溶接スパッタとは|発生原因と対策について解説

溶接スパッタとは?

溶接スパッタの画像

溶接スパッタとは、溶接作業中に発生する小さな金属粒子や飛散物のことを指します。これらの粒子は溶接部から飛び散り、周囲の作業環境や製品に影響を及ぼします。

溶接スパッタは、溶接作業において避けられない現象ですが、その発生を最小限に抑えるためには適切な溶接条件の設定や、適切な防護具の使用が重要です。また、溶接後のスパッタ除去作業も重要な工程であり、製品の品質向上と作業環境の安全性を確保するために不可欠です。


スパッタとスラグの違い

溶接スパッタとスラグの画像

スパッタとスラグは溶接作業において異なる性質を持つ副産物です。スパッタは製品表面に影響を与え、スラグは溶接工程に影響を与えるため、それぞれの特性を理解し、適切な対策を講じることが重要です。

スパッタ(Spatter)

スパッタは、溶接中に溶融金属の小さな滴が周囲に飛び散る現象です。電弧溶接やガス溶接の際に、溶融金属がアークの影響で飛び散ることで発生します。飛び散った金属の粒子は冷却され、溶接部位やその周辺に付着します。スパッタは外観に影響を与えるだけでなく、後処理が必要になることもあります。また、周囲の設備や作業者に対する火傷や損傷のリスクも伴います。

スラグ(Slag)

スラグは、溶接後に溶接ビードの表面に形成される非金属の固形物質です。主に被覆アーク溶接やサブマージアーク溶接などで、フラックスが溶融して形成されます。スラグは冷却後に硬化し、溶接ビードの表面に覆いを形成することで、溶接金属が酸化や他の不純物から保護されます。スラグは通常、溶接完了後に除去される必要があります。取り除かないと、次の溶接工程に影響を及ぼすことがあります。

主な違い

発生プロセス
スパッタは溶接中に発生し、スラグは溶接後に形成されます。

形態
スパッタは飛び散った金属の粒子であり、スラグは溶接ビードの表面に形成される固形物質です。

処理方法
スパッタは周囲から除去する必要があるのに対し、スラグは溶接ビードから剥がす必要があります。

項目スパッタスラグ
定義溶接中に溶融金属の小さな滴が飛び散る現象溶接後に溶接ビードの表面に形成される非金属の固形物質
発生原因電弧溶接やガス溶接の際に発生被覆アーク溶接やサブマージアーク溶接の際にフラックスが溶融して形成
特徴冷却され溶接部位やその周辺に付着する冷却後に硬化し溶接ビードの表面を覆う
影響外観に影響を与え、後処理が必要になることがある次の溶接工程に影響を及ぼす可能性がある
対策適切な溶接パラメータの設定、スパッタ防止剤の使用、保護具の着用適切なスラグ除去工具を使用して溶接後に除去

溶接スパッタの発生原因

溶接スパッタの発生原因は、溶接条件の不適切な設定や材料の品質、溶接技術の未熟さに起因します。これらの要因が重なることで、溶融金属が飛び散り、スパッタが発生します。

溶接スパッタの主な発生原因は以下の通りです。

電流強度の不適切な設定
過剰な電流や不足した電流設定により、溶融金属が不安定になり、飛び散ることが多くなります。

不安定なアーク
アークが不安定になると、溶接プール内の金属が不規則に飛び散ります。

溶接材料の不純物
溶接材料に含まれる不純物や油分、酸化物などがスパッタの発生を促進します。そのため、高品質な材料を使用することがスパッタの発生を抑える要因のひとつになります。

溶接技術の熟練度の低さ
熟練度の低い溶接作業は、適切な溶接速度や角度を維持できず、スパッタが発生しやすくなります。



溶接スパッタが及ぼす影響

溶接スパッタによる品質への影響の画像

溶接スパッタは、製品品質の低下、作業効率の悪化、さらには作業者の安全性を脅かす要因となります。適切な対策が講じられない場合、コストの増加や健康被害を引き起こす可能性も否定できません。

溶接品質への影響

外観不良:
溶接ビードにスパッタが付着すると、外観が損なわれます。特に、目立つ部分にスパッタが付着すると、製品の品質が低下し、場合によっては使用に支障をきたす可能性があります。

