サブマージアーク溶接

サブマージアーク溶接( SAW ) は、一般的なアーク溶接プロセスです。最初の SAW 特許は 1935 年に取得されました。このプロセスでは、連続的に供給される消耗性固体または管状 (金属芯) 電極が必要です。^[1]溶融溶接部とアークゾーンは、石灰、シリカ、酸化マンガン、フッ化カルシウム、およびその他の化合物からなる粒状の可溶性フラックスのブランケットの下に「浸漬」されることにより、大気汚染から保護されます。溶融すると、フラックスは導電性になり、電極とワークの間に電流経路を提供します。この厚いフラックス層は溶融金属を完全に覆うため、スパッタや火花を防ぎ、シールドメタルアーク溶接(SMAW) プロセスの一部である強力な紫外線と煙を抑えます。^[2]

SAW は通常、自動または機械モードで操作されますが、加圧または重力によるフラックス供給を備えた半自動 (手持ち式) SAW ガンも利用できます。このプロセスは通常、平面または水平隅肉溶接位置に限定されます^[2] (ただし、水平開先位置溶接は、フラックスをサポートするための特別な配置で行われます)。45 kg/h (100 lb/h) に近い堆積速度が報告されています。これは、シールドメタルアーク溶接の最大 5 kg/h (10 lb/h) と比較されます。300 ～2000 A の電流が一般的に使用されますが、 ^[3]最大 5000 A の電流も使用されています (複数のアーク)。

このプロセスには、単一または複数 (2 ～ 5) の電極ワイヤのバリエーションがあります。SAW ストリップクラッディングでは、平らなストリップ電極 (幅 60 mm x 厚さ 0.5 mm など) を使用します。DC または AC 電源を使用できますが、複数電極システムではDCとACの組み合わせが一般的です。定電圧溶接電源が最も一般的に使用されますが、電圧検知ワイヤ フィーダーと組み合わせた定電流システムも利用できます。

溶接接合部にフラックスとフィラーメタルを供給します。ここで電極（フィラーメタル）に通電します。

フラックスを貯蔵し、溶接接合部へのフラックスの堆積速度を制御します。

粒状のフラックスはシールドとなり、溶融溶接部を大気汚染から保護します。^[2]フラックスは溶接金属を洗浄し、化学組成を変更することもできます。フラックスは一定の大きさに粒状にされます。溶融、結合、または機械的に混合されたタイプになります。フラックスは、カルシウムのフッ化物、およびカルシウム、マグネシウム、シリコン、アルミニウム、マンガン化合物の酸化物で構成されます。[要出典]必要に応じて合金元素を追加できます^{。溶接中に大量のガス}を伴う物質は、フラックスと混合しないでください。厚い溶接には細かい粒子サイズのフラックス、薄い溶接には粗い粒子サイズのフラックスがそれぞれ推奨されます。

SAW のフィラー材料は通常、標準ワイヤおよびその他の特殊形状です。このワイヤの太さは通常 1.6 mm ～ 6 mm (1/16 インチ ～ 1/4 インチ) です。状況によっては、ツイスト ワイヤを使用してアークに振動運動を与えることができます。これにより、溶接先端が母材に溶けやすくなります。^[4]電極の組成は、溶接される材料によって異なります。電極に合金元素が加えられる場合があります。電極は、軟鋼、高炭素鋼、低合金鋼および特殊合金鋼、ステンレス鋼、および銅やニッケルなどの非鉄金属の一部を溶接するために使用できます。電極は、錆を防ぎ、電気伝導性を高めるために、一般的に銅でコーティングされています。電極は、直線長とコイルで使用できます。直径は 1.6、2.0、2.4、3、4.0、4.8、および 6.4 mm です。直径 1.6、3.2、6.4 mm の電極で溶接する場合の電流のおおよその値は、それぞれ 150～350、250～800、650～1350 アンペアです。

フラックスは溶接するジョイントに付着し始めます。フラックスは冷たい状態では導電性がないため、溶接電流をオンにする前に電極をワークピースに接触させるか、電極とワークピースの間にスチールウールを置くか、高周波ユニットを使用することでアークを発生させることができます。いずれの場合も、アークはフラックスのカバーの下で発生します。フラックスは絶縁体ですが、アークの熱で溶けると導電性が高くなり、溶けたフラックスを通じて電極とワークピースの間で電流が流れます。大気と接触しているフラックスの上部は目に見える粒状のまま（変化せず）なので、再利用できます。下部の溶けたフラックスはスラグになり、廃棄物となるので、溶接後に除去する必要があります。

電極は、所定の速度で溶接する接合部に連続的に供給されます。半自動溶接セットでは、溶接ヘッドは接合部に沿って手動で移動します。自動溶接では、別のドライブが溶接ヘッドを固定ジョブ上で移動させるか、ジョブを固定溶接ヘッドの下で移動/回転させます。

アーク長は、自己調整アークの原理を利用して一定に保たれます。アーク長が短くなると、アーク電圧が増加し、アーク電流が増加して燃焼速度が上昇し、アークが長くなります。アーク長が通常よりも長くなると、逆のことが起こります。^[5]

浸透を制御し、プロセスに関連する大量の溶融金属を支えるために、鋼鉄または銅のバッキングプレートが使用される場合があります。

• ワイヤ送り速度（溶接電流制御の主な要素）
• アーク電圧
• 移動速度
• 電極突出部（ESO）または接触先端（CTTW）
• 極性と電流タイプ（ACまたはDC）および可変バランスAC電流

• 炭素鋼（構造および容器建設用）
• 低合金鋼
• ステンレス鋼
• ニッケル系合金
• 表面処理用途（鋼の耐摩耗面、積層、耐腐食オーバーレイ）

• 高い沈着速度（45 kg/h（100 lb/h）以上が報告されています）。
• 機械化されたアプリケーションにおける高い動作係数。
• 深い溶接溶け込み。
• 健全な溶接は容易に行えます（プロセス設計と制御が適切であれば）。
• 薄鋼板を最大 5 m/分 (16 フィート/分) の高速溶接が可能です。
• 溶接煙やアーク光は最小限しか放出されない。^[2]
• ジョイントの構成と必要な貫通によっては、エッジの準備は実質的に必要ありません。
• このプロセスは屋内と屋外の両方の作業に適しています。
• 生成される溶接は健全で、均一、延性があり、耐腐食性があり、衝撃値も良好です。
• 通常の設備を使用して厚板にシングルパス溶接を行うことができます。
• アークは常にフラックスの層で覆われているため、溶接の飛散の可能性はありません。
• フラックスの50％から90％は回収可能であり、リサイクルされ、再利用される。^[7]

• 鉄系（鋼またはステンレス鋼）および一部のニッケルベースの合金に限定されます。
• 通常は 1F、1G、2F の位置に限定されます。
• 通常、長い直線の継ぎ目または回転したパイプや容器に限定されます。
• 比較的面倒なフラックス処理システムが必要です。
• フラックスとスラグの残留物は健康と安全上の懸念を引き起こす可能性があります。
• パス間および溶接後のスラグ除去が必要です。
• 適切な根の浸透のために裏打ちストリップが必要です。
• 厚い材料に限定される。^[2]

• アメリカ溶接協会、溶接ハンドブック、第 2 巻 (第 9 版)

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• サブマージアーク溶接パンフレット