溶接って何？
溶接とは2個以上の部材を接合部に
熱や圧力、金属材料などを加えて連続性を持つ部材にする作業で、
エネルギーを利用して２つ以上の部材を冶金的に接合します。
ちなみに”冶金(やきん)”とは原子間引力を利用して金属を接合する技術で、
冶金的な接合方法は１種類ではなく融接・圧接・ろう接の３種類もあります。
融接では接合部を加熱・溶融して凝固させて接合し、
圧接では接合部に熱エネルギーを加えた後に機械的な圧力を加えて接合します。
とう接では接合材の隙間に母材よりも融点の低いろう材を融接・充填する接合になります。
各特徴について
融接
・重ね代を考える必要がなく継手の設計が簡単
・製品が軽量
・継手効率が高い
・工程数が少なく製作時間の短縮
・板厚の制約をほとんど受けないため大型の構造物を製作できる
・気密や水密性を持たせられる
圧接
・高い接合強度
・異材接合が可能
・高い信頼性
・高い生産性
ろう接
・高強度の継手や耐気密・水密性の継手を多数箇所同時に素早く製作
・他の方法で溶接できないものができる
・仕上げ作業がほとんど不要
溶接部の強度設計方法について
溶接部の強度設計のポイントとしては大きく分けて２つです。
１つ目は”許容応力は母材の70～85％が目安”になります。
溶接部というのは元々別々の部材を
溶融により接合した部分なので母材と比べて強度が低くなります。
その原因が溶接の方法・溶接作業社の技術・継ぎ手の種類・溶接熱による材質の変化になります。
こうしたことから溶接部の強度設計をする時は許容応力を低く見積もる必要があるのです。
また、すみ肉溶接の場合は継手効率80％を許容応力にかける必要があります。
2つ目は”のど厚を使った断面積で応力を計算”です。
溶接部の強度設計は引張・圧縮・曲げ・ねじり応力の4つの力と同様に
発生応力が許容応力以下となるように設計します。
応力というのは基本的に”荷重/断面積”で求めることができますが、
溶接部の場合のど厚を使って断面積を算出しなければなりません。
ちなみにのど厚は溶接継手の種類によって寸法のとり方が異なります。
代表的なものとして”突き合わせ継手”と”すみ肉継手”です。
どちらも”のど厚×幅”となるので、引張応力は”引張応力σ＝P/hI”でという式で算出できます。
溶接における品質とは
溶接をされた製品は、一般的な条件として以下の7つが求められます。
①設計寸法通りで正確に仕上げられている
②求められている機能や強度、安全性が得られている
③溶接部の外観が求められるレベルに仕上がっている
④ビードに亀裂や穴などがない
⑤仕上がりに歪みがほとんどなく、設計寸法通り
⑥ビードの波形や幅、高さなどが均一
⑦求められる強度に適合した溶接
溶接の品質を審査することはすごく重要で、たえずシビアな品質管理が要求されています。