アンダーカットはよくあること 溶接欠陥 溶接では、溶接構造の強度と安定性が低下します。
では、溶接ではどのようにしてアンダーカットが発生するのでしょうか?実はそれには多くの理由があります。溶接電流や溶接速度の不適切な調整、電極の角度やサイズの誤選択、さらにはシールドガスの不適切な使用などが原因である可能性があります。これらの問題はすべて溶接プロセスを中断し、アンダーカット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はどうすればよいですか？この記事では、溶接のアンダーカットの原因や危険性、対策について、溶接経験者から初心者まで詳しく解説します。
溶接におけるアンダーカットとは何ですか?
溶接アンダーカットとは、溶接継手のエッジに沿って形成される望ましくない溝またはくぼみであり、母材は溶けていますが、フィラー金属によって完全には充填されていません。通常、溶接ビードの片側または両側にノッチまたはくぼみとして現れます。アンダーカットの深さと幅はさまざまですが、通常は溶接部に隣接する母材まで伸びています。
過度のアンダーカットは溶接継手の強度を弱め、アンダーカットで応力集中を発生させ、構造的損傷につながる可能性があります。特に低合金高張力鋼の溶接では、アンダーカットの端部組織が硬化するため、割れが発生しやすくなります。
溶接底部切断の視覚的な例については、以下の図を参照してください。
溶接アンダーカットの種類
溶接シームの上下のアンダーカットの位置により、外側アンダーカット（開先の大きい側）と内側アンダーカット（開先の底側）に分けられます。
外部アンダーカット
外部アンダーカットは通常、ベベルの大きい開口側、つまり溶接シームの外面で発生します。その主な特徴は、溶接シームの端または先端に顕著な溝またはくぼみが存在することです。外部アンダーカットの形成は、多くの場合、溶接プロセス中の溶接池の流れ、溶接速度、溶接角度、溶接電流などの要因に関連しています。
溶接中に溶接池がベベルを適切に満たせない場合、または溶融金属が冷却中に適切に収縮しない場合、溶接シームの端に外部アンダーカットとして知られる溝やくぼみが形成されることがあります。
外部アンダーカットは溶接シームの構造強度を弱めるだけでなく、応力集中領域となり、使用中に溶接継手が破損する危険性が高まります。
内部アンダーカット
内部アンダーカットは、溶接シーム内のベベルの下側、溶接金属と母材の接合部に発生します。内部アンダーカットの形成は通常、溶接プロセス中のベベル底部の不均一な流れと溶融池の凝固が原因で発生します。
厚板を溶接したり、マルチパス溶接プロセスを採用したりする場合、ベベル底部の溶接池の流れが制限されたり、溶接パラメータが不適切に制御されたりすることにより、内部アンダーカットが発生する可能性があります。内部アンダーカットは溶接シーム内に隠れており、目視検査では直接検出することが難しいため、特定と評価には X 線検査や超音波検査などの非破壊検査方法が必要です。
内部アンダーカットの存在も同様に溶接シームの性能に悪影響を及ぼし、溶接継手の耐荷重能力と耐食性を低下させます。
次の図は、外部アンダーカットと内部アンダーカットの電気的画像の例を示しています。
溶接アンダーカットの種類は、外側アンダーカットと内側アンダーカットのほかに、図例に示すように次のタイプに分類できます。
溶接アンダーカットが部品の性能に及ぼす影響
静的負荷下で
- コンポーネントの塑性状態: アンダーカットにより接合部の断面積が減少し、局所的な応力が増加します。アンダーカットが加えられた応力と平行で、塑性状態にある場合、ジョイントの性能に大きな影響を与えることはありません。
- コンポーネントが脆い状態の場合: アンダーカットがあると脆性破壊のリスクが高まり、高強度材料や厚肉溶接部の許容アンダーカット値は非常に低くなります。
動的負荷の下で
- 鋭い溶接止端溝がセクションに侵入し、微小亀裂の伝播を引き起こします。円形の溝の表面には微小亀裂は見られません。
- アンダーカットの深さと疲労強度の関係: アンダーカットが深いほど、疲労強度の低下が大きくなります。
腐食
- 腐食環境におけるアンダーカットまたは溶接止端溝は、腐食生成物の蓄積により局所的な腐食を促進します。
湿った環境や冶金残留物を含む環境でのアンダーカットは、より大きな危険をもたらします。 - これらの要因は、特に変化する荷重条件や腐食環境下で、溶接コンポーネントの構造的完全性と性能を維持するためにアンダーカットを最小限に抑えることの重要性を強調しています。
