせつがあるんやったな〜

開先かいさきの種類は、たくさんあるけど、開先かいさきを多くとって、溶接の量を増やすことで、

強度は上がるけど、歪ひずみのリスクもお上がるんやったな〜　そこで重要となるんは！！

拘束こうそくする事、仮溶接（タック溶接）が、重要なポイントで、拘束治具こうそくじぐや拘束部材こうそくぶざいなどで

しっかり固定することが、歪ひずみを防ぐ方法やったな！

でもでもやで〜、歪ひずんでなくても、溶接すると歪ひずもうとする力が必ず働き、表面的に歪ひずんでなくても

力は、内部に残るんやったな〜！　これが内部歪ないぶひずみであり、残留応力ざんりゅうおうりょくって言うんや！

構造物にしたときの溶接強度にも関係あるんやったな〜！

溶接金属に引っ張られる方向への力には、弱いんやったな〜

あと、溶接量を増やす事で、溶接時間が増えるやん〜

これは、何を意味するかと言うんとやな〜！

これは、めっちゃ重要やで〜　それはな、熱影響が大きくなるっちゅうこっちゃ！

この熱影響は、溶接欠陥につながるので、最後に、溶接の欠陥についての解説行こうか〜

レベル6　溶接欠陥

溶接欠陥を図解にすると、こんな感じやな〜

溶接欠陥ようせつけっかんとは、正確に言えば、品質基準書ひんしつきじゅんしょに準じゅんじて、そこに書かれている規格きかくから外れた事を

言うんや！　もう少し簡単に言うとやな！

完璧で、ミスがない溶接は、あり得なくて、少なからずミスは起こるもんなんや！

例えば、表面欠陥ひょうめんけっかんのオーバーラップは、品質基準書非んしつきじゅんしょでは、何ヶ所まではOKとか、

ピンホールは、穴の大きさが何ミリまでは、許容きょようするとかの規格きかくがあり、

それ以内に準拠じゅんきょしていれば、欠陥けっかんではなく、「キズ」と呼んだり、

溶接欠陥ようせつけっかんではなく、溶接不具合とされるんや！

先ほども言ったけど、完璧な溶接構造物を製造することは、本当に難しい事で、

現場作業もある機械のメンテナンスや修理の場面では、外部環境にも左右されるので、

本当に難しい作業となるんや！　なので、どこまでが許容されるのか？　

コストと作業時間を考慮して、適正な許容範囲を判断することが重要なんや！

それに、危険も伴う作業なので、それなりの知識を持って、作業に臨むことが重要なんや！

ここでは、溶接欠陥の詳しい説明は後に回るけど、表面の不具合だけでも、

オーバーラップ、アンダーカット、ピンホール、割れがあり、

特に熱影響部のボンド部に近いアンダーカットやオーバーラップは、構造物の強度に

大きな影響を与える可能性があるので、対策や起こった時の対応が必要となるんや！

内部欠陥でもスラグ巻き込み、ブローホール、溶け込み不良、溶融不良があるんやな〜

欠陥の原因と対策に関しては、実際の溶接作業の解説の際に、次回以降で行うとして、

ここで、言いたい事は、完璧な溶接を求めすぎると、コストが上がってしまい、

過剰品質かじょうひんしつになり得るってことなんや！　だけど、品質は上げたいし、作業の安全性も

考えなければいけないんや！

それと、溶接不具合は、溶接方法や継ぎ手の違い、作業環境に左右されることが

大きいので、溶接の技量と合わせて、知識面が大切になることを理解して欲しいんや！