溶接部のアンダーカット：原因、予防、測定、および補修

溶接部のアンダーカットは、溶接部の先端部または根元部に発生する一般的な溶接形状の欠陥です。小さな溝のように見えるかもしれませんが、過度のアンダーカットは母材の有効断面積を減少させ、局所的な応力集中を引き起こす可能性があります。

溶接時のアンダーカット問題のほとんどは、入熱量、溶接速度、アーク長、トーチ角度、溶加材の堆積量に関連しています。安定したプロセス制御も重要です。ダイナレーザー社のレーザー溶接システムは、集中した入熱量と安定したパラメータを提供することで、接合部と設定が適切に準備されていれば、溶接時のアンダーカットを低減するのに役立ちます。

溶接におけるアンダーカットとは何ですか？

溶接におけるアンダーカットとは何ですか？アンダーカットとは、溶接部の端に沿って母材に溶け込んだ溝で、溶接金属が完全に充填されていない部分のことです。一般的には溶接止端部に発生しますが、溶接ルート付近にも発生することがあります。

このアンダーカット溶接欠陥は、元の母材の形状の一部が実際に溶融して失われている点で、低い溶接ビードとは異なります。

溶接部のアンダーカットはどのような状態に見えるのか？

溶接部のアンダーカットは、通常、ビードの横に狭い窪みとして現れます。それは連続している場合もあれば、短い区間に限られている場合もあります。

典型的なアンダーカット溶接の例としては、以下のようなものが挙げられます。

• 片側または両側の溶接爪の横にある溝
• 溶接部と母材の境界が明確
• スタート、ストップ、またはキャップパス付近のより深いセクション

浅いアンダーカットの場合、目視による判断だけでなく、計測が必要となる場合がある。

溶接におけるアンダーカットの種類

アンダーカットは一般的に、溝が形成される位置によって分類されます。

外側またはつま先アンダーカット

外部アンダーカットは、溶接面と母材が接する部分に形成されます。すみ肉溶接のアンダーカットは、溶接部の片側または両側のつま先に沿って発生する可能性があり、通常は目視で容易に検出できます。

内部アンダーカットまたはルートアンダーカット

溶接におけるルートアンダーカットは、継手のルート側付近で発生します。裏面へのアクセスが制限されている場合、検出や評価がより困難になることがあります。

溶接におけるアンダーカットの原因は何ですか？

溶接におけるアンダーカットの原因を理解することは、電流値を自動的に下げるよりもはるかに有益です。アンダーカットは、溶融池が溶接端を補充する速度よりも速く溶接端が溶融したときに発生します。

溶接アンダーカットの主な原因は以下のとおりです。

蓄積された熱はしばしば見落とされがちです。ルートパスとフィルパスは問題なく見えるかもしれませんが、ワークピースがすでに高温になっているため、キャップ部分にアンダーカットが発生する可能性があります。このような場合、問題を機械設定の固定的な問題として扱うよりも、後のパスの電流を下げたり、パス間の温度を制御したりする方が効果的な場合があります。

アンダーカットはなぜ溶接に悪影響を与えるのか？

溶接部のアンダーカットの程度は、その深さ、長さ、位置、荷重条件、および適用される規格によって異なります。浅い溝があるからといって、必ずしも溶接部が不合格になるわけではありません。

アンダーカットが深くなると、局所的な材料の厚みが減少し、応力が集中する急激な変化が生じます。これは、振動、繰り返し荷重、または疲労にさらされる部品において特に重要になります。

溶接アンダーカットの測定方法

目視検査で溶接不良箇所を特定することはできますが、適切な評価を行うには、通常、その位置、長さ、深さを確認する必要があります。

場所と長さを確認してください

アンダーカットが溶接部のつま先部にあるか根元部にあるか、連続的か断続的か、また溶接部の片側または両側に影響を及ぼしているかを特定します。一部の合否判定基準では、最大深さだけでなく、影響を受ける長さも考慮されます。

アンダーカットの深さを測定する

溶接アンダーカットゲージ、ブリッジカムゲージ、または同様の検査ツールを使用して、隣接する母材表面から溝の最も深い部分までの距離を測定できます。

溶接におけるアンダーカットの測定方法に関しては、合格判定の際には、通常、溝幅よりも深さの方が重要となる。

溶接において、どの程度のアンダーカットが許容されるのか？

溶接における許容アンダーカット値には普遍的な基準はありません。許容値は、適用される規格、材料の厚さ、継手の種類、荷重条件、欠陥の深さ、および影響を受ける長さによって異なります。

溶接部のアンダーカット許容基準は、AWS、ASME、ISO 5817、設計図面、またはプロジェクト固有の要件によって定められる場合があります。したがって、適用される規格が明確でない限り、溶接部のアンダーカット許容量を単一の数値で答えるべきではありません。