溶接におけるアンダーカットの根本原因
アンダーカットは複数の要因によって発生する可能性があります。アンダーカットは、過剰な熱、速い移動速度、不適切な電極/フィラーのサイズ、または不適切な接合の準備によって発生します。一般的な原因には次のようなものがあります。
不十分な溶加材
フィラー金属の堆積が不十分になるには、いくつかの要因が考えられます。小さな電極サイズを使用すると、溶接に使用できる溶加材の量が制限されます。電極が溶接トーチから遠くに突き出てしまう不適切な電極の延長も、溶加材の転写効率を低下させる可能性があります。さらに、電極の角度が急であると、溶加材が溶接ビードの端から遠ざかる方向に向き、アンダーカットが発生する可能性があります。
過電流
過剰な溶接電流により、接合部のエッジが溶けて溶接池に流れ込み、溶接部の長さに沿って排水路に似た痕跡が残ることがあります。さらに、過剰な電流は、溶接シームの両側でアンダーカット、ルート過熱、焼き抜け、その他の問題を引き起こす可能性があります。特に、ルートに溶接ビードが形成される可能性がある平らな、垂直、および水平な溶接位置では、溶接シームが発生する可能性があります。オーバーヘッド溶接位置では、ルートが凹面になる場合があります。
溶接 ゆっくり
遅い速度で溶接すると、溶接池が進む前に継手の端が過度に溶ける可能性があります。このエッジの過度の溶解とその後の溶接池への流出により、アンダーカット欠陥が発生する可能性があります。
不適切な溶接技術
溶接のトレーニングや教育では、生産ノルマを達成することに重点が置かれているため、多くの作業者はより高い電流を使用することを好む傾向があります。ただし、過度に高い電流を使用すると、母材の溶解が促進され、溶融池のサイズが大きくなり、溶接棒の溶融金属が母材の端の溶解によって形成された開先を適切に充填できなくなる可能性があります。その結果、溶接ビードの幅が十分になり、アンダーカットが発生します。
間違ったフィラーメタル
溶接用途に不適切な溶加材を使用すると、溶接の中心とエッジの間に大きな温度勾配が生じる可能性があります。この不均一な加熱により、エッジが過度に溶けて溶接池に流れ込み、アンダーカットが発生する可能性があります。
溶接工のスキルが不十分
初心者の溶接者は、接合部のアンダーカットを除去するのに苦労するかもしれません。アークの動きに一貫性がない場合、加熱が不均一になり、母材の金属が溶解する可能性があります。電極を特定のパターンで移動させて溶加材を分配する不適切なウィービングでは、溶接ビードのエッジに沿った被覆が不十分になる可能性があります。電極の先端と母材の間の距離であるアーク長が長すぎると、熱伝達効率が低下し、溶加材の浸透に影響を与える可能性があります。溶接トーチが接合部に沿って移動する速度である移動速度が遅いと、アークが 1 つの領域に長く留まりすぎて、過剰な母材が溶けてアンダーカットが発生する可能性があります。
入熱
過剰な入熱、特に高い溶接電流と速い溶接速度を使用する場合、溶融ライン領域の材料が減少し、溶接止端の局所的なアンダーカットが発生する可能性があります。 T ジョイントを溶接する場合、1 パス溶接でより大きな入熱を使用すると、アンダーカットが発生する可能性が高くなります。これは、溶融池サイズが大きくなるため、溶接金属が三角形に固まる前にたわみ、上面に隙間ができてアンダーカットが発生するためです。
その他の理由
- 不適切なシールド ガス: シールド ガスの選択または流量が不適切であると、溶接池の保護に影響を及ぼし、不完全な溶融や溶接エッジに沿ったアンダーカットが発生する可能性があります。
- 溶接材料仕様：溶接材料のサイズが大きいと、溶接時に母材の余分な部分が溶けてアンダーカットが発生する可能性があります。
- 減衰した電極: 減衰した電極はアークの不安定性を引き起こし、継手への熱と溶加材の伝達に影響を与える可能性があります。この不安定性は、アンダーカット欠陥の発生に寄与する可能性があります。
溶接アンダーカットの危険性
溶接のアンダーカットは、接合部の品質と耐久性に重大なリスクをもたらします。これらは構造の完全性を弱め、耐荷重能力を低下させ、早期の腐食を促進します。主な危険は耐荷重能力の低下であり、応力集中、亀裂、場合によっては完全な構造破壊につながります。アンダーカットに対処することは、溶接の安全性と信頼性を確保するために非常に重要です。
アンダーカットの問題への対処
欠陥のある溶接シームからアンダーカットを除去することは、溶接プロセスのエラーを修正し、溶接の品質を向上させることを目的とした重要なステップです。以下に、溶接シームのアンダーカット欠陥を排除するためのいくつかの提案と手順を示します。
