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溶接機のしくみとその種類
さまざまな素材を溶かして接着する溶接機は、実に多くの現場で使われています。溶接機の種類は多数あるため、どの溶接機を使えば適切かを知らないと、購入するにせよ、レンタルするにせよ、迷ってしまうことでしょう。
ここでは、溶接機の種類やそのしくみ、役割についてご紹介します。
融接・圧接・ろう接を行う溶接機とは？
溶接とは、金属などの素材を溶かし接着する「融接」のほか、圧力で接着する「圧接」や、ろうを用いて接着する「ろう接」を指します。これらを行う建設機械を溶接機といいます。
溶接機のしくみについて、溶接機の中でもスタンダードな、アーク溶接機を例にご紹介しましょう。
アーク溶接機のしくみ
溶接機の中でもスタンダードなものが、「アーク放電」を熱源として利用したアーク溶接機です。アーク放電は気体放電の一種で、2つの金属に高電流を流した際、その隙間に流れた電流の放電時に発生する熱を利用します。アークの温度は5,000～2万℃。鉄の溶融温度は1,500～2,800℃なので、鉄と鉄を溶接するには十分な温度です。
溶接は、素材同士を融接させるだけでは完成しません。放電する電極に接着する素材と同じ成分の溶接棒（ワイヤー）を使い、この溶接棒が溶け「溶加材」となることで溶接する金属同士がより結合するのです。とはいえ、すべての溶接機で放電電極が溶けるわけではありません。アーク溶接機には、放電電極が溶ける「消耗電極式」と、溶けない「非消耗電極式」があります。非消耗電極式の場合は、溶加材となる別の溶接棒を用意する必要があります。
さらに、アーク溶接には、大気中の酸素・水素・窒素が溶接箇所にふれた場合に、金属が酸化・窒化するという性質があります。この問題を解決するためには、「シールドガス」を用いて大気と遮断して作業をする必要があります。シールドガスには、アルゴンやヘリウムといった不活性ガスや炭酸ガスが使われます。
アーク溶接機の構成
次にアーク溶接機の構成を紹介しましょう。種類によって異なりますが、アーク溶接機は概ね、以下の4つで構成されています。
・溶接電源
アーク溶接機本体の電源には、交流タイプと直流タイプがあります。
・溶接トーチ
アーク溶接機で溶接を行う先端部分のことを溶接トーチといいます。
・ワイヤー供給装置
ワイヤー供給装置は、溶加材となる溶接棒（ワイヤー）を自動で供給する装置です。
・ガスボンベ
アーク溶接機には、シールドガスを入れるガスボンベが備わっています。
アーク溶接機の種類とその役割
アーク溶接機は、使用するシールドガスや、消耗電極式か非消耗電極式かなどにより、種類や役割が異なります。ここでは、溶接機の種類と役割について紹介しましょう。
被覆アーク溶接機
被覆（ひふく）アーク溶接機は、金属にフラックスという炭酸カルシウムやセルロースといった被覆材をかぶせた溶接棒を使う消耗電極式の溶接機です。溶接時に、このフラックスが溶けることで、シールドガスが発生します。
メリットとしては、安価なことと、風の影響を受けにくいので屋外作業に適しているということです。デメリットは、被覆アーク溶接棒が湿気を含むと温度が安定しないといった問題があります。また、機械ではありますが、人の手で作業することから「手溶接」ともいわれており、作業員の熟練度が仕上がりに影響するので注意が必要です。
ミグ（MIG）溶接機
ミグ（MIG）溶接機は、シールドガスにアルゴンガスかヘリウムガスを使う消耗電極式の溶接機で、おもにステンレス、アルミの溶接に使用します。きれいな仕上がりとなるのが特徴です。
一方で、アルゴンガスが高価なことから、多用できないといったデメリットがあります。そのため、アルミニウム合金、ステンレス鋼、耐熱合金鋼など、後述するマグ溶接機などが使えない素材を溶接するときに使われます。
マグ（MAG）溶接機
マグ（MAG）溶接機は、シールドガスに炭酸ガスやアルゴンガス、ヘリウムガスなどを混合したものを使う消耗電極式の溶接機です。用途は、鉄（軟鋼）の溶接です。炭酸ガスの化学反応によりミグ溶接機よりも溶け込みが強いといったメリットがありますが、アルミニウムなどの非鉄金属の溶接には使えないというデメリットがあります。また、シールドガスが風に弱いため、屋外作業には向いていません。
CO2溶接機
CO2溶接機は、シールドガスに炭酸ガスのみを用いた消耗電極式の溶接機で、鉄（軟鋼）の溶接に使われます。コストが低いことから、ワイヤーの供給は自動で、溶接作業自体は手動でとなる半自動タイプでは一番多く使われている溶接機です。マグ溶接機同様、炭酸ガスの化学反応によりアルミニウムなどの非鉄金属の溶接には使えません。
ティグ（TIG）溶接機
ミグ溶接機と同様、ティグ（TIG）溶接機はシールドガスにアルゴンガスかヘリウムガスを使用し、溶接棒にタングステンを使う非消耗電極式の溶接機です。非消耗電極式なので、溶融部の金属を補うために別の溶接棒を使って溶接します。アルミニウムやステンレスも接合できるため、車のカスタムや配管の溶接にも使われます。
プラズマ溶接機
プラズマ溶接機は、ティグ溶接機と同様、溶接棒にタングステンを使い、熱源にはプラズマアークを利用する非消耗電極式の溶接機です。プラズマアークはエネルギー密度が高いため、5,000～7,000℃以上の高温で溶融させます。そのため、素材の変形が少ないのがメリットです。また、ガスを使わず空気（エアー）を利用します。デメリットとしては、本体もランニングコストも高価であることが挙げられます。
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今回、ご紹介した溶接機は電気式ですが、屋外作業用のエンジン式（ガソリンやディーゼル）溶接機もあります。使用用途ごとに溶接機を購入するのは効率的ではありませんので、都度レンタルを利用するのもひとつの方法です。
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