溶接部の受け入れまたは修理を行う前に、該当する仕様、許容される深さおよび長さを確認してください。

溶接時のアンダーカットを防ぐ方法

溶接時のアンダーカットを防ぐための最善策は、複数の設定を一度に変更するのではなく、論理的な順序でトラブルシューティングを行うことです。

熱と移動速度から始めましょう

まず電流または電圧を確認し、次に移動速度を確認してください。過度の熱は溶接端を侵食する可能性があり、移動速度が速すぎると溶加材が溶接部の先端に流れ込む時間が不足する可能性があります。

多層溶接の場合は、ワークピースに蓄積される熱も考慮する必要があります。

アーク長とトーチ角度を確認してください

アークが長すぎたり、作業角度が不適切だったりすると、過剰な熱が溶接端に集中してしまう可能性があります。コーナー部、継ぎ目が変化する箇所、溶接姿勢が困難な箇所では、トーチの位置を一定に保つことが特に重要になります。

つま先に十分な量のフィラーが入っていることを確認してください

電流を下げるだけでは問題が解決しない場合があります。溶接作業者は、溶接速度をわずかに落としたり、溶加材の配置を改善したり、過剰なウィービングを減らしたりして、溶融池が溶接部の先端を適切に満たすようにする必要があるかもしれません。

適切な用途においては、レーザー溶接はより集中的なエネルギー供給と低い総熱入力を実現します。ダイナレーザー社のレーザー溶接機は、安定したプロセス制御とオプションのワイヤ送給機能を備えており、溶接時のアンダーカットの原因となる条件を軽減するのに役立ちます。

MIG溶接、TIG溶接、およびアーク溶接におけるアンダーカット

欠陥は溶接方法に関わらず類似しているが、一般的な原因は異なる。

MIG溶接のアンダーカットにおいては、電圧とワイヤ送給速度を合わせて考慮する必要があります。TIG溶接は溶加材の配置に大きく依存しますが、被覆アーク溶接はアーク長をより厳密に制御することで効果が得られる場合が多いです。

溶接におけるアンダーカットの修正方法

溶接におけるアンダーカットの修正方法は、まず欠陥が適用される許容基準を超えているかどうかによって決まります。許容範囲内の浅い溝であれば、不必要な再加工によって新たな熱サイクルが発生するため、自動的に修復すべきではありません。

アンダーカット溶接の補修が必要な場合：

• 患部を準備し、清掃する。
• 必要に応じて不適切な材料を取り除く
• 元のプロセス上の問題を修正する
• 調整されたパラメータを使用して再溶接する
• 修理箇所を再度点検してください。

熱入力、移動速度、角度、または充填材の供給量を修正せずに、単に別のパスを追加するだけで、欠陥が再現される可能性がある。

精密加工や薄板加工においては、制御されたレーザー加工プロセスを用いることで、繰り返し発生する端部欠陥を低減できます。ダイナレーザー社のシステムは、安定した低入熱溶接を実現し、追加の溶加材が必要な場合にはワイヤ送給方式を採用しています。

アンダーカット vs アンダーフィル vs 融合不足

これらの溶接欠陥は見た目は似ているが、それぞれ異なる問題を抱えている。

溶接アンダーフィルとアンダーカットの主な違いは、失われる材料の量です。アンダーフィルとは、溶着金属が不足している状態を指し、アンダーカットとは、元の母材の一部を除去することを指します。

溶接アンダーカットに関するよくある質問

溶接部は片側だけにアンダーカットが生じることは可能ですか？

はい。片側アンダーカットは、作業角度の不均一、接合部へのアクセス制限、非対称な形状、または片側の側壁への過剰な熱によって発生する可能性があります。

アンダーカットがキャップパスにのみ出現することがあるのはなぜですか？

被溶着材を溶着する時点で、ワークピースが既に高温になっている場合があります。端部の溶着材が不足していたり​​、溶着技術が過剰であったりすると、以前の溶着工程が許容範囲内であった場合でも、アンダーカットが発生する可能性があります。

過剰な電流を使わずにアンダーカットを行うことは可能ですか？

はい。電流が適切であっても、高速移動、長いアーク、不適切なトーチ角度、過度のウィービング、またはフィラー不足はすべてアンダーカットの原因となる可能性があります。

疲労荷重を受ける溶接部では、アンダーカットはより深刻な問題となるのか？

あり得ます。溝によって局所的な応力集中が生じ、繰り返し荷重や変動荷重がかかると、その影響はより顕著になります。最終的な受入は、適用される設計および溶接規格に従う必要があります。

結論

溶接時のアンダーカットは、通常、単一の設定ではなく、熱入力、溶接速度、アーク長、トーチ角度、溶加材の堆積量、およびワークピース温度の相互作用によって引き起こされます。

適切な測定と合格基準は、予防と同様に重要です。安定した低熱溶接を必要とする用途では、ダイナレーザー社のレーザー溶接システムは、溶接アンダーカットの原因となる条件を軽減するのに役立ちますが、適切なセットアップと技術は依然として不可欠です。