- フィラーメタル: アンダーカットの影響を受ける溝または領域に追加のフィラーメタルを塗布します。フィラーメタルが元の溶接組成と一致し、周囲の溶接部とシームレスに溶け込むように正確に適用されていることを確認します。
- 徹底した清掃： 修理の前に、修理の品質を損なう可能性のあるスラグ、破片、その他の汚染物質を除去するために、影響を受ける領域を徹底的に清掃してください。ワイヤーブラシやグラインダーなどの適切なツールを使用して、溶接の表面をきれいで滑らかにします。
溶接アンダーカットを防ぐ方法
溶接中のアンダーカットを防止または最小限に抑えるには、いくつかの対策を講じ、適切な技術を採用することができます。溶接時のアンダーカットを防ぐための戦略をいくつか紹介します。
溶接パラメータの正しい選択
溶接手順の仕様および溶接される材料に従って、電流、電圧、移動速度、電極のサイズ/タイプなどの正しい溶接パラメータを使用していることを確認してください。これらのパラメータを適切に調整すると、入熱を制御し、アンダーカットを発生させることなく適切な融合を確保できます。
関連する溶接仕様に従って、溶接プロセスパラメータを選択し、日常業務で品質意識を養い、さまざまなトレーニングに参加し、溶接要件を真剣に標準化します。プロセスの例:
| 溶接棒の種類 | グラデーション | 溶接棒径/mm | 溶接電流/A | アーク電圧/V | 溶接速度 cm/min |
| E4303 | 第一層 | 3.2 | 90-140 | 21-30 | 10-30 |
| 中間層 | 3.2 | 100-160 | 24-34 | 10-30 | |
| 外層 | 4.0 | 130-220 | 21-37 | 10-35 | |
| カバー表面 | 4.0 | 130-220 | 21-37 | 10-35 |
適切な溶接技術の選択
正しい移動速度の維持、一貫したアーク長の維持、正しい溶接角度の使用など、適切な溶接技術を使用してください。過度に幅の広い織りパターンを避け、接合部に沿ったスムーズで安定した動きを確保して均一な融合を実現し、アンダーカットのリスクを最小限に抑えます。
TIG溶接
TIG溶接技術は、その高度な制御と精度で知られています。溶接工は、溶接電流、溶接速度、フィラーメタルの使用を正確に管理し、アンダーカットのない明確な溶接ビードプロファイルを確保できます。さらに、溶接が完了した後、 悪い溶接と良い溶接 溶接接合部の品質と信頼性を確保するため。
MIG溶接
MIG 溶接技術は高効率と安定性を特徴としており、自動溶接および半自動溶接に適しています。ワイヤ送給速度、溶接電流、電圧などの溶接パラメータを適切に設定すると、溶接継手に十分な溶加材が確保され、アンダーカットが効果的に防止されます。ワイヤ送給速度の制御は、溶接接合部に適切な溶加材を確実に付着させるための重要な要素です。
スティック溶接
一般にスティック溶接として知られるシールド メタル アーク溶接 (SMAW) は、さまざまな厚さの材料に適応できることで知られる広く使用されている溶接方法です。適切な電極サイズを選択し、移動角と作動角を調整し、アーク長を制御することにより、アンダーカットを効果的に防止でき、溶接継手の品質と信頼性が向上します。さらに、適切なアーク長と安定した溶接速度を維持することも、アンダーカットを防ぐために重要です。
レーザー溶接
レーザー溶接は、薄板材料の溶接に適した高精度、高エネルギーの溶接方法です。溶接速度が速く、熱影響部が小さいため、アンダーカットの発生を効果的に低減できます。ただし、レーザー溶接には設備と操作技術に対する高い要求があり、溶接の品質を確保するには専門的なトレーニングと経験が必要です。
ジョイントを適切に準備する
ジョイントが正しいベベル角度、フィッティング、清潔さで適切に準備されていることを確認してください。接合部を適切に準備すると、溶接金属へのアクセスが向上し、接合部に沿った適切な溶け込みと融合が確保され、アンダーカットの可能性が減ります。
正しい溶接角度を維持する
溶接ガンまたは溶接電極とワークとの角度は、通常 60 ° ～ 80 ° の適切な範囲に維持する必要があります。手動溶接作業では、溶接ヘッドとワーク間の垂直線を約 90 度に厳密に制御し、さまざまな溶接位置に応じて適切に調整する必要があります。
正しいシールドガスの選択
