溶接変形を軽減する溶接工程

溶接変形を防止および低減する方法では、溶接プロセスの設計を考慮し、溶接中の高温および低温サイクルの変動を克服する必要があります。収縮をなくすことはできませんが、制御することはできます。収縮変形を軽減するにはいくつかの方法があります。

1 溶接しすぎない

溶接部に金属が充填されるほど、より大きな変形力が発生します。溶接部を適切なサイズにすると、溶接変形が小さくなるだけでなく、溶接材料と時間を節約できます。溶接部を埋める溶接金属の量は最小限にし、溶接部は平らかわずかに凸状にする必要があります。溶接金属が多すぎると強度が上がりません。逆に収縮力が大きくなり、溶接変形が大きくなります。

2 不連続溶接

溶接充填量を減らすもう 1 つの方法は、より断続的な溶接を使用することです。例えば、強化板を溶接する場合、断続溶接を行うことで、必要な強度を確保しつつ、溶接の埋め込み量を75%削減できます。

3. 溶接経路を減らす

細いワイヤでパス数を増やして溶接するよりも、太いワイヤでパス数を減らして溶接すると、変形が小さくなります。複数のパスの場合、各パスによって引き起こされる収縮が累積的に溶接収縮の合計を増加させます。図からわかるように、パス数が少なく電極が厚い溶接プロセスの方が、パス数が多く電極が薄い場合よりも良好な結果が得られます。

注：粗線、レス溶接または細線、多パス溶接の溶接プロセスは材料によって異なります。一般に、低炭素鋼や16Mnなどの材料は、荒ワイヤやパス数の少ない溶接に適しています。ステンレス鋼、高炭素鋼などの材質は細線溶接や多層溶接に適しています。

4. 変形防止技術

溶接前に、溶接変形と逆方向に部品を曲げたり傾けたりしてください（反転溶接または垂直溶接を除く）。逆変形量の設定値はテストにより決定してください。溶接部品の事前曲げ、プリセット、またはプリアーチ加工は、逆の機械力を使用して溶接応力を相殺する簡単な方法です。ワークピースがプリセットされると、溶接収縮応力に逆らう変形がワークピースに発生します。溶接前に設定した変形と溶接後の変形が相殺され、溶接ワークは理想的な平面となります。

収縮力のバランスを取るもう 1 つの一般的な方法は、同じ溶接機を互いに配置し、一緒にクランプすることです。この方法は、クランプ前にウェッジをワークピースの適切な位置に配置する事前曲げにも使用できます。

特殊な頑丈な溶接機は、自身の剛性や部品相互の位置によって、必要なバランス力を生み出すことができます。これらのバランス力が生成されない場合は、溶接材料の収縮力のバランスをとり、相互に相殺するという目的を達成するための他の方法が必要になります。バランス力は、他の収縮力、固定具によって形成される機械的結合力、コンポーネントのアセンブリおよび溶接順序の結合力、重力によって形成される結合力とすることができます。

5 溶接シーケンス

ワークピースの構造に応じて、同じ位置のワークピースの構造が縮小するように合理的な組み立て順序を決定します。ワークとシャフトに両面開先をあけ、多層溶接を採用し、両面溶接順序を決定します。断続溶接は隅肉溶接で使用され、最初の溶接の収縮は 2 番目の溶接の収縮によってバランスがとれます。フィクスチャはワークピースを希望の位置に保持することができ、剛性を高め、溶接変形を軽減します。この方法は、溶接応力が増加するため、小さなワークピースや小さな部品の溶接に広く使用されており、低炭素鋼の塑性構造にのみ適しています。

6 溶接後の収縮力を除去する

打撃は、溶接部の冷却と同様に、溶接部の収縮に対抗する方法です。タッピングにより溶接部が伸びて薄くなり、応力（弾性変形）が除去されます。ただし、この方法を使用する場合は、溶接のルートをノックすることができないため、亀裂が発生する可能性があることに注意する必要があります。一般に、カバー溶接部にはパーカッションを使用できません。

なぜなら、カバー層に溶接亀裂が発生し、溶接検出や硬化効果に影響を与える可能性があるためです。そのため、技術の活用は限られており、変形やクラックの問題を解決するために、多層パス（底部溶接とカバー溶接を除く）のみでタップ加工を行う必要がある場合もあります。熱処理も収縮力を除去し、ワークピースの高温と冷却を制御する方法の 1 つです。場合によっては、同じワークピースを背中合わせにクランプし、この位置合わせ条件で溶接して応力を除去し、ワークピースの残留応力を最小限に抑えることがあります。

6. 溶接時間の短縮

溶接では加熱と冷却が発生し、熱が伝わるまでに時間がかかります。したがって、時間要因も変形に影響します。一般に、ワークピースの大部分が加熱されて膨張する前に、できるだけ早く溶接を終了することが望ましいです。溶接ワークの収縮や変形の度合いは、電極の種類やサイズ、溶接電流、溶接速度などの溶接プロセスに影響されます。機械化された溶接装置を使用することで、溶接時間の短縮と熱による変形量の削減を実現します。

第二に、溶接変形を低減する他の方法

1 水冷ブロック

特殊な溶接機の溶接変形を制御するには、多くの技術を使用できます。たとえば、薄板溶接では、水冷ブロックを使用すると、溶接されたワークピースの熱を奪うことができます。銅パイプはろう付けまたははんだ付けによって銅製治具に溶接され、パイプは循環中で冷却されて溶接変形を軽減します。

2 ウェッジブロック位置決めプレート

鋼板突合せ溶接技術の溶接変形を効果的に制御するのが、図に示す「ポジショニングプレート」です。位置決めプレートの一端はワークピースのプレートに溶接され、ウェッジブロックの他端はプレスプレートに固定されます。複数の位置決めプレートを配置して、溶接中の溶接鋼板の位置決めと固定を維持することもできます。

3. 熱ストレスの除去

特別な場合を除き、応力を除去するために加熱を使用することは正しい方法ではありません。溶接変形を防止または軽減するために、ワークピースを溶接する前に行う必要があります。

Tハード, 結論

溶接変形や残留応力の影響を軽減するために、ワークの設計・溶接時には以下の点に注意してください。

(1) 過剰な溶接は行わないでください。(2) ワークの位置を制御する。(3) 可能な限り不連続溶接を使用しますが、設計要件を満たす必要があります。(4) 溶接足のサイズはできるだけ小さい。(5) 開開先溶接の場合、継手の溶接量を最小限に抑え、片開先継手の代わりに両側開先を考慮する必要があります。(6) 単層溶接、両側溶接に代えて、可能な限り多層多パス溶接を採用する。ワークピースとシャフトでオープン両面開先溶接を行い、多層溶接を採用し、両面溶接順序を決定します。（７）多層レスパス溶接。(8) 低入熱溶接プロセスを採用し、より高い溶融速度とより速い溶接速度を意味します。(9) ポジショナーを使用してワークを船型の溶接姿勢にします。船型溶接位置は大径ワイヤと高溶融率溶接プロセスを使用できます。(10) ワークピースの除電シャフトセット溶接および対称溶接は可能な限り行う。(11) 溶接順序と溶接位置により可能な限り溶接熱が均一に広がるようにする。(12) ワークピースの自由な方向への溶接。(13) 調整と位置決めには、治具、工具、位置決めプレートを使用します。(14) ワークピースを事前に曲げるか、溶接継手を収縮の反対方向に事前に配置します。(15)溶接と一括溶接を順番に分けて行うことで、除電軸周りのバランスを保った溶接が可能です。