強度低下:
スパッタは、溶接ビードの肉厚を減少させ、強度を低下させます。特に、ビードの付け根部分にスパッタが付着すると、亀裂発生の原因となる可能性があります。

腐食促進:
スパッタは、溶接ビードに不純物を混入させ、腐食を促進します。特に、ステンレス鋼などの耐食合金を溶接する場合、スパッタによる腐食は深刻な問題となります。

作業環境への影響

火災の危険性:
スパッタは、可燃物に飛散すると火災の原因となる可能性があります。

有害ガスの発生:
スパッタは、溶接時に発生する有害ガスを吸着する可能性があります。これらの有害ガスを吸い込むと、頭痛、めまい、吐き気などの症状を引き起こす可能性があります。


溶接スパッタの対策

溶接スパッタの対策方法は、適切な溶接条件の設定、スパッタ防止製品の使用、作業環境の改善、そして作業者の技術向上にあります。これらの対策を講じることで、スパッタの発生を最小限に抑え、溶接品質の向上と作業効率の改善が図れます。

 

対策方法 具体例 効果
適切な溶接条件の設定 電流強度、電圧、
溶接速度の最適化
スパッタ発生の抑制、
溶接品質の向上
スパッタ防止製品の使用 スパッタシート、
スパッタスプレーの適用
スパッタの付着防止、
作業後の清掃時間の削減
作業環境の改善 作業場の清掃、
適切な換気の確保
スパッタの飛散防止、
作業環境の安全性向上
作業者の技術向上 定期的な訓練、
技術向上プログラムの導入
スパッタ発生の抑制、
作業効率の向上

溶接スパッタの対策方法は多岐にわたりますが、適切な溶接条件の設定、スパッタ防止製品の使用、作業環境の改善、そして作業者の技術向上が鍵となります。


溶接スパッタを可視化する

溶接スパッタの速度を算出

溶接スパッタの可視化画像

可視化された画像をPIVで計測(速度ベクトルを算出)

発生した溶接スパッタをレーザーシート光源で可視化して、ハイスピードカメラ撮影。撮影された画像からPIV計測による速度ベクトルの算出まで行った事例です。

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溶接スパッタの数をカウント

溶接中プロセス可視化システムShield_View_スパッタカウント

カトウ光研では溶接スパッタを可視化し、画像処理による飛散するスパッタのカウントを実現する技術を提案しています。溶接中に発生するスパッタをリアルタイムで可視化することで、発生量や発生タイミングを詳細に分析できます。

溶接プロセス可視化システムShieldView」を用いて、溶接中のスパッタをリアルタイムに可視化します。取得した動画データを「動画画像処理ソフトKM2.0」に取り込み、スパッタを自動ラベリングし、個数を精確にカウントします。時系列変化するスパッタ数をグラフ化し、スパッタ飛散映像とあわせて出力します。溶接条件を変えて飛散量を比較することで、スパッタ(ドロス)最小化に向けた対策を効率的に検討可能です。

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溶接スパッタに関する質問

アーク溶接でスパッタが発生する原因は何ですか?

アーク溶接でスパッタが発生する原因は以下の要因が主に考えられます。

電流強度の不適切な設定:
電流が過剰であったり不足していると、溶融金属が不安定になり、飛び散ることが多くなります。

アークの不安定性:
アークが不安定になると、溶接プール内の金属が不規則に飛び散り、スパッタの発生を促進します。

溶接速度:
過剰に速い溶接速度や遅い速度は、スパッタの発生を増加させます。
適切な溶接速度を保つことが、スパッタの発生を最小限に抑えるための鍵となります。

シールドガスの影響:
シールドガスの流量が適切でない場合や、ガスが不純物を含んでいる場合もスパッタの
原因となります。
関連記事:溶接のシールドガス|役割と特徴・可視化手法を解説

スパッタが発生する温度は?

溶接スパッタが発生する温度は、溶接方法、ワークの種類、使用される溶接棒などの条件によって
異なりますが、一般的には 1,800℃~3,000℃ と言われています。

溶接スパッタを除去しないとどうなりますか?

製品の品質低下
スパッタが溶接部や周囲の表面に付着すると、仕上がりの美観が損なわれます。
また、塗装やコーティングを施す場合、スパッタが付着したままでは密着性が悪くなり、
塗装不良や剥離が発生する可能性があります。


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