溶接プロセスや材料が異なると、異なる種類のシールド ガスの使用が必要になります。たとえば、アルゴン (Ar) は、その不活性特性により、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金などの溶接材料のシールド ガスとして一般的に使用されます。一方、二酸化炭素 (CO₂) は比較的低コストであるため、鋼の溶接によく使用されます。
溶接プロセスや接合される材料と適合しないシールドガスを使用すると、アークの安定性が低下し、溶接保護が不十分になり、アンダーカットやその他の溶接欠陥のリスクが増加する可能性があります。
電極角度
溶接プロセス中、電極の角度がわずかに異なるだけでも、溶接ビードの深さ、幅、形状に大きな影響を与える可能性があります。電極の角度が不適切であると、溶接金属が溶接継手へ十分に浸透せず、アンダーカットが発生する可能性があります。ほとんどの場合、移動角度はわずかに「引きずり」位置 (約 10 ～ 15 度) を示し、溶接金属が溶接継手に戻ることができるようになります。
溶接シームの過度のアンダーカット深さを修正する
小さなアンダーカット領域の場合は、砥石車を使用して移行を滑らかにすることができます。砥石車を選択する場合、粗さは溶接ビードのサイズと要件に基づいて決定する必要があり、通常は 100 ～ 240 グリットの範囲です。研削中は、研ぎすぎや溶接ビードの損傷を避けるために、速度と圧力を制御することが重要です。
溶接時のアンダーカット防止チェック
溶接前に徹底的な溶接前評価を実施することで、よりスムーズな作業とダウンタイムの削減が保証されます。
マシンパラメータの設定と確認
- 溶接手順の仕様に従って、アンペア、ボルト、ワイヤ速度、移動速度などの溶接パラメータを徹底的に検査し、設定します。
- すべての設定が正確であり、業界標準および溶接される材料に準拠していることを確認してください。
溶接機の適切なメンテナンスと校正
- 溶接前検査を実施して、機器の状態を確認します。
- ワイヤ送給装置とローラの張力が適切かどうかを確認し、安定したワイヤ送給を確保します。
- 安定した溶加材の流れを維持するために、摩耗した MIG ガン ライナーを交換してください。
- シールドガスの流れを確認し、それに応じてレギュレーターを調整します。
- ガンまたはトーチにガスの流れを妨げる可能性のある破片が蓄積していないか点検します。
- ガスホースに保護雰囲気を損なう可能性のある損傷や漏れがないか確認してください。
リード線とアース線の検査
- リード線とアース線のケーブルに、溶接溜まりでの電流損失につながる可能性のある摩耗、擦り切れ、または損傷がないかどうかを検査します。
- 最適な電流の流れを維持するために、すべての接続がしっかりと固定されていることを確認してください。
関節の準備
- アンダーカットのリスクを軽減するために、ギャップ サイズ、ルート開口部、ベベル角度などのジョイントの準備が指定された制限内にあることを確認します。
これらの包括的な溶接前チェックを実施することで、溶接作業中にアンダーカットの問題が発生する可能性を大幅に減らすことができます。
まとめ
溶接アンダーカットは溶接継手の完全性を損ない、潜在的な構造破損につながる可能性があります。その原因を理解し、適切な対処法を実行することで、溶接工はアンダーカットを最小限に抑えた高品質の溶接を行うことができ、溶接部品の信頼性と寿命を確保できます。
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Q＆A
アンダーカットの深さは、母材金属の元の表面から溶接の止端に沿った溝またはくぼみの最下点まで測定されます。この深さは、溶接パラメータ、材料特性、溶接技術などの要因によって異なりますが、通常は数ミリメートルから数ミリメートルの深さの範囲にあります。
アンダーカットが発生すると、溶接部に隣接する母材に沿って溝やくぼみが生じ、効果的に接合するのに不十分な充填材が残ります。この材料の不足により応力集中点が発生する可能性があり、荷重や応力がかかると早期に破損する可能性があります。
アンダーカットによる損傷は修復可能です。 アンダーカットの深さが母材の厚さの10％を超えない浅い場合は、グラインダーまたは砥石を使用して滑らかにすることができます。アンダーカットがひどい場合、または重要な領域に発生している場合は、修理に溶接が必要になる場合があります。溶接修復には、アンダーカットを再溶接して溝を埋め、溶接接合部の完全性を回復することが含まれます。
タグ： 板金製作ガイド
この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
